氟基硅酸鈣對牙釉質(zhì)修復作用范文

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《中國表面工程雜志》2015年第六期

摘要：

針對碳酸飲料對牙釉質(zhì)的軟化及脫礦，選用氟基硅酸鈣（FCaSiO3）生物活性材料進行修復。以可樂、蘋果醋、冰紅茶3種常規(guī)飲料對正常的牙釉質(zhì)進行浸泡處理后，在模擬人工唾液的環(huán)境中浸泡30min，測試其硬度值的恢復狀況。對酸蝕較嚴重，口腔唾液難以自修復的牙釉質(zhì)，使用FCaSiO3進行修復，通過顯微硬度儀、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和X射線能譜（EDS）進行測試分析。結(jié)果表明，碳酸飲料在不同時間內(nèi)均對牙釉質(zhì)有一定的損害，隨時間的延長，飲料對牙齒的脫礦越顯著，其中可口可樂表現(xiàn)為最嚴重，浸泡30min后鈣磷摩爾比降到1．32。在模擬口腔唾液中浸泡30min后，硬度值有一定的提高；酸蝕嚴重的可口可樂樣品，通過模擬刷牙的形式使用FCaSiO3進行修復，在口腔唾液環(huán)境中仿生礦化3d后，表面形成一層礦化層，成分和牙釉質(zhì)基體接近，鈣磷比恢復到1．58，接近于牙釉質(zhì)，且表面硬度值優(yōu)于酸蝕的牙釉質(zhì)，補充了礦物質(zhì)的流失。FCaSiO3生物活性材料，可作為一種修復牙齒脫礦的試劑，保護牙齒及預防齲齒發(fā)生。

關鍵詞：

牙釉質(zhì)；酸蝕；氟基硅酸鈣；再礦化

據(jù)世界衛(wèi)生組織2012年報道，全世界60％～90％的學齡兒童和近100％的成年人患有齲齒。導致齲齒的原因有很多，如不健康飲食、口腔衛(wèi)生不良等。而最直接破壞牙釉質(zhì)、導致礦物質(zhì)脫落的是酸性物質(zhì)及糖的攝入［1］。碳酸飲料不但多糖，且pH值大多均低于4．5，可口可樂pH值低至2．3，極易破壞牙釉質(zhì)［2］。因為牙釉質(zhì)主要成分是含氟、氯的納米羥基磷灰石無機礦物質(zhì)，酸蝕后，輕者釉面軟化，重者礦物質(zhì)脫落，嚴重者牙本質(zhì)外露，導致齲齒［3］。而對于兒童及青少年，牙齒未礦化完全，經(jīng)常喝碳酸飲料，更易破壞釉面結(jié)構(gòu)。牙齒中含微量的氟，可促進磷灰石在牙釉質(zhì)表面沉積，加速釉面再礦化［4］；同時，氟化物可以抑制菌斑中細菌對糖的吸收，細菌產(chǎn)生酸的能力下降，減少對牙釉質(zhì)的損害［5］。氟基磷灰石晶體表面積變小，使牙齒比人體骨更加堅固，可提高外來物質(zhì)的侵蝕。因此，經(jīng)常保持口腔低濃度的氟化物，可預防齲齒［6］。近年來，人們用含氟的化合物來抑制齲齒，促進牙齒再礦化。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氟化硅和氟化銀的抗齲齒能力較強［7］，而酸性氟磷酸鹽和氟化鈉卻不能有效阻止酸性條件下牙釉質(zhì)的礦物質(zhì)溶解［8］。而且過多的氟離子存在，會減少釉質(zhì)蛋白的分泌，干擾成釉細胞的調(diào)控機制，減少釉基質(zhì)絲氨酸蛋白酶的合成和分泌，最終導致氟牙癥的發(fā)生［910］。鈣硅基陶瓷材料具有較好的生物活性［11］，均可誘導磷灰石形成，作為口腔修復材料如生物玻璃、硅酸鈣等，可進行根管填充［1213］、牙槽骨的修復［14］以及牙本質(zhì)的再礦化，治療牙齒過敏癥［1517］，但這些修復均需要在臨床上進行。對于日常的牙釉質(zhì)修復及保護，是目前亟待解決的問題之一。對于生物材料直接作用于牙釉質(zhì)進行仿生礦化，卻報道甚少。文中使用氟基硅酸鈣體外模擬刷牙的形式修復酸蝕的牙釉質(zhì)。選擇常規(guī)的3種飲料：可口可樂、蘋果醋和冰紅茶對牙釉質(zhì)酸蝕處理，口腔唾液浸泡及采用含氟硅酸鈣材料對牙釉質(zhì)進行仿生礦化修復，測試其力學性能變化及修復效果，為氟基硅酸鈣在牙齒修復中的進一步應用研究提供試驗基礎。

