牙科修復(fù)材料的抗菌作用研究進(jìn)展*

張?jiān)氯?侯亞娟 王宏遠(yuǎn)

齲病是口腔常見病，繼發(fā)齲是修復(fù)后的主要并發(fā)癥之一，變異鏈球菌的檢出率被認(rèn)為是齲病活動(dòng)性的參照依據(jù)[1]。齲病產(chǎn)生的因素除了修復(fù)體與牙體組織之間的微滲漏引起細(xì)菌生物膜在此沉積外，另一個(gè)主要原因是修復(fù)材料不具備抗菌性或抗菌性能欠佳[2]，因此，在不打破口腔微環(huán)境動(dòng)態(tài)平衡的前提下，研發(fā)具有長效抗菌功能的口腔修復(fù)材料對(duì)降低齲病的發(fā)病率具有重要意義。

現(xiàn)已有無機(jī)、有機(jī)及天然抗菌劑可賦予口腔修復(fù)材料抗菌性能，相較于另外兩種抗菌劑，無機(jī)抗菌劑具有更高的穩(wěn)定性及生物安全性、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)[3,4]。本文就無機(jī)抗菌劑的抗菌機(jī)理及抗菌特性，對(duì)口腔修復(fù)材料的抗菌、理化性能影響及其在防齲方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，展望其應(yīng)用前景。

1.銀離子抗菌劑

納米銀粒子（Silver nanoparticles，Ag NPs）是一種直徑為1-100 nm的銀單質(zhì)粒子，具有化學(xué)性質(zhì)活潑、吸附性強(qiáng)、生物安全性高、抗菌譜廣、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)。通過研究，發(fā)現(xiàn)添加Ag NPs的抗菌材料對(duì)變異鏈球菌、黏性放線菌以及白色念珠菌等都擁有顯著的抗菌作用[5,6]。其可能的抗菌原理有：（1）釋放Ag+：釋放出來的Ag+能與細(xì)胞膜中的含硫、氮或氧的官能團(tuán)結(jié)合形成絡(luò)合物，破壞細(xì)胞膜，影響細(xì)胞的新陳代謝，產(chǎn)生殺菌作用；除此之外，Ag+還能與細(xì)菌的遺傳物質(zhì)DNA相互作用，使DNA的正常功能遭到破壞，使細(xì)胞凋亡[7]。（2）納米銀粒子能夠誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生過量活性氧，活性氧的過量累積會(huì)引發(fā)細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞膜、DNA損傷，使細(xì)胞凋亡[8]。

基于上述特點(diǎn)，納米銀粒子樹脂基托材料及樹脂充填材料中用以防齲得到了廣泛的應(yīng)用與研究，分述如下。

1.1 基托材料 活動(dòng)義齒是臨床中較為廣泛的修復(fù)方法，但是由于患者在使用義齒的過程中，口腔的自潔功能受到一定影響，不僅增加了患者患義齒性口炎的幾率，也增加了基牙患齲的風(fēng)險(xiǎn)。近年來，有學(xué)者將載銀納米抗菌劑添加到義齒基托材料中，以防止基牙齲壞，延長義齒使用壽命。在抗菌方面，肖月[9]等將不同質(zhì)量的載銀納米二氧化鈦添加到樹脂基托材料中，采取薄膜密貼法測(cè)得該抗菌樹脂基托對(duì)白色鏈球菌及變異鏈球菌均有抗菌作用。機(jī)械性能方面，柳文娟[10]等將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的載銀磷酸鋯添加到基托樹脂中發(fā)現(xiàn)：添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～3%的抗菌劑時(shí)，脂基托的彎曲性能最好，添加2%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，材料的拉伸性能最好，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～2%時(shí)，抗菌樹脂基托的壓縮性能最好。在生物安全性方面，有研究發(fā)現(xiàn)：只要銀納米粒子濃度不超過50 g每升，那么該物質(zhì)不會(huì)對(duì)小鼠纖維細(xì)胞產(chǎn)生破壞，不干擾正常生物細(xì)胞的功能，符合生物相容性的要求，但其在體內(nèi)代謝、轉(zhuǎn)化、排泄的深入研究仍不夠，因此其生物安全性還需進(jìn)一步研究[11]。

