納米載銀磷酸鋯抗菌劑在口腔材料中的研究進(jìn)展與應(yīng)用

王平 陳林

(1.遵義醫(yī)科大學(xué)；2.遵義醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，貴州 遵義 563000)

隨著現(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)的不斷進(jìn)步，加之人們對(duì)口腔衛(wèi)生重視程度的不斷提升，在口腔材料領(lǐng)域，臨床越發(fā)關(guān)注口腔抗菌問(wèn)題。良好的抗菌干預(yù)下，可避免如齲齒、牙髓炎、義齒性口炎等并發(fā)癥發(fā)生，保障患者理想預(yù)后，提升患者的就醫(yī)滿(mǎn)意度。上世紀(jì)八十年代末，納米技術(shù)開(kāi)始興起，其中典型代表為納米銀材料。該材料本身具備較好的催化性、化學(xué)穩(wěn)定性與導(dǎo)電性，更在抗菌活性方面表現(xiàn)出極高的應(yīng)用價(jià)值[1]。如今納米銀抗菌劑已被廣泛運(yùn)用于消毒劑、食品儲(chǔ)存等領(lǐng)域，更在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮顯著作用。作為納米銀抗菌劑中的典型代表，納米載銀磷酸鋯抗菌劑在臨床同樣獲得廣泛關(guān)注；其作為一種新型納米材料，具備環(huán)境友好、成本低、生物相容性好、毒性低、無(wú)需紫外照射就可表現(xiàn)出較佳抑菌活力等優(yōu)勢(shì)，其抗菌活性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)抑菌劑，因此近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于臨床口腔醫(yī)療研究領(lǐng)域[2]。有研究顯示[3]，該材料可對(duì)樹(shù)脂基托理化性能產(chǎn)生積極影響，有效強(qiáng)化樹(shù)脂基托的彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度。另有一項(xiàng)研究表明[4]，將載銀納米磷酸鋯應(yīng)用于玻璃離子水門(mén)汀的制備中，當(dāng)前者濃度達(dá)到3%及以上時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變形鏈球菌高達(dá)99%以上抑菌活力。本次綜述，主要探討納米載銀無(wú)機(jī)抗菌劑對(duì)口腔細(xì)菌的抗菌價(jià)值、機(jī)械性能與生物安全性，梳理學(xué)術(shù)界相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展，集各家見(jiàn)解綜于一文，希望能夠?yàn)樽x者在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的工作與科研提供一份參考幫助。

1 抗菌性能

納米載銀磷酸鋯抗菌劑是現(xiàn)如今主流的一種載銀抗菌技術(shù)，屬?lài)?guó)家專(zhuān)利產(chǎn)品，其空隙較之沸石載體更小，對(duì)于銀離子的釋放速度把控更好，可令釋放更加均勻，擁有較佳的廣譜抗菌活性，并具有良好的耐變色性能，可滿(mǎn)足口腔材料的美學(xué)與安全性要求。該材料的化學(xué)通式為AgnHmZr2(Po4)3，通過(guò)技術(shù)手段，人工將銀離子負(fù)載于納米磷酸鋯載體顆粒上形成。其抗菌機(jī)制在于，當(dāng)銀離子接觸到帶負(fù)電的病原菌細(xì)胞膜時(shí)，在“庫(kù)倫作用”的吸引下，此時(shí)過(guò)剩的銀離子將會(huì)經(jīng)細(xì)胞膜滲透進(jìn)細(xì)胞，取代酶蛋白琉基與細(xì)胞器產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而使蛋白質(zhì)凝固，抗酶活性[5]。不僅如此，一些銀離子更會(huì)與細(xì)胞膜蛋白質(zhì)產(chǎn)生結(jié)合，使細(xì)胞裂解、損傷，并令泄露胞質(zhì)，影響肽聚糖的合成，致使細(xì)胞壁無(wú)法生成，有效控制細(xì)胞增殖[6]。銀離子與細(xì)胞核DNA反應(yīng)下，可以破壞致病菌呼吸、物質(zhì)傳輸、電子傳輸?shù)壬顒?dòng)，感染致病菌的內(nèi)部代謝，致其死亡。銀離子還能夠催化活性中心，在關(guān)照下有效吸納環(huán)境能量，激活水與空氣中的氧離子，進(jìn)而產(chǎn)生活性氧類(lèi)自由基，破壞致病菌的繁殖，實(shí)現(xiàn)有效抑菌目的。而當(dāng)口腔內(nèi)致病菌凋亡分解后，銀離子會(huì)繼續(xù)從致病菌體內(nèi)游離，并再次對(duì)其他致病菌進(jìn)行滅活，發(fā)揮良好、持久的抗菌效力[7]。

