Стоматологическая полимерная композиция с повышенной адгезией к тканям зуба
Владельцы патента RU 2509551:
Общество с ограниченной ответственностью "ВЕСТЭОС" (RU)
Изобретение относится к области стоматологии, а именно к разработке стоматологических материалов, и может быть использовано в качестве пломбировочного материала для восстановления и реставрации анатомической формы зуба. Стоматологическая полимерная композиция содержит карбоксилсодержащее метакриловое производное арилоксициклофосфазена общей формулы:
в которой Ar - пара-, мета, или орто-фенилен, n - целое число от 3 до 8, бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА), триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ), ионол, камфорохинон, 4-этилдиметиламинобензоат, аэросил и порошкообразный стеклонаполнитель при определенном соотношении компонентов. Композиция стабильна при хранении, обладает высокими прочностными характеристиками наряду с высокой адгезией к металлам и тканям зуба за счет использования вышеуказанного карбоксилсодержащего метакрилатного циклофосфазенового производного в составе композиции. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Настоящее изобретение относится к стоматологическим полимерным материалам и может быть использовано для восстановления и реставрации анатомической формы зуба.
Известны композиционные стоматологические материалы (патент США № 4579880 от 01.08.1986 г., патент РФ № 2375039 от 30.01.2008 взятый за прототип), в состав которых входят полимеризационноспособные метакрилатные олигомеры, например, [2,2-бис-(3-метакрилоилокси-2-оксипропокси-4-фенил)]пропан (Бис-ГМА), триэтиленгликоль-диметакрилат (ТГМ), активаторы полимеризации, наполнители, например, силанизированный кварцевый порошок, ингибиторы (ионол) и полимеризационно-способные фосфазеновые олигомеры, содержащие в связанных с атомом форсфора органических радикалах способные к сополимеризации метакриловые группы (пример № 1).
Получаемые по прототипу композиции обладают повышенной прочностью на сжатие и изгиб, низкой водорастворимостью и высокой водостойкостью, достаточной микротвердостью, но недостаточной в ряде случаев адгезией к металлам и тканям зуба.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение адгезии к указанным выше субстратам, которую можно повысить введением в состав фосфазенового модификатора кислых P-OH групп, однако такие модификации оказываются неустойчивыми, легко претерпевающими фосфазен-фосфазановую перегруппировку:
приводящую к последующей деградации фосфазенового цикла с уменьшением стабильности композиции и ухудшением её свойств.
С другой стороны в патентах США 5218070 и 6114408 повысить адгезию к тканям зуба и металлам удалось путем включения в состав стоматологического материала соответственно полимеризационноспособных ненасыщенных производных бутана общей формулы (ROOC)x−C4H6−(COOR′)y, где R−H или радикал, содержащий различные акрилатные группы, или продукта реакции диметакрилата глицерина с пирромелитовым диангидридом, в состав которого также входят карбоксильные группы.
Для повышения адгезии модифицирующего фосфазена и всей композиции к тканям зуба и металлам заявители использовали крбоксилсодержащие фосфазеновые модификаторы (пример 2) синтезируемые по схеме:
где Ar - ароматические радикалы, чаще орто-, мета- и парофениленовые, n≥3.
Эта реакция протекает в сравнительно мягких условиях и позволяет соотношением исходных веществ в широких пределах регулировать в образующихся модификаторах содержание карбоксильных и метакрилатных групп, определяемых классическими методами (по значению кислотных и бромных чисел) или по лазерным масс-спектрам. Так при мольном соотношении P3N3(OC6H4COOH)6: глицидилметакрилат равном 1:3 конечная реакционная смесь включает продукты, содержащие от 1 до 5 метакрилатных групп с преобладанием трехзамещенных соединений.
Для синтеза исходных карбоксилфосфазенов был использован гексахлорциклотрифосфазен или его смеси с вышими хлорциклофосфазенами - октамером, гексамером и другими; указанные хлорфосфазены взаимодействием с фенолятами гидроксидальдегидов переводят в соответствующие формиларилоксициклофосфазены и далее их окислением - в исходные для реакции с глицидилметакрилатом карбоксилсодержащие арилоксициклофосфазены.
