牙科複合樹脂的仿生梯度設計及力學改性研究

《牙科複合樹脂的仿生梯度設計及力學改性研究》是依託武漢大學，由王正直擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：牙科複合樹脂的仿生梯度設計及力學改性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王正直
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

光固化樹脂複合材料（簡稱複合樹脂）作為牙體修復通用材料，其臨床服役質量和壽命還遠不理想，提高複合樹脂力學性能和減小聚合收縮應力是解決這一問題的關鍵。然而，提高彈性模量（重要力學性能之一）通常會引起收縮應力的同時增大，致使力學性能和收縮應力的協同改性存在矛盾。應對此矛盾，本研究擬借鑑天然牙齒的梯度結構，設計和製備“仿生梯度複合樹脂”，通過調節複合體系內填料的空間分布，調控複合樹脂的力學性能和聚合收縮應力，實現對二者的協同改性。為此，我們將搭建實驗平台，製備不同梯度設計的複合樹脂和與之對照的均勻複合樹脂，採用實驗測試與數值仿真相結合的方法，研究並對比梯度和均勻複合樹脂的各力學性能與聚合收縮應力，揭示填料的梯度分布對上述特性的影響機制，進而對不同牙體修復工況的複合樹脂的梯度設計進行最佳化。研究成果將為提高牙科複合樹脂的服役質量和壽命提供新的思路和途徑，對新型牙體修復材料的開發具有指導意義。

結題摘要

光固化複合樹脂作為當前牙體修復通用材料，其臨床服役質量和壽命還遠不理性，提高複合樹脂力學性能和減小聚合收縮應力是解決這一問題的關鍵。然而，提高材料剛度通常會引起收縮應力的同時增大，致使力學性能和收縮應力的協同改性存在矛盾。在本項目的支持下，我們首先實驗表征了天然牙齒牙釉質—牙本質的力學梯度結構，提出了基於納米壓痕測試技術的高精度力學成像方法，揭示了牙齒在不同功能位置處的力學梯度構造與其生物力學功能間的關係，為牙齒修復材料的仿生梯度設計提供了原型；其次，基於天然牙齒的梯度構造原理，我們發展了一套利用磁場激勵的可控功能梯度納米複合材料的製備方法，結合實驗測試和數值計算，探討了納米增強顆粒對牙科樹脂力學增強的機理，為複合樹脂的梯度設計和製備奠定了理論基礎；然後，利用梯度納米複合材料的磁場調控技術，通過調節硬質顆粒在柔性樹脂基體內的空間分布，研製出多種剛柔漸進梯度複合材料，結合實驗測試和有限元模擬，驗證了梯度設計對於改性牙科複合樹脂多種力學性能的可行性；最後，我們將梯度納米複合材料的製備技術擴展到了其它仿生表界面：梯度界面，梯度塗層，和梯度纖維，實驗測試表明梯度設計能夠在保持各種表界面強度要求的同時，大大提高其承受循環荷載的耐久性能。本項目的研究成果不僅為牙科複合樹脂的梯度設計和力學改性提供了堅實的理論基礎和切實可行的實驗技術，也為各種梯度材料的設計與先進制造提供了參照。