添加納米載銀無機抗菌劑的室溫固化PMMA材料體外抗菌效果評價

賈春麗，王曉容，張賜童，孫世群，楊 蕓

（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科，吉林 長春 130021）

添加納米載銀無機抗菌劑的室溫固化PMMA材料體外抗菌效果評價

賈春麗，王曉容，張賜童，孫世群，楊 蕓

（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科，吉林 長春 130021）

目的：研究添加納米載銀無機抗菌劑的室溫固化聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料在體外對變形鏈球菌和白色念珠菌的抗菌效果，并檢測納米載銀無機抗菌劑對室溫固化PMMA材料機械性能的影響。方法：采用球磨法將納米載銀無機抗菌劑按0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%添加到室溫固化PMMA材料中，并制成抗菌試件，應(yīng)用貼膜法測定這些抗菌試件在體外對變形鏈球菌和白色念珠菌的抗菌率。并在電子萬能材料試驗機、沖擊試驗機和摩擦磨損試驗機上對這7種添加比例的抗菌試件進行彎曲強度、沖擊強度和磨損性能的測試。結(jié)果：抗菌劑含量為1.0%時，對變形鏈球菌和白色念珠菌的抗菌率均達到50%以上；抗菌劑的含量為2.5%時，對變形鏈球菌和白色念珠菌的抗菌率均達到90%以上?？咕鷦┖吭?.0%～1.5%范圍內(nèi)3種機械性能較對照組均有所提高，隨著抗菌劑含量的增加，3種機械性能逐漸降低。當(dāng)抗菌劑含量超過2.0%時，磨損性能與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；當(dāng)抗菌劑含量超過2.5%時，彎曲強度和沖擊強度與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論：添加納米載銀無機抗菌劑的室溫固化PMMA材料顯示了良好的抗菌效果，隨抗菌劑含量增加，抗菌率逐漸提高?？咕鷦┖繛?.0%時，既可以達到臨床對抗菌的要求，又不會對室溫固化PMMA材料的機械性能產(chǎn)生顯著的影響。

納米載銀無機抗菌劑；室溫固化；聚甲基丙烯酸甲酯；抗菌率；球磨法

室溫固化聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）是在室溫條件下通過氧化還原反應(yīng)引發(fā)聚合快速固化而成的一種高分子材料，因其操作簡便，固化時間快，在口腔修復(fù)中廣泛應(yīng)用。口腔是有菌環(huán)境，室溫固化PMMA材料由于其特殊組分、結(jié)構(gòu)、表面性能而易被細菌或真菌定殖且難以徹底清除，從而引起齲病和義齒性口炎等口腔常見疾?。?－2］。由于一些傳統(tǒng)的消毒方法并不能有效地清除細菌或真菌，近年來國內(nèi)外一些學(xué)者一直致力于提高材料自身抗菌性能的研究［3］，其中納米載銀無機抗菌劑因其獨特的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等理化性能受到了國內(nèi)外學(xué)者的普遍認(rèn)可。但國內(nèi)外將載銀抗菌劑應(yīng)用于口腔材料的研究剛剛開始，尚未普及。有學(xué)者［4］嘗試將其添加到口腔材料中（例如熱固化基托材料、復(fù)合樹脂、藻酸鹽印模材料、義齒軟襯材料等）來賦予其抗菌性能，并取得了較理想的效果。但至今未有將其加入室溫固化PMMA材料中的報道。本研究以齲病和義齒性口炎的主要致病菌變形鏈球菌和白色念珠菌為代表，研究添加納米載銀無機抗菌劑的室溫固化PMMA材料的體外抗菌效果，并檢測其對室溫固化PMMA材料的機械性能的影響，為研制開發(fā)新型抗菌室溫固化PMMA材料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及主要設(shè)備 室溫固化PMMA材料（日進齒科材料有限公司），白色念珠菌（ATCC10231）（中國科學(xué)院微生物研究所），變形鏈球菌（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院微生物實驗室），RHA－1型納米載銀無機抗菌劑（上海潤河納米材料科技有限公司），UV－4802H型紫外可見分光光度計、WMZK－02型電熱恒溫培養(yǎng)箱和SW－CJ－1F型超凈化工作臺（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院微生物實驗室），CSS－44100電子萬能材料試驗機（長春試驗機研究所），MG－2000摩擦磨損試驗機（河北宣化北倫平衡機廠），簡支梁沖擊試驗機。

1.2 抗菌母料及抗菌試件的制備 采用球磨法將含10%的載銀無機抗菌劑添加到牙托粉中并置于球磨機中研磨8h制成抗菌母料，再將母料內(nèi)加入不同質(zhì)量的牙托粉重新研磨稀釋成實驗需要的濃度。實驗所需抗菌劑的含量分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%。在室溫20℃情況下，按廠商提供的粉液比例將以上各組抗菌牙托粉分別與單體混合攪拌，加蓋放置至面團期早期，加壓填入模具，固化后取出。所用試件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為（50±2）mm×（50±2）mm、厚度（2.0±0.5）mm，用800目水砂紙打磨拋光，以上所有試件均在實驗前用75% 的乙醇溶液擦拭其表面，1min后用無菌水沖洗，自然干燥備用。

