脫礦牙本質(zhì)糊漿聯(lián)合應(yīng)用氫氧化鈣和微波處理快速形成羥基磷灰石＊

薛萬林， 龔士強(qiáng)， 周 彬△， 朱光勛， 劉春利， 陳衛(wèi)民

1 華中科技大學(xué)校醫(yī)院口腔科，武漢 430070

2 華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心，武漢 430030

齲齒是一種常見的牙體感染性疾病，常造成牙體硬組織的缺損。傳統(tǒng)的臨床處理方法是機(jī)械去齲后采用金屬、合金、樹脂等材料進(jìn)行修復(fù)。這些方法不可避免地?fù)p壞到鄰近的正常組織，此外，由于修復(fù)材料和牙體組織之間熱力學(xué)膨脹系數(shù)的差異，隨著時(shí)間的延長容易產(chǎn)生繼發(fā)齲，理想的充填材料應(yīng)該從結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能上和天然牙具有高度相似性［1］。本研究中，我們擬采用脫礦牙本質(zhì)糊漿結(jié)合微波照射的方法形成羥基磷灰石，并研究其轉(zhuǎn)化情況，為研制與牙體硬組織結(jié)構(gòu)和成分類似的材料奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 脫礦牙本質(zhì)糊漿的預(yù)備

取因正畸治療需要而拔除的新鮮前磨牙，去除根部和牙釉質(zhì)，流水冷卻的情形下，采用金剛石鋸切成2mm×2 mm×1.5mm 大小，85% H3PO44℃搖床下處理3d，過濾去除未溶解物質(zhì)，收集脫礦牙本質(zhì)糊漿，4℃下儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

按照4∶1 比例，牙本質(zhì)糊漿中加入H2O2，根據(jù)預(yù)設(shè)定的Ca／P 比1.67，每份2mL 樣本中分別加入1.5g 氫氧化鈣粉末，另一組中加入1.5g 羥基磷灰石粉末，顆粒大小為2～10μm（Kermel化學(xué)試劑公司），從而分別得到以氫氧化鈣或羥基磷灰石為鈣來源的鈣磷復(fù)合物［2］。以85%磷酸代替牙本質(zhì)糊漿作為對(duì)照組。

1.2 微波照射處理

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各有一半樣品采用微波處理，采用2 450MHz，700W 微波爐（格蘭仕公司，中國）進(jìn)行處理，每次處理20s，降溫30s，重復(fù)30次，未作處理組置于37℃干燥器中，時(shí)間同微波照射處理組。所有樣本最終放于冰中冷卻30min，37℃下干燥過夜。

1.3 X射線衍射（XRD）分析

采用X 射線衍射儀（Xpert Prp，Phillips，荷蘭）進(jìn)行成分分析，測試以Cu Kα輻射，Kα＝1.54nm，掃描范圍為15°～50°，掃描速度為4°／min，以Highscore分析軟件分析特征峰并分析物相。

1.4 場發(fā)射電子顯微鏡觀察

樣本碾碎成粉末進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，粉末粘臺(tái)，噴金，采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FEI－Sirion 200，美國）掃描，觀察樣品形貌。

2 結(jié)果

2.1 成分分析

XRD 特征圖譜結(jié)果顯示，以羥基磷灰石為鈣來源時(shí)，在對(duì)照組中，即磷酸溶液中加入羥基磷灰石后，無論是否經(jīng)過微波處理，均形成磷酸氫鈣（CaHPO4，DCPA）。脫礦牙本質(zhì)糊漿中加入羥基磷灰石后，未經(jīng)過微波處理形成磷酸氫鈣，而經(jīng)過微波處理后則形成二水磷酸氫鈣（CaHPO4·2H2O，DCPD）。見圖1。

圖1 以羥基磷灰石為鈣來源樣品的特征XRD圖譜Fig.1 X－ray diffraction patterns of the hydroxyapatite pastes

XRD 特征圖譜結(jié)果顯示，以氫氧化鈣為鈣來源形成的晶體相差異較大，其中對(duì)照組，即磷酸溶液中加入氫氧化鈣后無論是否經(jīng)過微波處理，其主要晶相為磷酸氫鈣，而脫礦牙本質(zhì)糊漿中加入氫氧化鈣后，未經(jīng)微波處理的主要晶體相為氫氧化鈣，微波處理組則轉(zhuǎn)化成羥基磷灰石。見圖2。