李福軍[8]利用實(shí)驗(yàn)用齲病大鼠模型進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于納米載銀抗菌劑的抑菌研究，結(jié)果顯示，經(jīng)為期90天的系統(tǒng)觀察，大鼠口腔內(nèi)部菌群數(shù)量顯著下降，認(rèn)為該材料可有效降低口腔內(nèi)部的細(xì)菌黏附與菌斑附著。為進(jìn)一步探究納米載銀磷酸鋯抗菌劑對(duì)口腔細(xì)菌的抑菌價(jià)值，楊成雪等[9]研究結(jié)果顯示，相較于無(wú)納米載銀磷酸鋯抗菌劑添加的對(duì)照組而言，當(dāng)添加劑的濃度達(dá)到3%及以上，牙齦卟啉單胞菌菌落數(shù)顯著低于對(duì)照組；而融入全濃度(1%～7%)納米載銀磷酸鋯抗菌劑的樹(shù)脂基托，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)白色念珠菌、血鏈球菌、內(nèi)氏放線菌、黏性放線菌、變形鏈球菌的有效滅活。分析以上數(shù)據(jù)，建議臨床在應(yīng)用納米載銀磷酸鋯抗菌劑時(shí)，最好選擇濃度在3%及以上，可以有效實(shí)現(xiàn)口腔細(xì)菌的滅活。曹曉梅等[10]研究進(jìn)一步將納米載銀磷酸鋯抗菌劑濃度提升至10%，并與5%濃度同材料進(jìn)行參照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，10%濃度下，載銀磷酸鋯抑金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、大腸埃希菌、枯草桿菌活性顯著高于濃度5%時(shí)，且對(duì)枯草桿菌活性抑制效力最佳。這或許與濃度差之間過(guò)大的差異有關(guān)。而國(guó)內(nèi)暫未見(jiàn)相近濃度的納米載銀磷酸鋯抗菌劑抑菌效力的隨機(jī)對(duì)照研究。另一項(xiàng)關(guān)于常見(jiàn)牙周致病菌的體外抗菌試驗(yàn)證實(shí)[11]，納米載銀抗菌劑已可實(shí)現(xiàn)對(duì)具核梭桿菌、中間普氏菌、放線伴放線桿菌的有效抑制，平均抑菌環(huán)直徑在14 mm以上。

2 機(jī)械性能

載銀磷酸鋯屬于一類(lèi)無(wú)機(jī)納米顆粒。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，該材料與臨床常見(jiàn)的硅橡膠義齒軟襯材料無(wú)機(jī)填料“氣相白炭黑”在形狀、大小、結(jié)構(gòu)乃至性質(zhì)上，均具有極高的相似性。但除此以外，載銀磷酸鋯還具備更小的顆粒粒度、較大的比表面積與較佳的活性，表面能與表面結(jié)合能均優(yōu)于白炭黑。以上優(yōu)勢(shì)，使得載銀磷酸鋯能夠有效提升界面間的相互作用力，增加作用面積與交聯(lián)形式，諸如分子間的范德華力交聯(lián)、纏結(jié)交聯(lián)、共價(jià)交聯(lián)等，提升交聯(lián)密度，提升填料網(wǎng)及填料與聚合物網(wǎng)間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而表現(xiàn)出更好的機(jī)械性能。

正如杜君香等[12]所撰文獻(xiàn)顯示，研究人員利用0% ～5%的載銀磷酸鋯對(duì)玻璃離子水門(mén)汀粉劑進(jìn)行改性，最終結(jié)果顯示，隨著載銀磷酸鋯濃度的提升，患者口腔的整體抑菌效果隨之提升，這一觀點(diǎn)與上文研究中楊成雪等[9]、曹曉梅等[10]研究基本一致；除此以外，杜等還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入載銀磷酸鋯的濃度達(dá)到2%時(shí)，材料抗壓強(qiáng)度最優(yōu)；濃度進(jìn)一步升至3%時(shí)，材料顯微硬度、彎曲強(qiáng)度達(dá)峰值，這一發(fā)現(xiàn)與載銀磷酸鋯的抗菌特性保持一定的相似性，即理想的機(jī)械性能與抗菌能力，均會(huì)收到納米載銀磷酸鋯抗菌劑加入濃度的影響?；仡櫳衔难芯浚咕苑矫?，3%的濃度下，已可實(shí)現(xiàn)對(duì)所研究五種病原菌的有效滅活效力，因此提出建議，在選擇納米載銀磷酸鋯抗菌劑復(fù)合材料時(shí)，需要謹(jǐn)慎選擇制備濃度，以保障較為理想的機(jī)械性能與抗菌活性，更好地提升口腔修復(fù)質(zhì)量?；谏鲜鲅芯砍晒嵣倌鹊萚13]進(jìn)一步提出改良治療方案，其利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，予以載銀磷酸鋯表面改性后，再經(jīng)溶液聚合，將甲基丙烯酸甲酯接枝于其表面，從而對(duì)納米載銀磷酸鋯人工改性；再將產(chǎn)物加入樹(shù)脂基托，制備符合材料用于口腔正畸；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改性納米載銀磷酸鋯平均粒徑得到下調(diào)，疏水性得到提升，材料分散性更進(jìn)一步提升，得到良好機(jī)械性能的同時(shí)，研究人員也對(duì)其抗菌能力進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合基托材料對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抗菌性得到有效提升另一項(xiàng)關(guān)于納米載銀磷酸鋯的機(jī)械性能研究進(jìn)一步證實(shí)[14]，不同濃度載銀磷酸鋯的加入，均可一定程度提升復(fù)合材料的機(jī)械性能；但該提升特征并非與抗菌性能完全一致(濃度越高越好)；研究人員通過(guò)論證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濃度達(dá)到5%時(shí)，復(fù)合材料的機(jī)械性能綜合表現(xiàn)較之2%與10%時(shí)更佳，這一結(jié)果提示臨床，關(guān)于納米載銀磷酸鋯抗菌劑濃度的選擇，需要慎重取舍，既要考慮到良好的抗菌性能，也要兼顧機(jī)械性能。國(guó)內(nèi)關(guān)于不同納米載銀抗菌劑間機(jī)械性能的對(duì)照研究鮮少，此為筆者參閱資料時(shí)所發(fā)現(xiàn)的研究現(xiàn)狀；未來(lái)還需進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)領(lǐng)域的研究，以更好地指導(dǎo)臨床具體工作。