1.3 抗菌率的測定 將變形鏈球菌和白色念珠菌傳代培養(yǎng)，實驗選擇連續(xù)轉(zhuǎn)接2次后的新鮮細菌培養(yǎng)物，取少量（1～2環(huán)）放入培養(yǎng)液中配制成濃度為1×108cfu·mL－1的標(biāo)準(zhǔn)菌液［分光光度計測吸光度（A）值］，并用培養(yǎng)液做10倍系列稀釋，選擇菌液濃度為（1～3）×105cfu·mL－1的稀釋液作為菌懸液備用。將各組抗菌試件放入90mm的培養(yǎng)皿中，用微量加樣器分別取200μL的菌懸液滴加在各試件表面，每個樣品做3個平行樣。用滅菌鑷子夾起聚乙烯薄膜覆蓋在各試件的表面，鋪平，使菌液均勻接觸試件表面，避免產(chǎn)生氣泡。在37℃、相對濕度大于90%的條件下培養(yǎng)24h。取出培養(yǎng)24h后的試件，分別加入20mL的生理鹽水洗脫液，反復(fù)清洗3次試件及覆蓋膜，充分搖勻，倍比稀釋后取100μL接種在瓊脂平板培養(yǎng)基上，白色念珠菌需養(yǎng)培養(yǎng)24h，活菌計數(shù)；變形鏈球菌兼性厭氧培養(yǎng)48h，活菌計數(shù)。最后按稀釋倍數(shù)計算空白樣品及抗菌樣品的回收菌數(shù)。以上實驗重復(fù)3次，取平均值。將測定的菌落數(shù)按以下公式測算抗菌率（r）：r（%）＝（b－c）／b×100%，b為空白對照樣品平均回收菌數(shù)（cfu／片），c為添加抗菌劑的印模材料樣品平均回收菌數(shù)（cfu／片）。

1.4 彎曲強度測試 試件尺寸為60mm×20mm×5mm，每組制作10個試件。在CSS－44100電子萬能材料試驗機上進行測試，跨度為（4.00±0.05）cm，壓頭半徑為（0.25±0.01）cm，壓頭速度為5mm·min－1。按以下公式計算彎曲強度，δ＝1.5PL／bd2，式中：δ為彎曲強度，P為最大載荷，L為跨度，b為試樣寬度，d為厚度。

1.5 沖擊強度測試 試件尺寸為60mm×5mm×4mm，每組制作試件10個。在簡支梁沖擊試驗機上進行測試，以下公式計算沖擊強度，α＝An／bd，式中：α為沖擊強度，An為試樣斷裂所消耗的功，b為試樣寬度，d為試樣厚度。

1.6 磨損性能測試 試件規(guī)格為直徑6mm、高12mm的圓柱體，每組制作試件5個。在MG－2000摩擦磨損試驗機上進行測試。選擇硬度為HRC 70的硬質(zhì)合金圓盤作為對磨件，試件垂直負(fù)荷50N，實驗的轉(zhuǎn)速為80r·min－1，相對滑動速度為0.25m·s－1，試件與摩擦副接觸方式為平面式接觸。磨損量用尺寸變化法測定，按下公式計算磨損量，ΔV＝πR2（H－h(huán)），式中：ΔV為磨損量，H為實驗前的高度，h為磨損后的高度。

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 13.0軟件包進行統(tǒng)計學(xué)處理，各組抗菌率、機械性能等指標(biāo)以±s表示，多組間樣本均數(shù)比較采用 One－Way ANOVA檢驗。

2 結(jié) 果

2.1 抗菌試件的抗菌率 隨著抗菌劑含量的增加，抗菌試件對白色念珠菌和變形鏈球菌的抗菌率均顯著增加。當(dāng)抗菌劑含量達到1.0%時，對白色念珠菌的抗菌率已經(jīng)超過90%，對變形鏈球菌的抗菌率超過50%；當(dāng)抗菌劑含量達到2.5%時，對白色念珠菌和變形鏈球菌的抗菌率均達到90%以上，顯示了較強的抗菌效果。見表1和2。