圖2 以氫氧化鈣為鈣來源樣品的特征XRD圖譜Fig.2 X－ray diffraction patterns of the Ca（OH）2pastes

2.2 形貌分析

圖3顯示，以羥基磷灰石為鈣來源未經(jīng)過微波照射處理組，其晶體不規(guī)則，約1～5μm 大小，經(jīng)過微波處理組后形成層狀晶體。

圖4顯示，以氫氧化鈣為鈣來源組形成的晶體較以羥基磷灰石為鈣來源組的晶體更為細(xì)致和緊密，未經(jīng)微波處理的呈針狀晶體，經(jīng)過微波處理后呈層片狀，但晶體要比羥基磷灰石組小得多。

3 討論

牙體硬組織是一種無機(jī)／有機(jī)物質(zhì)的雜合體，其中無機(jī)成分為羥基磷灰石［Ca10（PO4）6（OH）2，HAp］。在牙體硬組織的形成過程中，羥基磷灰石在有機(jī)基質(zhì)的引導(dǎo)和調(diào)控下，晶體排列高度有序并具有獨(dú)特和理想的結(jié)構(gòu)特征，這一形成過程即稱之為生物礦化。研究表明，一些有機(jī)基質(zhì)，如釉蛋白、雙性納米纖維、羥基磷灰石結(jié)合多肽等可以調(diào)控羥基磷灰石形成，并已經(jīng)成功應(yīng)用于修復(fù)牙釉質(zhì)的表面脫礦［3－5］。磷酸溶液不但能溶解牙體硬組織中的無機(jī)質(zhì)，而且能溶解一些有機(jī)基質(zhì)［6］。本研究中，在脫礦牙本質(zhì)糊漿中加入羥基磷灰石或者氫氧化鈣，有助于脫礦糊漿中的有機(jī)基質(zhì)調(diào)控晶體的相變和排列。研究結(jié)果表明，脫礦牙本質(zhì)糊漿中加入氫氧化鈣后，不能形成羥基磷灰石，但是在微波照射的作用下，能實(shí)現(xiàn)羥基磷灰石的轉(zhuǎn)化，但是在脫礦牙本質(zhì)糊漿中加入羥基磷灰石并未發(fā)現(xiàn)這一效果，可能與羥基磷灰石在磷酸溶液中穩(wěn)定存在有關(guān)。

圖3 場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察以羥基磷灰石為鈣來源樣品的形貌Fig.3 FESEM images of the hydroxyapatite pastes

圖4 場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察以氫氧化鈣為鈣來源樣品的形貌Fig.4 FESEM photographs of Ca（OH）2pastes

文獻(xiàn)報(bào)道羥基磷灰石在強(qiáng)酸作用下形成磷酸氫鈣［2］，本研究中，在磷酸或者脫礦牙本質(zhì)糊漿中加入羥基磷灰石后均能形成磷酸氫鈣。二水磷酸氫鈣是在酸性環(huán)境下最穩(wěn)定的磷酸鈣，常應(yīng)用于牙釉質(zhì)表面的涂層修復(fù)［7］，本研究結(jié)果表明，微波處理能加速這一過程。

和傳統(tǒng)的濕法或者干熱法制備羥基磷灰石不同的是，本研究采用微波處理來加速羥基磷灰石的轉(zhuǎn)化。有報(bào)道表明，微波處理能形成高度晶化的羥基磷灰石［8］。本研究中，單純的微波處理或單純的脫礦牙本質(zhì)糊漿均不能促使氫氧化鈣轉(zhuǎn)化成羥基磷灰石，但在微波照射的作用下，脫礦牙本質(zhì)糊漿中無論是加入羥基磷灰石為鈣來源，還是以氫氧化鈣為鈣來源均出現(xiàn)了相變，前者形成了在酸性環(huán)境下最穩(wěn)定的二水磷酸氫鈣，后者則形成了片狀微細(xì)的羥基磷灰石。值得注意的是，這種相變也可能和混合順序不同有關(guān)［9］。

本研究顯示，在脫礦牙本質(zhì)糊漿中加入氫氧化鈣并經(jīng)過微波處理后能快速形成羥基磷灰石，且晶體具有顆粒精細(xì)、致密并成層片狀，這提示牙本質(zhì)糊漿中可能通過其中的有機(jī)基質(zhì)來調(diào)控了晶體轉(zhuǎn)化和形態(tài)。本研究探討了一種新的與牙體硬組織結(jié)構(gòu)、成分類似的新材料合成方法，從而有望應(yīng)用于牙體硬組織缺損的修復(fù)和治療。

（聲明：本研究成果已由華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)院遞交了“脫礦牙本質(zhì)糊漿微波處理快速形成羥基磷灰石“的專利申請(qǐng)。）

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