1.2 復(fù)合樹脂充填材料 繼發(fā)齲及基牙齲壞仍然是樹脂修復(fù)后失敗的主要原因之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，因繼發(fā)齲導(dǎo)致的十年內(nèi)樹脂修復(fù)的成功率低于50%[12]，因此，抗菌材料對(duì)抑制齲病的發(fā)生及延長修復(fù)體的使用時(shí)間有著重要的臨床意義。研究證實(shí)，0-0.175wt.%的銀納米粒子改性復(fù)合樹脂可明顯減低生物膜的代謝活性和生長速度，隨著銀納米粒子添加量的增加，復(fù)合樹脂的抗菌活性也隨之增強(qiáng)，在添加0-0.088wt.%時(shí)，與商品化樹脂的彈性模量和撓曲強(qiáng)度無顯著的差別，但其達(dá)到0.175wt.%時(shí)，抗菌復(fù)合樹脂的撓曲強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的下降現(xiàn)象[13]，因此，使復(fù)合樹脂具有抗菌性時(shí)，還需要關(guān)注其機(jī)械性能。還有學(xué)者將納米載銀二氧化硅、納米載銀二氧化鋯等添加到復(fù)合樹脂中，使其增強(qiáng)機(jī)械性能的同時(shí)兼具抗菌活性[14]。因此，基托樹脂材料和復(fù)合樹脂材料中添加銀系抗菌劑可以抑制齲病致病菌，但納米銀具有一定的細(xì)胞毒性，因此還需要進(jìn)一步的臨床前評(píng)估及研究。

2.金屬氧化物系列抗菌劑

2.1 二氧化鈦 二氧化鈦（titanium dioxide，TiO2）作為一種光催化抗菌材料，對(duì)多種口腔微生物具有抗菌活性，包含變異鏈球菌、牙齦卟啉單胞菌及伴放線桿菌等[15]?？咕鷻C(jī)理主要為光催化抗菌機(jī)理：在紫外光催化后，價(jià)帶的電子能夠轉(zhuǎn)移到空能級(jí)的導(dǎo)電帶，產(chǎn)生導(dǎo)帶自由電子（e-）,在價(jià)帶中留下帶正電的電子空穴(h+)，新產(chǎn)生的（e-）及（h+)參與氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生ROS，ROS會(huì)攻擊微生物膜上的多不飽和磷脂，促進(jìn)蛋白質(zhì)和電子介質(zhì)的變性，進(jìn)而破壞微生物膜，使細(xì)胞死亡[16]。

二氧化鈦常用于牙科粘結(jié)劑用抗菌劑，近年來也陸續(xù)用于復(fù)合樹脂的抗菌性研究[17]，Dias[18]等通過微波水熱法制的TiO2NPs 加入到復(fù)合樹脂F(xiàn)iltekTM Z350XT(3M Brazil)中，證明2wt.%的TiO2NPs 就可以使樹脂表面的變異鏈球菌明顯減少。還有研究結(jié)果表明加入TiO2NPs 的復(fù)合樹脂及玻璃離子水門汀粘接劑，能使這些材料不影響其他性能的同時(shí)獲得抗菌性[29]。

但是二氧化鈦存在電子與價(jià)帶分離的效率較低的不足，需要在紫外線的照射下才能發(fā)生光催化反應(yīng)，影響操作的方便性及安全性，因此，有學(xué)者通過添加光敏性物質(zhì)以期增強(qiáng)二氧化鈦的可見光催化效果。Zane[20]等人將氮摻雜TiO2(N-TiO2)在藍(lán)光下照射1 h 后，結(jié)果顯示其對(duì)大腸桿菌有顯著的殺菌效果，且對(duì)牙齦上皮的危害性小。含氮納米二氧化鈦的實(shí)驗(yàn)粘接劑在黑暗條件下也能展現(xiàn)出較好的抗菌效果，但在義齒基托樹脂材料中，有學(xué)者添加0.8wt.%的TiO2NPs 發(fā)現(xiàn)并不能夠有效抑制表面生物膜的形成，因此，將二氧化鈦抗菌劑添加到義齒基托材料中還需進(jìn)一步研究[15]。除了抗菌性能的研究，也有研究表明TiO2能通過產(chǎn)生的ROS 提高復(fù)合樹脂光引發(fā)聚合的單體轉(zhuǎn)化率，也可改性樹脂親水性和力學(xué)性能[21]，從而提高修復(fù)質(zhì)量，因此，含TiO2的抗菌材料有望用于牙科修復(fù)，用以防治基牙齲壞及繼發(fā)齲。

