多尺度/多维度填料协同增强增韧口腔复合树脂的机理研究

To solve the problems of dental restorative materials on wear resistance enchancement, polymerization shrinkage deacrease and mechanical property improvement, the new idea of synergism reinforcing and toughening light-curing composite resins with multi-scale/multi-dimension fillers was suggested.Based on zero-dimension inorganic powder fillers, one-dimension fiber fillers were introduced into composite resins. The influence rules of one-dimension fillers and one-dimension/zero-dimension filler compound on the comprehensive properties of composite resins were invesitigated, and the mechanism model of synergism reinforcing and toughening composite resins with multi-sacale/multi-dimension fillers was established.The compound designs of zero-dimension nanofillers (surface grafting and unmodified gaseous SiO2 or ZrO2 powder) with different structure/material one-dimension nanofiber(core-shell polymer nanofiber, ceramic nanofiber with surface grafting technique and ladder polusiloxane with rod shape)were performed.The effects of the draw ratio, filling content and dispersed state of one-dimension fiber fillers on the properties of zero-dimension filler reinforcing composite resins were investigated by the formation of in-situ IPN inteface between filler and resin.The realization mechanism of synergism reinforcing and toughening with one-dimension and zero-dimension fillers was illuminated, and a new genration of light-curing composite resins with low shrinkage and high wear resistance was obtained.

为突破现有口腔修复复合树脂在进一步提高耐磨性、降低聚合收缩和力学性能等方面的瓶颈问题，本申请提出采用多尺度/多维度填料协同增强增韧口腔光固化树脂的新思路：在传统零维无机粉体填料的基础上，引入一维的纤维填料，研究由一维填料所形成的三维网状结构自身及其与无机粉体填料复配后，对复合树脂综合性能的影响规律，建立多尺度多维度填料协同增强光固化树脂的机理模型。具体方法是拟以多种结构/材质的一维纳米纤维（核壳结构高分子纳米纤维、表面接枝改性的陶瓷纳米纤维或刚性棒状结构的梯型聚硅氧烷），与零维纳米填料（表面接枝改性或未改性的气相SiO2或ZrO2纳米粉体等）进行不同复合设计，通过填料/树脂界面半互穿网络界面层的原位形成，考察一维纤维填料的长径比、添加量、分散状态等对零维填料性能发挥的影响，阐明一维和零维填料协同增强增韧的实现机制，获得低收缩高耐磨的高性能新型口腔修复光固化复合树脂。

本项目是以发展齿科充填修复领域的新材料设计为研究目标，针对零维微纳米团聚体容易导致复合树脂的多重断裂和整体破坏的基本科学问题，基于桥联的一维填料能有效传递载荷的增强增韧原理，通过一维与零维微纳米填料的不同复合设计，以表面改性提高零维和一维纳米填料与树脂基体的界面相容，及填料在树脂基体中的分散效果，获得低收缩高耐磨的多尺度/多维度填料协同增强增韧的光固化复合树脂，并关联半互穿网络中多维填料分散的微观结构与复合树脂的宏观性能，阐明了多尺度/多维度填料的协同增强增韧机制，为获得高性能的口腔医用复合树脂提供了理论和实验依据。.具体完成的研究内容包括：① 多种新型零维和一维光固化树脂纳米填料的制备研究；② 纳米填料的表面改性研究，以提高其在聚合物基体（树脂）中的分散性和界面结合；③ 纳米填料的功能化改性，主要是通过NaF的负载和控制释放、银纳米粒子的负载等，通过纳米填料赋予复合树脂一定的抗菌性，提高树脂性能；④ 新型纳米填料与树脂的复合以及复合树脂性能表征研究；⑤ 零维/一维填料有机复合，研究了多尺度/多维度填料体系对提高复合树脂综合性能的协同增强增韧效应；⑥ 开展了复合树脂制备工艺探索和优化，考察了复合树脂生物相容性和临床可操作性。⑦ 初步对树脂基体分子结构进行了改性研究，以期能进一步提升复合树脂的粘结性能。取得了显著的突破和进展，上述研究成果已发表标注本基金项目编号的SCI论文27篇，申请相关中国发明专利7项（其中，已获授权5项）。本项目组在2015年获得“口腔硬组织修复高分子基生物医用材料及临床应用”中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖1项。.通过上述工作的开展，本项目获得的首个成熟配方低收缩高耐磨的多尺度/多维度填料协同增强增韧的光固化复合树脂，其理化性能和生物学性能已经达到了GB/T16886，YY/T0268和YY1042等标准的要求，目前正在进行注册检验的相关工作，后续计划开展离体牙和临床试验，以推动成果转化。