2.2 機械性能實驗結(jié)果 彎曲強度測試中，當(dāng)抗菌劑含量為1.0%時彎曲強度最大，為（88.37±10.37）MPa，隨抗菌劑含量繼續(xù)增加，彎曲強度逐漸降低，當(dāng)抗菌劑含量達到2.5%時，與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義 （P＜0.05）；沖擊強度測試中，當(dāng)抗菌劑含量為1.0%時沖擊強度最大，為（6.41±0.49 ）kJ·m－2，隨抗菌劑含量繼續(xù)增加，沖擊強度逐漸降低，當(dāng)抗菌劑含量達到2.5%時，與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義 （P＜0.05）；磨損性能測試中，當(dāng)抗菌劑含量為1.5%時磨損性能最大，為 （5.04±0.43）mm3，隨抗菌劑含量繼續(xù)增加，磨損性能逐漸降低，當(dāng)抗菌劑含量達到2.0%時，與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表3。

表1 不同含量的納米載銀抗菌試件對白色念珠菌的抗菌率Tab.1 The antibacterial rates of nano－silver base antibacterial testpiece at different concentrations against Candidaalbicans

表2 不同含量的納米載銀抗菌試件對變形鏈球菌的抗菌率Tab.2 The antibacterial rates of nano－silver base antibacterial testpiece at different concentrations against Streptococcus mutans

表3 不同含量的納米載銀無機抗菌劑對室溫固化PMMA材料機械性能的影響Tab.3 Influence of nano－silver base inorganic antibacterial agents on mechanical property of room curing PMMA material（±s）

表3 不同含量的納米載銀無機抗菌劑對室溫固化PMMA材料機械性能的影響Tab.3 Influence of nano－silver base inorganic antibacterial agents on mechanical property of room curing PMMA material（±s）

＊P＜0.05compared with control group.

Group Bending strength（P／MPa）（n＝10） Impact strength（kJ·m－2）（n＝10） Wear resistance（V／mm3）（n＝5）Control 87.80±14.82 6.32±0.96 5.20±0.19 Nano－silver 0.5% 85.97±6.09 6.39±0.85 5.23±0.29 1.0% 88.37±10.37 6.41±0.49 5.17±0.33 1.5% 81.74±8.38 6.21±1.15 5.04±0.43 2.0% 80.09±9.38 6.00±0.75 5.69±0.41＊2.5% 73.04±7.34＊ 5.43±0.57＊ 5.89±0.36＊3.0% 70.60±5.89＊ 5.21±0.72＊ 6.04±0.14＊

3 討 論

口腔是一個有菌環(huán)境，正常情況下微生物共生并處于相對平衡狀態(tài)。任何修復(fù)體的存在都可能打破這種平衡狀態(tài)，造成致病菌的滋生并引起相應(yīng)的口腔疾病。室溫固化PMMA材料因其聚合不完全會殘留一定孔隙，這就更增加了細菌黏附的機率。載銀無機抗菌劑屬于廣譜抗菌劑，其抗菌機制主要是銀離子 （Ag＋）接觸反應(yīng)，Ag＋緩慢釋放與微生物接觸，造成微生物細胞膜共有成被破壞或產(chǎn)生阻礙。Ag＋的游走可以深入材料空隙內(nèi)部更有效地殺滅致病菌［5－6］。納米載銀無機抗菌劑是銀與納米無機載體的復(fù)合體，是利用納米載體粒子較高的表面活性和較大的比表面積，采用物理吸附、離子交換等方式將銀離子固定在納米載體上而獲得的。普通銀的抑菌效果微弱，與之相比納米銀的原子排列表現(xiàn)為介于固體和分子間的 “介態(tài)”，這種活性極強的納米銀微粒具備超強抗菌能力，可以殺滅細菌、真菌、支原體和衣原體等致病微生物［7－8］。此外，納米銀又是非抗生素類抗菌劑，細菌對銀離子不產(chǎn)生耐藥性［9］，是一種長效的抗菌劑［10－11］。

本研究所選用的RHA－1型無機抗菌劑是一種在無機磷酸鹽離子交換體上負(fù)載銀粒子的高效、安全和耐熱的廣譜性抗菌劑。銀含量為3.0%，平均粒徑≤1.5μm。本研究參照BG／T21510－2008 （納米無機材料抗菌性能檢測方法），采用貼膜法對含有不同含量RHA－1型納米載銀無機抗菌劑的抗菌試件進行抗菌性能的測試。貼膜法反映的是微生物在材料表面的生存情況，符合載銀抗菌樹脂表面接觸抗菌原理。本研究結(jié)果顯示：抗菌試件對白色念珠菌和變形鏈球菌均表現(xiàn)了一定的抗菌效果，隨著抗菌劑含量的增加，抗菌率逐漸提高。雖然相同含量的RHA－1型納米載銀無機抗菌劑對白色念珠菌的抗菌性高于對變形鏈球菌的抗菌性，但抗菌劑含量達到2.5%時，對白色念珠菌和變形鏈球菌的抗菌率均達到了90%以上，顯示了較強的抗菌效果。余日月等［12］測定含納米載銀無機抗菌劑的基托樹脂在體外對白色念珠菌和變形鏈球菌的抗菌率，結(jié)果顯示：抗菌劑含量為2.5g·L－1時對變形鏈球菌和白色念珠菌的抗菌率均達到90%以上，此抗菌劑含量小于本實驗所得結(jié)果。其原因可能為：①選用的抗菌劑不同，不同的納米載銀無機抗菌劑的含銀量不同；②不同的納米載銀無機抗菌劑其粒度大小不同，粒徑越小，比表面積越大，與細菌或真菌接觸的面積越大，抗菌性能越強；③所選材料理化性能不同，與加熱固化型PMMA材料比較，室溫固化PMMA材料常常因聚合不完全而殘留一定孔隙，這樣會大大增加細菌或真菌的黏附量。