2.2 氧化鋅 氧化鋅（Zincox ide nanoparticles，ZnO）是一類新型鋅源，容易獲得，價(jià)格低廉，形貌可控，在高溫下不易變色，對(duì)G+、G-菌及真菌都具有抗菌活性，如變異鏈球菌和牙齦卟啉單胞菌等，還有避免耐藥菌株產(chǎn)生、抗菌效果持久等優(yōu)勢(shì)[22]，且其生物相容性良好。還有研究表明氧化鋅擁有抑制牙體組織脫礦和促進(jìn)牙齒再礦化的巨大潛力[23]。

氧化鋅的抗菌機(jī)理尚無定論，可能為以下兩點(diǎn)：①Zn2+的溶解釋放：ZnO在含水介質(zhì)中釋放的Zn2+吸附到帶負(fù)電的細(xì)菌細(xì)胞表面，損害細(xì)胞壁并阻礙細(xì)胞壁形成，導(dǎo)致胞質(zhì)外流[24]，同時(shí)，過剩的Zn2+與細(xì)菌內(nèi)含硫、氮的官能團(tuán)及蛋白質(zhì)反應(yīng)，抑制細(xì)菌正常的生長、繁殖；Zn2+與DNA反應(yīng)，破壞功能系統(tǒng)的正?；顒?dòng)，阻礙其正常的代謝活動(dòng)[25]，并且細(xì)菌被殺滅后，Zn2+再次被釋放，起到持久的抗菌作用。也有研究表表示鋅離子的溶出機(jī)理是氧化鋅抗菌的一種輔助效應(yīng)[26]。②ROS的產(chǎn)生：ZnO激發(fā)產(chǎn)生的活性氧可以使細(xì)菌的蛋白質(zhì)、DNA及細(xì)胞膜受損。ZnO NPs則可通過“特洛伊木馬機(jī)制”進(jìn)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)溶酶體中的酸性環(huán)境中觸發(fā)釋放大量Zn2+，促進(jìn)ROS的生成。此外ZnO還可通過光催化機(jī)制產(chǎn)生ROS。殺傷細(xì)菌細(xì)胞[27]?？傊?，氧化鋅的抗菌作用可能是幾種機(jī)制共同作用的結(jié)果，何種機(jī)制占主要作用還需進(jìn)一步深入研究。

此外，研究表明ZnO的形貌對(duì)其抗菌性產(chǎn)生影響，Dias[28]等人制備了六方微棒狀ZnO 填料，將其以0.2wt.%、0.5wt.%和1.0wt.%含量分別加入至商品化樹脂F(xiàn)iltekTMZ350XT(3M Brazil)中，發(fā)現(xiàn)三者的菌落形成單位(colony forming unit,CFU)相較于未添加ZnO的樹脂均表現(xiàn)出明顯的降低。Collares[29]等人合成了針狀ZnO NPs，填充20wt.%該填料的復(fù)合樹脂表現(xiàn)出顯著的抗菌性能，其CFU值較純有機(jī)基體降低了9.8%。李益玲[30]在復(fù)合樹脂中添加不同比例的四針狀氧化鋅晶須(Tetra-needle like ZnO whiskers T-ZnOw)發(fā)現(xiàn)，隨著T-ZnOw的添加量增加，復(fù)合樹脂對(duì)變異鏈球菌的抗菌率隨之增加。且變異鏈球菌對(duì)氧化鋅形貌的尺寸更為敏感，可能與微生物產(chǎn)生H2O2的能力及固有抗性的差異有關(guān)[31]。因此，了解ZnO形貌對(duì)抗菌性能的影響，可以促進(jìn)ZnO在口腔科抗菌材料用于防齲的應(yīng)用。

基于這些特點(diǎn)，氧化鋅吸引研究者們將其應(yīng)用于粘接劑和牙科復(fù)合樹脂中，以優(yōu)化修復(fù)質(zhì)量。

2.2.1 粘接劑Guti érrez[32,33]等通過研究表明：將5wt.% ZnONPs 和0.2wt.%的銅納米顆粒（Copper nanoparticles,CuNPs）添加到粘接系統(tǒng)中，可以改善粘接界面的穩(wěn)定性。Isadora[34]等將ZnO NPs摻入到樹脂粘接劑中，發(fā)現(xiàn)粘接劑的化學(xué)和機(jī)械性能在符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織范圍內(nèi)，添加7.5wt.%的ZnO可以顯著破壞菌斑生物膜。Javed[35]等制備了殼聚糖包覆的ZnO NPs，并將其摻入到粘接劑中，結(jié)果表明不僅減少了變異鏈球菌和乳酸桿菌的菌落數(shù)，還提高了粘接劑的力學(xué)性能。因此，將ZnO添加到粘接劑中，對(duì)主要致齲菌—變異鏈球菌有顯著的抗菌效果。

