氟化物防治齲齒的化學(xué)原理及其微型模擬實(shí)驗(yàn)

廉晨悅

摘要本文主要對氟化物防齲應(yīng)用發(fā)展做一簡單綜述，并以雞蛋殼代替牙齒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果簡單說明氟化物預(yù)防齲齒背后的化學(xué)原理。

關(guān)鍵詞氟化物；防齲；化學(xué)原理

近年來，各項(xiàng)臨床和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氟化物不僅對牙齒的堅(jiān)固有著非常重要的作用，能夠顯著降低兒童和成人的齲壞率，還能促進(jìn)已病變的牙體組織發(fā)生再礦化并抑制口腔細(xì)菌的滋生。氟化物防齲已成為當(dāng)前的應(yīng)用和研究熱點(diǎn)。

1氟化物防治齲齒的機(jī)制和化學(xué)原理

當(dāng)口腔中存在大量牙菌斑或pH值降低時，這種平衡就會被打破，磷灰石晶體溶解超過晶體再生，導(dǎo)致牙齒表面出現(xiàn)某些特征性外觀性損傷，也就是常說的齲齒。氟化物防止齲齒的機(jī)制主要體現(xiàn)在以下3個方面。

1.1降低釉質(zhì)溶解度

齲齒的形成的一個重要因素是牙斑菌，在進(jìn)食的過程中牙斑菌和食物中的糖分和淀粉充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)會釋放出有機(jī)酸，這些有機(jī)酸能夠長時間地跟牙齒表面密切接觸，使得羥基磷灰石溶解：

與此同時，飲水、食物或牙膏里的氟離子也會跟羥基磷灰石發(fā)生反應(yīng)生成晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的氟羥基磷灰石和氟磷灰石：

1.2促進(jìn)釉質(zhì)再礦化

氟化物可在牙釉質(zhì)表面形成氟化鈣（CaF₂）沉積層。CaF₂中的F^-可與磷灰石晶體表面溶解的Ca²⁺和PO⁴結(jié)合為氟羥基磷灰石，再結(jié)晶到釉質(zhì)中的磷灰石表面，使得牙釉質(zhì)再礦化得以發(fā)生。

1.3抑制細(xì)菌代謝和菌斑形成

首先，氟化物可以抑制細(xì)菌產(chǎn)酸。在口腔局部pH下降時，口腔中的F廣與H結(jié)合成氫氟酸（HF），HF攜帶H進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，抑制細(xì)胞膜向外轉(zhuǎn)運(yùn)H，降低細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的pH值，破壞產(chǎn)酸菌細(xì)胞酶發(fā)揮活性的環(huán)境；其次，氟化物可以抑制變異鏈球菌等對葡萄糖的攝取、轉(zhuǎn)化和利用，影響胞外多糖的合成、胞內(nèi)多糖的儲存，干擾細(xì)菌和菌斑在牙面上的堆積和黏附。

2氟化物防治齲齒的實(shí)驗(yàn)?zāi)M及結(jié)果分析

由于雞蛋殼的化學(xué)成分和人的牙齒的主要成分均為碳酸鈣，因此，可以用雞蛋殼代替牙齒來模擬氟化物對牙齒的作用。在實(shí)驗(yàn)中分別通過測量用含氟牙膏和不含氟牙膏處理過的雞蛋殼在同樣酸性條件下的反應(yīng)后的蛋殼質(zhì)量的變化情況來證明氟化物對齲齒的防治作用。

2.1實(shí)驗(yàn)材料及儀器

1）實(shí)驗(yàn)材料。雞蛋殼：收集生的雞蛋殼數(shù)只，并做內(nèi)膜完全去除處理。含氟牙膏（中華）：聯(lián)合利華（中國）有限公司出品（200g裝）。不含氟牙膏（黑人）：好來化工（中山）有限公司出品（175g裝）。2mol/L HCI、蒸餾水。2）實(shí)驗(yàn)儀器。燒杯、牙刷、鑷子、分析天平、烘箱、試管、玻璃棒。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

1）雞蛋殼預(yù)處理。將約5g蛋殼洗凈，瓣成近似1cmX1cm的小塊，放入10mL 2mol/L的NaOH溶液中，煮沸約10min，待殼內(nèi)蛋膜完全脫離蛋殼后，停止加熱，用冷水將蛋殼洗凈，晾干。將晾干的雞蛋殼碎成大小近似的小塊，備用。將處理好的雞蛋殼均分為15份，要求兩組蛋殼中對應(yīng)的蛋殼表面積盡量相近。在實(shí)驗(yàn)前3天就每天用牙刷均勻涂抹牙膏于每份蛋殼上，一份用含氟牙膏處理，另一份用不含氟牙膏處理。2）將用牙膏處理好的蛋殼用水洗干凈，除去表面的牙膏，然后將蛋殼置于烘箱內(nèi)烘干，置于分析天平上稱重，記錄其準(zhǔn)確質(zhì)量。3）取2mol/L的HC150mL，加入蒸餾水配成1000mL溶液，配成0.1mol/L的HCl，每次取50mL。4）取出對應(yīng)的用含氟與不含氟牙膏處理了的蛋殼，同時放入50mLHCL，并記錄反應(yīng)時間。5）取出蛋殼，快速洗去其表面的HCl，然后置于烘箱內(nèi)烘干。用分析天平稱重，記錄其反應(yīng)后的質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)將反應(yīng)時間分別設(shè)為30s、1min、2min、3min、4min、5min、6min，按照不同的反應(yīng)時間，分7組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，七組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

由于每組2個樣本的初始質(zhì)量都無法做到相同，因此，在最終的結(jié)果計(jì)算中以減輕質(zhì)量占原質(zhì)量的百分比來進(jìn)行比較。匯集以上7組數(shù)據(jù)可得下圖，橫軸為時間（單位：min），縱軸為質(zhì)量減輕百分比（單位：%）

實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)反應(yīng)時間為4min以內(nèi)的時候，含氟牙膏的抗酸能力較不含氟牙膏表現(xiàn)得較為明顯。當(dāng)反應(yīng)時間超過了4min時，兩組樣本的抗酸能力就逐漸趨于一樣了。這是因?yàn)榉x子與蛋殼作用而生成氟羥基磷酸鈣和氟化鈣并非很多，因其覆蓋在蛋殼表面從而能起到一定的抗酸作用，在與酸反應(yīng)時間較短時，氟羥基磷酸鈣與氟化鈣未被破壞，所以表現(xiàn)出更好的抗酸性。但如果較長時間與酸接觸，由于氟羥基磷酸鈣與氟化鈣的量逐漸減少，更多的蛋殼表面就會與酸直接接觸從而反應(yīng)，這樣就無法體現(xiàn)出其較好的抗酸性。