力致发光材料在口腔咬合检查中的应用基础研究

发布时间：2020-04-01 12:28

【摘要】：目的:为了解决传统的咬合检查方法精确度以及敏感性不够的问题,本论文将具有力致发光性能的铕/镝共掺杂铝酸锶力致发光材料SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)(SAOED)与口腔医用材料义齿基托树脂(denture base resin,DBR)复合,通过对复合材料的力致发光性能、摩擦学-力学性能及生物相容性进行研究,探讨其在临床应用的可行性并为该应用提供一定的实验依据。材料与方法:采用高温固相法成功合成了系列不同掺杂浓度Eu~(2+)和Dy~(3+)的力致发光材料SAOED,采用XRD和UV-vis对SAOED的组成、晶体结构及吸收性能进行表征。通过系统研究掺杂组分浓度对材料的光致发光(PL)、余辉衰减(Decay)和力致发光(ML)等性能的影响,使用配有CCD的荧光分光光度计-摩擦磨损试验机-万能实验机耦合测试平台进行测试,对SAOED的化学组分进行了优化。将牙托粉与优化后的SAOED粉末利用乙醇分散和研磨的方法混合均匀后,在其中加入相应比例的牙托水,制备合成含有不同质量比例力致发光粉体的SAOED/DBR复合材料。复合材料的摩擦学性能和硬度的检测分别是通过CSM往复摩擦试验机和邵氏硬度计进行测试。采用MTT对SAOED/DBR复合材料的生物相容性进行评估。结果:1.XRD测试结果表明合成了具有单相结构的SAOED,Eu~(2+)和Dy~(3+)的掺杂对SrAl_2O_4的晶体结构没有影响。UV-vis光谱结果进一步证实Eu~(2+)和Dy~(3+)被成功掺杂于基质结构中。SEM对SAOED材料形貌结构表征表明分散性较好,大小均在10μm左右。2.将SAOED粉末与环氧树脂硬质基体复合,通过改变SAOED中Eu~(2+)的掺杂浓度(1%,2%,3%,4%)以及Dy~(3+)的掺杂浓度(1%,2%,3%),系统研究其光致发光、余辉衰减以及力致发光性能。结果为当Eu~(2+)和Dy~(3+)的掺杂浓度分别为2%和1%时,SAOED材料具有最强的力致发光和光致发光以及较短的余辉时间,综合发光性能最佳。对样品施加应力的速率为100N/s时,当所加动态应力高于一定值后,发光强度随应力增加而增强,发光强度与应力两者之间呈现很好的正相关性。3.将优化后的SAOED粉体材料与口腔医用基托树脂(DBR)复合,制备了含有不同复合比例(1:8,1:7,1:6,1:5)的SAOED/DBR复合材料,结果表明SAOED可以在DBR基体中表现出明亮的力致发光,摩擦学性能检测结果表明SAOED/DBR复合材料与DBR对照组比,摩擦系数无明显变化,体积磨损率最低,耐磨损性能增强。邵氏硬度计检测结果表明SAOED/DBR复合材料与DBR硬度没有差别。当SAOED/DBR的掺杂比例为1:7时,复合材料性能最佳。MTT结果表明,与空白组和对照组DBR相比,SAOED/DBR复合材料对L929细胞的生长增殖无影响,该复合材料无细胞毒性。4.用优化后的SAOED粉末与DBR复合制成牙齿模型以及口腔标准模型。模拟口腔环境中牙齿挤压摩擦行为作用下,该模型的受力区域可以看到明亮的发光。结论:1.SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)力致发光材料中Eu~(2+)和Dy~(3+)的掺杂浓度分别为2%和1%时,光致发光和力致发光性能最强,且余辉时间较短,表现出最佳的综合性能。2.当SAOED/DBR复合材料的掺杂比例为1:7时,具有最优的摩擦磨损性能,且生物相容性良好。3.基于SAOED/DBR复合材料制备的人工牙模型,在模拟口腔环境下牙齿的挤压摩擦行为的力致发光表明,SAOED的复合是一种更为精确,操作更便利的人工牙咬合检查方法,为其应用于口腔咬合检查提供实验依据。
【图文】：

光疗,使用应力,压力载荷,模拟比较

图 1.1 力致发光材料的应用[56]。（A）LiNbO3: Pr3+压缩载荷下 Y’OY 方向应力分布的实验和模拟比较。插图：原理品发光强度与压力载荷关系图及在施加的负载下 ML 的光学照片[50]。（B）在超声波（U发下使用应力发光材料用于生物成像和光疗的示意图[52]。（C）连续气流下风驱动 M的照片[53]。（D）使用基于 ML 的设备记录四个签名的签名习惯的示范：（i）压力均匀

示意图,示意图,电子,导带

图 1.2 SAOED 的 ML 示意图[50]. Eu2+的激发；2.电子在导带中的移动；3.电子被陷阱捕获；4.电子释放；动；6.电子从导带进入 5d 激发态；7.光的发射）。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R783.1

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