3 生物安全性

比表面積大為納米粒子的典型特性，對(duì)細(xì)胞表現(xiàn)出高反應(yīng)性，進(jìn)而易于細(xì)胞表面附著，而后經(jīng)歷胞吞，于細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更小粒徑、帶不同電荷的納米粒子，或聚合為大粒徑粒子；其和細(xì)胞的交互作用間存在差異，因而可致細(xì)胞毒性差異。納米銀被毒理學(xué)研究廣泛提及，主流的致毒機(jī)理是經(jīng)由氧化應(yīng)激反應(yīng)，以致細(xì)胞氧化還原平衡出現(xiàn)紊亂，線粒體功能受到損害[15]。一般當(dāng)銀離子含量較高時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致真核細(xì)胞出現(xiàn)毒性反應(yīng)，并抗細(xì)胞活性。王原等[16]利用噻唑藍(lán)比色法檢驗(yàn)納米載銀抗菌劑對(duì)實(shí)驗(yàn)小鼠成纖維細(xì)胞的毒性反應(yīng)，文中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米載銀抗菌劑濃度在1%時(shí)，未見(jiàn)毒性反應(yīng)。高濃度銀離子能夠影響線粒體膜的滲透性，并干預(yù)細(xì)胞DNA合成，從而影響細(xì)胞增殖。一項(xiàng)研究還得出觀點(diǎn)[17]，載銀抗菌劑不會(huì)對(duì)成骨細(xì)胞增殖產(chǎn)生不良影響，且有助于成骨細(xì)胞血清堿性磷酸酶表達(dá)。

遺傳毒性也是生物安全領(lǐng)域研究的重要方向，其是指當(dāng)受到各類(lèi)外界因素的干預(yù)，機(jī)體遺傳物質(zhì)在染色體水平、堿基水平、分子水平上出現(xiàn)損傷而引發(fā)的毒性反應(yīng)。納米材料若直接與血液、皮膚黏膜產(chǎn)生接觸，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)遺傳毒性，危害患者健康。史金先等[18]開(kāi)展一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，探討載銀抗菌劑對(duì)實(shí)驗(yàn)小鼠的肝毒性影響；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組小鼠的門(mén)冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、肝臟系數(shù)水平未出現(xiàn)顯著差異，最后經(jīng)彗星圖像分析，證實(shí)了載銀抗菌劑不會(huì)對(duì)小鼠機(jī)體造成不良影響，不具備遺傳毒性，證明了載銀抗菌劑良好的生物相容性。王梓屹等[19]研究成果顯示，納米載銀抗菌劑對(duì)骨內(nèi)組織的生物相容性較佳，并具備促骨組織生長(zhǎng)修復(fù)之效。

4 展 望

關(guān)于納米載銀磷酸鋯抗菌劑生物安全性的探討，各家執(zhí)觀點(diǎn)不一。但可以確定的是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可以通過(guò)一些特定的工藝對(duì)納米載銀磷酸鋯抗菌劑的濃度等其他指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，如調(diào)整納米粒子的尺寸、進(jìn)行涂層與表面處理等，以降低其生物毒性，進(jìn)而提升納米載銀磷酸鋯抗菌劑在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的生物相容性。今后需要進(jìn)一步研究納米載銀磷酸鋯抗菌劑中銀的狀態(tài)、抗菌機(jī)制、細(xì)菌攝取銀離子的方式、抗菌載體的最佳構(gòu)成等，進(jìn)一步優(yōu)化納米載銀磷酸鋯抗菌劑的使用方法。在該材料的臨床應(yīng)用中，還需要進(jìn)一步研究其殺菌效果，選擇合適濃度，使之應(yīng)用于口腔材料領(lǐng)域，能夠在不影響口腔其他菌群平衡的前提下，更好地發(fā)揮理想的抑菌效果，并保持較高的機(jī)械性能。最后，大力研究緩釋型的納米載銀磷酸鋯抗菌劑，令銀離子的長(zhǎng)期、緩慢釋效成為可能，更好地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定的抑菌效力。