基本信息
- 项目名称：
- Si0x/PMMA牙体修复纳米复合材料的研究及应用
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本研究采用超声法首先制得分散均匀的纳米粉体——nano-SiOx，再利用原位聚合和同步溶胶凝胶过程制备了聚合物链段与无机组分间有化学键作用制备PMMA/SiOx纳米复合材料，经测试表明，该材料在微观上以纳米级分散，分布均匀，具有很好的机械性能和良好的耐磨性，并且在抗老化、抗菌性能，力学相容性等方面均有显著的提高，有望在牙体修复临床上进一步推广。
- 详细介绍：
- nano-SiOx作为新一代牙体修复无机-有机复合材料的填料，具有良好的物理性能，表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，其分子状态呈三维网状结构，本研运nano-SiOx和甲基丙烯酸甲酯树脂(MMA)为原料，利用溶胶-凝胶结合原位聚合法成功地制备了SiOx/PMMA纳米复合材料。由于纳米SiOx的复合，PMMA具有了良好的力学性能和硬度，显著提高了其牙体修复材料的耐磨性、表面的光洁度、抗老化、抗菌性能以及抗酸碱性。并用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和差热-热重(DTA-TG)对该复合材料进行了表征和分析。研究结果表明，纳米SiOx颗粒均匀地分散在PMMA基体中；复合材料的热稳定性较纯PMMA有很大地提高。而且通过化学固化使用粘接剂成功的将该材料粘接到了坏损的牙齿上，该材料与牙釉质相比，力学性能和硬度有明显的优势。实验表明纳米SiOx的复合显著提高了复合材料耐磨性和表面的光洁度等，得到的高强、柔韧、易加工塑形、力学相容性好，生物相容性和生物活性的新一代材料，在牙体修复方面具有广泛的应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 近年来，纳米复合材料技术受到广泛重视，其对基体材料的增强增韧效果正是聚甲基丙烯酸甲酯材料改性所需要的。纳米SiOx为无定型白色粉末(指其团聚体)，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。颗粒尺寸小比表面积大，表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，经高分辨电镜观测发现，其表面含有许多纳米级介孔结构，将纳米SiOx颗粒充分、均匀地分散到树脂材料中，可大大提高树脂材料的强度和延伸率，提高耐磨性和改善材料表面的光洁度以及抗老化、抗菌性能。 本研究利用了无机物/聚合物纳米复合粒子兼具聚合物的韧性、可加工性和无机材料的高强度和多功能性等优点，同时结合原位聚合法在制备无机/聚合物纳米牙体复合材料的绝对优势，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体聚合后在溶液中形成的聚合物网络对nano-SiOx 粒子的稳定作用，使nano-SiOx均匀分散。再利用原位聚合将其添加到树脂基质甲基丙烯酸甲酯中，成功地制备了SiOx/PMMA纳米牙体修复复合材料。 耐磨性是衡量牙体修复材料的主要指标之一，从本质上讲，树脂基质的耐磨性决定着复合树脂牙最终的耐磨性，无机填料起到保护基质的作用，填料与树脂的结合状况以及填料颗粒的粒径都是影响耐磨损性的重要因素，填料的粒径越小，摩擦系数越低，耐磨损性越强。本研究成功地制备地SiOx/PMMA纳米牙体修复复合材料完全符合牙体对耐磨性性的需要。
科学性、先进性
- 纳米SiOx颗粒尺寸小比表面积大，表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，经高分辨电镜观测发现，其表面含有许多纳米级介孔结构，将纳米颗粒充分、均匀地分散到树脂材料中，可大大提高强度和延伸率，提高耐磨性和改善材料表面的光洁度以及抗老化、抗菌性能。本研究通过原位聚合和同步溶胶凝胶过程制备了聚合物链段与无机组分间有化学键作用的PMMA/SiOx 杂化材料，避免了相分离现象的发生，显著提高了其耐磨性和表面的光洁度以及抗老化，得到高强、力学相容性好，且具有良好生物相容性和生物活性的新一代材料，将进一步改善当今牙齿修复中存在的一些不足，在牙体修复方面具有绝对的优势。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品于2006年11月在本校大学生学术科研项目评比中，被列为挑战杯种子项目，得到广大专家学者的一致好评，并得到兰州市安宁区医院牙科副主任医师蒲志杰的高度认可； 2.本作品于2008年6月荣获“本校第七届‘挑战杯’大学生课外学术科技作品竞赛”二等奖； 3.本作品在2009年5月荣获“本省第七届‘挑战杯’大学生课外学术科技作品竞赛”特等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 以专利方式转让
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 传统制备技术得到的这种材料多会出现两相复合不均一，易产生相分离现象，这一问题严重影响其应用。本研究通过原位聚合和同步溶胶凝胶过程成功地制备了聚合物链段与无机组分间有化学键作用的SiOx/PMMA 纳米复合材料，避免了相分离现象的发生,并应用透射电子显微镜、红外光谱分析仪、X射线衍射分析仪、热失重分析仪等对不同SiOx含量的 PMMA/SiOx复合材料的形貌、结构与性能进行了研究。该材料在微观上以纳米级分散，分布均匀，具有很好的机械性能和良好的耐磨性，并且在抗老化、抗菌性能，力学相容性等方面均有显著的提高。这种具有良好生物相容性和生物活性的新一代材料，将进一步改善当今牙齿修复中存在的一些不足，在牙体修复方面具有广泛的应用前景。 该材料不仅可以修补牙齿，而且能够治愈敏感牙齿，经初步预算该产品同国内外技术先进的同类产品相比成本较低，有望在临床上进行大规模的推广和应用。
同类课题研究水平概述
- 聚合物/无机物纳米复合粒子由于兼具聚合物的韧性、可加工性和无机材料的高强度和多功能性而被广泛关注。自1937年德国人Walter Bauer首先将聚甲基丙烯酸甲酯应用于义齿的制作以来，热固化型聚甲基丙烯酸甲酯已成为临床制作义齿人造牙普遍使用的一种材料。近年来，纳米复合材料技术受到广泛重视，其对基体材料的增强增韧效果正是聚甲基丙烯酸甲酯材料改性所需要的。 目前，在SiOx/PMMA杂化材料的制备过程中均出现相分离困难、颗粒分布不均匀等问题，采用SiOx/PMMA纳米复合物来提高人造牙硬度和耐磨性的研究在国内外报道并不多见。我国所研制的同类纳米复合材料在超微结构、硬度等方面虽较同类树脂牙有了显著的提高，但与国外新型产品相比，尤其在阻止纳米粒子团聚、实现均匀分散及添加工艺等方面，还存在一定差距。 己知日本SHOFU公司生产出纳米人工牙成品，价格较高，在临床应用方面没有广泛的推广。最近，利用纳米材料对牙齿进行治疗又取得了新进展，英国Leeds大学的研究者们在2005年9月1日的EMAG-NANO 2005会议上公布了他们的初步研究，他们正在制备的羟磷灰石纳米球，不仅可以修补牙齿，而且可能能够治愈敏感牙齿，但无与之配套的基托材料，在临床上没有进行大规模的推广和应用。 近年来对新PMMA/SiOX复合材料的应用日趋广泛。有机玻璃材料PMMA具有防紫外线，防止老化等性质。上海华东理工大学郭卫红博土利用纳米SiOx极强的紫外反射性能，在有机玻璃生产过程中加人表面修饰后的纳米SiOx，生产出的产品抗紫外线辐射能力提高一倍以上，抗冲击强度提高80％。可见该材料在不同的领域具有极其广阔的应用前景。