1材料與方法

1．1樣品的制備收集臨床上因正畸而拔掉的成人恒牙，用切割機去除根部，牙冠超聲清洗，縱向切割成大小為3mm×3mm×2mm牙釉質(zhì)樣品，將釉面在不同粒度（800，1200，2000號）的金剛砂紙上滴加水進行拋光，去除表面層約150μm，最后用0．4μm拋光膏在拋光布上進行拋光，將處理好的樣品放在乙醇溶液中，超聲清洗3min，去除表面的油脂和殘渣，最后再用清水沖洗、烘干、備用。氟基硅酸鈣（FCaSiO3）粉體自制，其質(zhì)量分數(shù)（ω／％）組成為51．5SiO2，47．4CaO，0．7F，0．4Na2O。材料過篩后粒徑尺寸小于48μm備用。市面上購置可口可樂（Cocacola）、蘋果醋（Applejuice）和冰紅茶（Blacktea）3種飲料。將制備好的牙釉質(zhì)小片浸泡在10mL的飲料中，浸泡不同時間（5，10，30min）后取出，每組3個平行樣，共計27個樣品，測試其硬度值。將處理不同時間的上述樣品浸泡在模擬口腔唾液環(huán)境中30min，再次測試樣品的硬度值。將酸蝕較嚴重的牙釉質(zhì)樣品（可口可樂處理30min）用清水沖洗后，用鑷子夾住，放在玻板上，用牙刷蘸取FCaSiO3漿料，以模擬刷牙的方式，在牙釉質(zhì)表面刷3min后用去離子水沖洗。然后將小瓶放在36．5℃恒溫震蕩水浴中，每24h換液。模擬口腔唾液的主要組成為（mmol／L）：8．38KCl；0．29MgCl2•6H2O；1．13CaCl2•2H2O；4．62K2HPO4；2．40KH2PO4；使用KOH調(diào)節(jié)pH為7．2，在使用期間，無沉淀生成［18］。

1．2樣品表征通過顯微硬度儀、掃描電鏡（SEM，JSM6700F，JEOL）、X射線衍射（XRD，Geigerflex）和X射線能譜（EDX，OxfordInstrumentsCo）對樣品的顯微硬度及牙釉質(zhì)的表面形貌進行分析，硬度測試每個樣品取3個平行樣，算取平均值±偏差（S．D．），最后進行統(tǒng)計學評估。

2結(jié)果與分析

2．1唾液恢復酸蝕牙釉質(zhì)的顯微硬度牙釉質(zhì)樣品經(jīng)過不同的碳酸飲料處理不同時間（5，10，30min）對應的維氏硬度如圖1（a，b，c）所示，其結(jié)果為：正常的牙釉質(zhì)樣品（Original）顯微硬度值為（367±2．5）MPa，經(jīng)過3種不同飲料浸泡不同時間后，硬度值發(fā)生了改變。隨著時間的延長，牙釉質(zhì)表面的硬度值隨之下降，且浸泡在可口可樂中30min后，牙釉質(zhì)的硬度值降低嚴重，硬度值低至（193±3．8）MPa，而蘋果醋和冰紅茶浸泡后的牙釉質(zhì)樣品，硬度值降低較慢。當上述3種樣品經(jīng)模擬口腔唾液浸泡30min后，對應的硬度值為圖1（a1，b1，c1），其牙釉質(zhì)表面硬度值均有回升，且處理時間較短的牙釉質(zhì)樣品（5min），硬度值和牙釉質(zhì)原樣接近，但仍均低于其正常的牙釉質(zhì)硬度值，而可口可樂酸蝕程度較嚴重的樣品，硬度值恢復最低。

2．2犉犆犪犛犻犗3對酸蝕牙釉質(zhì)的修復經(jīng)過切割后，拋光處理的牙釉質(zhì)小片表面有細微的劃痕（圖2（a1）），高倍下觀察，表面晶粒致密，鈣磷摩爾比為1．61。經(jīng)過可口可樂中處理30min后，表面形貌如圖2（b1）所示。牙釉質(zhì)的礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，由于橫紋處礦化程度稍低，呈現(xiàn)出魚鱗狀形貌，高倍下牙齒層疊狀的交叉，釉柱間隙呈弧形邊界清晰可見，且可觀察到磷灰石柱狀晶結(jié)構(gòu)；鈣磷摩爾比下降，其均值為1．32（如圖2（b2））。而經(jīng)過FCaSiO3處理后，浸泡在模擬口腔唾液中3d如圖2（c1））顯示，表面形成均一的礦化層，高倍下觀察到結(jié)構(gòu)類似于蠕蟲狀的類骨磷灰石；其鈣磷摩爾比升高，其值為1．58（如圖2（c2）），接近于牙釉質(zhì)的鈣磷摩爾比（1．61）［19］。說明FCaSiO3生物玻璃具有良好的生物活性，能快速誘導類骨磷灰石生成，修復酸蝕的牙釉質(zhì)。為了比較牙釉質(zhì)表面的礦化成分，通過XRD進行測試，結(jié)果如圖3所示。FCaSiO3材料具有良好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)（曲線a）；牙釉質(zhì)也表現(xiàn)出銳利的磷灰石晶型結(jié)構(gòu)（曲線b）；當牙釉質(zhì)樣品在可口可樂中酸蝕30min后，礦物質(zhì)流失，峰型結(jié)構(gòu)減弱甚至消失（曲線c）；而用FCaSiO3處理后，浸泡在模擬口腔唾液中3d，牙釉質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)恢復到原來牙釉質(zhì)結(jié)晶狀態(tài)，形成磷灰石，表現(xiàn)出良好的修復效果（曲線d）。