Новизна предлагаемой композиции заключается в том, что:
- в вышеупомянутой формуле фосфазенового модификатора одновременно содержатся два типа функциональных групп - метакриловые и карбоксильные; первые обеспечивают сополимеризацию с основными связующими (смесью Бис-ГМА и ТГМ) и увеличивают густоту образующейся пространственной сетки, вторые вследствие взаимодействия с атомами кальция гидроксиаппатита увеличивают адгезию композиции к тканям зуба;
- указанные новые ранее не описанные соединения получают взаимодействием карбоксилциклофосфазенов с глицидилметакрилатом с возможностью варьирования в необходимых пределах соотношения функциональных карбоксильных и метакрилатных групп;
- в качестве полимеризационноспособных метакрилатных олигомеров используют смесь бисфенолглицидилметакрилата (Бис-ГМА) и триэтиленгликольдиметакрилата (ТГМ). Выбранные метакрилатные олигомеры в сочетании с карбоксилсодержащими метакриловыми производными арилоксициклофосфазенов позволяют получить прочные, химически стойкие пространственно сшитые полимерные структуры;
- в качестве активаторов полимеризации применяют фотоинициирующую систему, например, камфорохинон и 4-этилдиметиламинобензоат, которая позволяет проводить полимеризацию композиции синим светом длиной волны 450-500 нм в течение 20-40 сек. Компоненты, составляющие фотоинициирующую систему, хорошо совместимы и стабильны при хранении;
- в качестве наполнителей используют смеси высокодисперсных силанизированных неорганических наполнителей на основе оксидов кремния, алюминия, бария, магния или других, например, аэросил (размер частиц 7-40 нм) и силанизированный бариевый стеклонаполнитель (размер частиц 0.4-5.0 мкм). Сочетание наполнителей с разным размером частиц позволяет обеспечить плотную «упаковку» частиц в олигомерной матрице, высокий уровень наполненности композиции, а значит и высокие физико-механические свойства;
- в состав предлагаемой стоматологической полимерной композиции указанные компоненты входят в следующих соотношениях (масс.%):
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 7-18 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ) | 5-13 |
| Метакриловое карбоксилсодержащие производное арилоксициклофосфазена | 5-10 |
| Ионол | 0,001-0,005 |
| Камфорохинон | 0,05-0,5 |
| 4-этилдиметиламинобензоат | 0,05-0,5 |
| Аэросил | 0,5-10 |
| Порошкообразный стеклонаполнитель | остальное до 100 |
Соответствие критерию «изобретательский уровень» подтверждают следующие признаки:
- в качестве полимеризационноспособных фосфазеновых соединений применяют новые карбоксилсодержащие метакриловые производные арилоксициклофосфазенов формулы:
в которой Ar - ароматический радикал, преимущественно орто-, мета- или парафенилен, а n - целое число от 3 до 8;
- карбоксилсодержащие метакриловые арилоксициклофосфазены получают взаимодействием соответствующих карбоксиларилоксициклофосфазенов PnNn(OArCOOH)2n с глицидилметакрилатом и в отличие от метакрилоксифосфазеновых олигомеров прототипа предлагаемые в настоящем изобретении соединения имеют более низкую молекулярную массу, легко совмещаются с основными мономерами композиции (Бис-ГМА и ТГМ) лучше совмещаются с наполнителями, образуя при УФ-отверждении более однородные композиции.
Приготовление стоматологической полимерной композиции
Пример 1
В вакуумном гомогенизаторе готовят композицию следующего состава (г):
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 12,6 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ) | 8,4 |
| Метакриловое производное полиарилоксифосфазена | 3,75 |
| Ионол | 0,005 |
| Камфорохинон | 0,125 |
| 4-этилдиметиламинобензоат | 0,125 |
| Аэросил ОХ-50 (средний размер частиц 40 нм) | 2,0 |
| Бариевый стеклонаполнитель SCHOTT-8235 (средний размер частиц 0,7 мкм) | 73 |
Полученную в виде пасты стоматологическую полимерную композицию помещают в форму для приготовления образцов, облучают в течение 40 секунд светом длиной волны 400 - 500 нм при помощи аппарата для светового отверждения стоматологических материалов. Отвержденные образцы стоматологической полимерной композиции погружают в дистиллированную воду и выдерживают в термостате температурой 37±2ºС в течение 24 часов. По окончании экспозиции образцов в указанных условиях их подвергают испытаниям по методикам ГОСТ Р 51202-98.
Пример 2
В вакуумном гомогенизаторе готовят композицию следующего состава (г):
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 12,6 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ) | 8,4 |
| Карбоксилсодержащее метакриловое производное арилоксициклотрифосфазена с кислотным числом 150 мг КОН/г и бромным числом 49 г Br/100г | 5,0 |
| Ионол | 0,005 |
| Камфорохинон | 0,125 |
| 4-этилдиметиламинобензоат | 0,125 |
| Аэросил ОХ-50 (средний размер частиц 40 нм) | 2,0 |
| Бариевый стеклонаполнитель SCHOTT-8235 (средний размер частиц 0,7 мкм) | 3 |
Полученную в виде пасты стоматологическую полимерную композицию помещают в форму для приготовления образцов, облучают в течение 40 секунд светом длиной волны 400 - 500 нм при помощи аппарата для светового отверждения стоматологических материалов. Отвержденные образцы стоматологической полимерной композиции погружают в дистиллированную воду и выдерживают в термостате температурой 37±2ºС в течение 24 часов. По окончании экспозиции образцов в указанных условиях их подвергают испытаниям по методикам ГОСТ Р 51202-98.
Полимеризационноспособные карбоксилсодержащие метакриловые производные арилоксициклофосфазенов на примере гексахлорциклотрифосфазена получали по схеме:
где R − CH2OC(O)C(CH3)=CH2
К раствору гидроксибензальдегида в этиловом спирте приливают отдельно приготовленный спиртовой раствор этилата натрия, взятого в стехиометрическом отношении к альдегиду. Реакцию ведут 10 мин, после чего этанол отгоняют на вакуумно-роторном испарителе.