室溫固化PMMA經(jīng)常受到各種復(fù)合力的作用，例如在口腔咀嚼過程中牙與牙、牙與修復(fù)體、修復(fù)體與修復(fù)體以及其與食物間不可避免的產(chǎn)生摩擦磨損，或是材料反復(fù)長期處于咀嚼應(yīng)力下產(chǎn)生的彎曲形變，甚至是義齒意外落地所產(chǎn)生的沖擊破壞。因此室溫固化PMMA材料必須具備一定的強度來抵抗各種力的變化。雖然添加抗菌劑的室溫固化PMMA材料顯示了良好的抗菌效果，但考慮到抗菌劑的加入或多或少都會對材料的機械性能產(chǎn)生影響。因此本實驗對添加不同含量抗菌劑的試件進行了彎曲強度、沖擊強度和磨損性能3項機械性能的測試，結(jié)果顯示：抗菌劑含量在1.0%～1.5%的范圍內(nèi)抗菌試件的3種機械性能與對照組比較均有所提高，抗菌劑含量在1.5%～2.0%的范圍內(nèi)抗菌試件的3種機械性能較對照組雖有所降低，但差異并無統(tǒng)計學(xué)意義。綜合抗菌實驗的結(jié)果：抗菌劑含量在2.0%時既不會對室溫固化PMMA材料的機械性能產(chǎn)生顯著影響，又可以達到較理想的抗菌效果。

綜上所述，本研究證實了納米載銀無機抗菌劑在室溫固化PMMA材料中添加的可行性，為進一步研究具有抗菌性的新型室溫固化PMMA材料在口腔中的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

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Evaluation oninvitroantibacterial effect of room curing polymethylmethacrylate material adding nano－silver base inorganic antibacterial agents

JIA Chun－li，WANG Xiao－rong，ZHANG Ci－tong，SUN Shi－qun，YANG Yun
（Department of Prosthodontics，Stomatology Hospital，Jilin University，Changchun 130021，China）

Objective To investigate the antibacterial effect of room curing polymethylmethacrylate（PMMA）material adding nano－silver base inorganic antibacterial agent and to detect the changes of its mechanical property.Methods Nano－silver base inorganic antibacterial agent was added to the room curing PMMA material in the range of 0.5%－3.0%at an interval of 0.5%by ball milling to make specime.Antibacterial rates of the specimes were detected by film method.Bending strength，impact strength，and wear resistance of the specimes were respectively detected on electronic universal testing machine，impact test machine and friction and wear test machine.Results The antibacterial rates ofStreptococcusmutansandCandidaalbicanswere more than 50%when antibiotics content was 1.0%.The antibacterial rates ofStreptococcusmutansandCandidaalbicanswere more than 90%when the antibiotics content was 2.5%.The three mechanical properties were increased compared with control group when the antibacterial agents were in the range of 1.0% －1.5%.Then the three mechanical properties were decreased with the increasing of antimicrobial concentration.When the antibiotics content was 2.0%，the wear resistance had significant difference compared with control group（P＜0.05）；when the antibiotics content was 2.5%，the bending strength and impact strength had significant difference compared with control group（P＜0.05）.Conclusion The antibacterial effect of room curing PMMA adding nano－silver base inorganic antibacterial agent is ideal.The antibacterial rate is increased gradually with the increasing content of antibacterial agents.There is no significant effect on the mechanical properties of room curing PMMA material，but the antibacterial effects are satisfied when the content of antibacterial agents is 2.0%.

nano－silver base inorganic antibacterial agent；room temperature curing；polymethylmethacrylate；antibacterial rate；ball milling method

R781

A

1671－587Ⅹ（2012）05－0899－05

2012－05－21

吉林省科技廳科技發(fā)展計劃項目資助課題 （20090462）

賈春麗 （1984－），女，吉林省白城市人，醫(yī)師，醫(yī)學(xué)碩士，主要從事全口義齒、附著體義齒及口腔材料的基礎(chǔ)與臨床研究。

王曉容 （Tel：0431－88796018，E－mail：wangxr135＠hotmail.com）