2．3犉犆犪犛犻犗3修復酸蝕牙釉質(zhì)的顯微硬度不同牙釉質(zhì)樣品的顯微硬度測試結(jié)果如表1所示。經(jīng)過FCaSiO3礦化后的酸蝕牙釉質(zhì)樣品（Cocacola處理30min），和牙釉質(zhì)原樣相比，顯微硬度接近，優(yōu)于酸蝕的牙釉質(zhì)。

3討論

碳酸飲料對牙齒的危害越來越顯著，尤其是對青少年，其牙齒未礦化完全，在酸性條件下礦物質(zhì)很容易流失，可口可樂對牙齒的危害在文中所選的3種飲料中尤為顯著。牙釉質(zhì)表面的礦物質(zhì)軟化和脫落，最直接的就是硬度值下降。在日常生活中，建議喝飲料時不要在口腔里停留太久，最好的方式是用吸管直接吸，盡量少接觸牙齒。且喝了碳酸飲料后不要立即刷牙，使得口腔內(nèi)pH值在唾液循環(huán)作用下恢復到7．4左右，即約在1h后再刷牙；或者飲完碳酸飲料后用清水漱口也是保護牙齒較好的方式。

當牙齒酸蝕嚴重后，唾液中的有效礦化成分，如Ca2＋、PO3－4和唾液蛋白等濃度低不能及時修復。使用生物材料FCaSiO3，利用其較好的生物活性，在模擬口腔唾液中，粘附在牙釉質(zhì)表面的晶粒，誘導形核、結(jié)晶，在牙釉質(zhì)表面形成均一的類骨磷灰石晶粒，由于氟離子的離子半徑比羥基小，形成的氟基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）F）比羥基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2）晶粒細小，使礦化層更能抵制外來酸蝕物質(zhì)的侵蝕，在一定程度上也能增強牙釉質(zhì)的力學性能。且氟是牙齒中的成分之一，它能有效地抵抗齲齒。FCaSiO3在修復酸蝕牙釉質(zhì)的過程中，在模擬口腔唾液微環(huán)境下，隨著Ca2＋等與溶液中的H3O＋迅速交換，SiO2以Si（OH）4的形式溶于溶液中，導致Si—O—Si鍵被溶解打斷，Si—OH在界面處形成，彼此發(fā)生縮聚聚合形成富硅層，為磷灰石的形成提供形核位點［20］。隨著OH－和CO2－3從溶液中引入及F－釋放，形成無定型的磷灰石層，而F－較小的半徑優(yōu)先結(jié)晶形核、長大，形成致密的氟基磷灰石，其溶解度（KSP6．5×1065mol／L）遠低于羥基磷灰石（KSP7．36×1060mol／L），因此，F(xiàn)CaSiO3更易于抵制酸性物質(zhì)的侵蝕［21］。

在修復3d后，即表現(xiàn)出良好的礦化能力，力學性能也得到了提高，接近于牙釉質(zhì)的硬度值。而常規(guī)的氟化物（如NaF，CaF2）也會釋放F－促進磷灰石形核結(jié)晶，但NaF無法控制釋放速度，會導致氟中毒［22］。而CaF2的溶解度較低，不能被廣泛用于牙齒修復來誘導磷灰石形核。FCaSiO3在鈣硅釋放的同時，氟離子隨即釋放、可控，形成氟基磷灰石。因此，F(xiàn)CaSiO3可作為牙齒脫礦的快速修復試劑來修復酸蝕的牙釉質(zhì)，預防齲齒的發(fā)生。

4結(jié)論

（1）碳酸飲料均可導致牙釉質(zhì)表面的礦物質(zhì)軟化、脫落，力學性能下降，3種常規(guī)的市售飲料（可口可樂、冰紅茶和蘋果醋）中，可口可樂對牙齒的酸蝕最嚴重。（2）盡管口腔唾液在一段時間內(nèi)可修復脫礦的牙釉質(zhì)，但對酸蝕較嚴重的牙釉質(zhì)自修復效果并不理想。（3）FCaSiO3作為一種再礦化生物活性材料，在模擬口腔微環(huán)境中，較短時間內(nèi)可誘導形成致密的礦化層，其結(jié)構(gòu)和牙齒結(jié)構(gòu)類似，修復脫礦的牙釉質(zhì)。該材料有望對酸蝕的牙釉質(zhì)進行仿生再礦化，可作為牙齒修復的一種試劑。

作者：董志紅 宋慧瑾 朱曉東 周長春 聶志萍 單位：成都大學 機械工程學院 四川大學 國家生物醫(yī)學工程研究中心