К суспензии фенолята гидроксиальдегида в тетрагидрофуране (ТГФ) приливают при перемешивании раствор гексахлорциклотрифосфазена (ГХФ) в ТГФ в мольном соотношении фенолят:ГХФ = 8:1. Реакционную смесь кипятят 9 часов, после чего охлаждают, отфильтровывают от образовавшегося осадка и отгоняют ТГФ на роторном испарителе. Образующиеся формилфеноксициклотрифосфазены кипятят в хлороформе, отфильтровывают, частично отгоняют хлороформ, к образовавшемуся концентрированному раствору добавляют этанол и оставляют на воздухе до образования кристаллов продукта.
Образовавшиеся формилфеноксициклотрифосфазены окислением перманганатом калия в щелочной среде в течение 30 ч переводят в карбоксилфеноксициклотрифосфазены, которые осаждают концентрированной соляной кислотой.
Для синтеза метакриловых карбоксилсодержащих производных арилоксициклофосфазенов к раствору карбоксилфеноксициклотрифосфазена в диметилсульфоксиде добавляют необходимое количество глицидилметакрилата и ведут реакцию при перемешивании и 100ºС в течение 24 часов, осаждают реакционную смесь в изопропиловый спирт и сушат осадок в вакууме. Полученные продукты характеризуются наличием сигналов ЯМР 31Р в области 6-10 м.д. (гексазамещенные трифосфазеновые циклы), и ЯМР 1H в области 5-7 м.д., отвечающих протонам двойной связи, и химических сдвигов в районе 3-5 м.д., характерных раскрытому в результате присоединения эпоксидному циклу. По данным лазерного масс-спектра (MALDI-TOF) в синтезированных метакриловых карбоксилсодержащих фосфазенах содержатся соединения с 1-5 присоединенными остатками ГМА на молекулу фосфазена. Кислотные и бромные числа равны 150 мг КОН/г и 49 г Br/100г соответственно.
Испытания образцов стоматологической полимерной композиции заявленного состава показали, что разработанный материал обладает повышенными прочностными и адгезионными показателями и проявляет стабильность свойств при хранении (таблица 1).
Таблица 1 − Физико-механические характеристики модифицированных наполненных полимерных композиций на основе Бис-ГМА/ТГМ-3 (3/2)
| Модификатор | Ко-во моди-фикатора, масс. % от связу-ющего | Физико-химические характеристики | |||
| Адгезия, МПа | Разрушающее напряжение, МПа | ||||
| к тканям зуба | к металлу | при сжатии | при изгибе | ||
| Требования ГОСТ Р 51202-98 | не менее 7 | не менее 5 | не менее 170 | не менее 50 | |
| отсутствует | 0 | 2,5±0,1 | 1,7±0,1 | 290,0±5,2 | 96,4±2,8 |
| Прототип | 3.75 | не уста-новлено | не уста-новлено | 430 | 140 |
| Карбоксил-содержащее метакриловое производное арилоксицикло-фосфазена | 3 | 6,5±0,2 | 6,3±0,1 | 310,0±4,2 | 105,1±2,5 |
| 5 | 10,8±0,1 | 7,0±0,2 | 320,0±4,0 | 110,0±3,0 | |
| 7 | 14,8±0,2 | 8,6±0,1 | 330,0±3,5 | 112,4±2,6 | |
| 10 | 18,9±0,3 | 9,8±0,2 | 329,0±4,1 | 113,4±3,5 |
1. Стоматологическая полимерная композиция, содержащая полимеризационноспособные метакрилатные олигомеры, активаторы полимеризации, ингибиторы, наполнители и полимеризационноспособные фосфазеновые соединения, отличающаяся тем, что в качестве полимеризационноспособных фосфазеновых соединений применяют карбоксилсодержащие метакриловые производные циклофосфазенов общей формулы:
в которой Аr - пара-, мета или орто-фенилен, n - целое число от 3 до 8, при этом полимерная композиция содержит, мас.%:
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 7-18 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ) | 5-13 |
| Карбоксилсодержащее метакриловое производное арилоксициклофосфазена | 5-10 |
| Ионол | 0,001-0,005 |
| Камфорохинон | 0,05-0,5 |
| 4-этилдиметиламинобензоат | 0,05-0,5 |
| Аэросил | 0,5-10 |
| Порошкообразный стеклонаполнитель | до 100 |
2. Стоматологическая полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимеризационноспособных метакрилатных олигомеров выступает смесь [2,2-бис-(3-метакрилоилокси-2-оксипропокси-4-фенил)]пропана (Бис-ГМА), триэтиленгликольдиметакрилата (ТГМ) и карбоксилсодержащего метакрилатного циклофосфазенового производного, активатором полимеризации является фотоинициирующая система камфорохинон + 4-этилдиметиламинобензоат, ингибитором является ионол, а наполнителем смесь аэросила и бариевого стеклянного порошка с разным размером частиц.
3. Стоматологическая полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что карбоксилсодержащие метакриловые фосфазеновые соединения получают взаимодействием арилоксициклофосфазенов PnNn(OArCOOH)2n с глицидилметакрилатом.