2.2.2 復(fù)合樹脂充填材料Aydin等[36]發(fā)現(xiàn)10%ZnO NPs改性復(fù)合樹脂對(duì)致齲菌復(fù)合生物膜（變異鏈球菌、遠(yuǎn)緣鏈球菌和內(nèi)氏放線菌）的抑制作用顯著，且減少了細(xì)菌胞外多糖的合成。Angel等[37]將粒徑為50納米的ZnO NPs添加進(jìn)滲透樹脂中，涂于離體牙經(jīng)脫礦處理造成的齲病病灶區(qū)域內(nèi)，他們通過SEM觀察到了存在于距牙齒表面深10-20 um 處的ZnO NPs。由此可見ZnO NPs可以抑制牙本質(zhì)深層的細(xì)菌。ZnO NPs還可在不改變彎曲強(qiáng)度和彈性模量等物理性能的情況下賦予樹脂抗菌性能,如Tavassoli[38]等將含量為0-5wt.%的ZnO NPs加入光固化流體復(fù)合樹脂中，發(fā)現(xiàn)隨著納米ZnO NPs添加量的增高，變異鏈球菌的生長明顯減弱，并且添加ZnO NPs還會(huì)顯著增加樹脂的壓縮強(qiáng)度、彎曲模量和粘接強(qiáng)度,但該研究同時(shí)也表明，添加5wt.%ZnO NPs會(huì)降低樹脂的固化深度。Brandao[39]等將0.5wt.%-10wt.%的ZnO NPs加入了復(fù)合樹脂中，發(fā)現(xiàn)添加2wt.%的ZnO NPs可以在不影響轉(zhuǎn)化率、彎曲強(qiáng)度和彈性模量等理化性能的前提下賦予復(fù)合樹脂抗菌性能。ZnO也可賦予墊底材料抗菌活性，如Esteban[40]等制備了亞微米ZnO玻璃纖維并將其加入樹脂類墊底材料中，發(fā)現(xiàn)改性后該墊底材料可以使大腸桿菌、口腔鏈球菌、克柔念珠菌酵母菌的活力顯著降低。因此，添加ZnO到復(fù)合樹脂中，會(huì)增加其抗菌性能，不影響甚至增強(qiáng)壓縮強(qiáng)度、彎曲模量等物理性能，有利于口腔材料的持久耐用。但是添加ZnO可能在一定程度上影響光固化復(fù)合樹脂的色澤、固化深度和力學(xué)性能[41]。

有研究顯示氧化鋅摻雜稀土元素可以提高抗菌效果，是最常見的摻雜方式之一[42],唐曉寧[43]等研究者將研制出的具有抗菌性的鈰-鋅抗菌白炭黑添加到陶瓷中，獲得了具有抗菌性優(yōu)良的陶瓷，抑菌率可達(dá)到46%。毛華明[44]等研究者制備的鋅型復(fù)合無機(jī)抗菌材料，以大腸桿菌作為菌種，抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明稀土元素鋱的添加使其抗菌性能顯著提高。

3.展望

無機(jī)抗菌材料因其優(yōu)異的抗菌和理化等性能，越來越多地被研究應(yīng)用于口腔修復(fù)材料。納米銀粒子用于樹脂基托材料和樹脂充填材料可以有效抑制齲病致病菌，起到抑制基牙齲壞的作用。在金屬氧化物系列抗菌劑中，二氧化鈦在紫外光照條件下，可提高粘接劑和復(fù)合樹脂的抗菌性能，光敏性物質(zhì)的加入彌補(bǔ)了二氧化鈦光催化反應(yīng)效率低的不足；氧化鋅應(yīng)用到粘接劑和樹脂充填材料中對(duì)變異鏈球菌有顯著的抗菌效果，甚至可提高壓縮強(qiáng)度等物理性能，有望用于口腔修復(fù)材料中，預(yù)防繼發(fā)齲及基牙齲壞，同時(shí)，氧化鋅中添加稀土元素也為口腔材料的抗菌性研究帶來了新思路。