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龋病是发生在人类最常见的、口腔细菌感染、慢性、传染性疾病,甚至困扰人的一生。龋病形成于多因素长时间的交互作用。尽管用于防龋的方法有很多,但是这些措施还不能有效地抑制、根除龋病,药物甚至导致口腔内菌群的生态失调。拥有良好的牙齿对于保持身体健康,提高生活质量都是至关重要的。因此,寻找适宜的保护和修复牙齿的方法,特别是非药物防龋是全球所关注的。本研究采用水浴、液相沉淀法制备了不同形态的纳米HA;通过生化效应检测、人工龋再矿化实验、动物龋实验、人工口腔生物膜实验等,系统研究了纳米HA对唾液蛋白和葡聚糖的吸附特性,对变形链球菌的黏附与聚集效应,对人工口腔生物膜形态的影响,对人工酸蚀龋、动物龋和模拟口腔龋的抑制作用,以及对脱矿釉质的再矿化作用等,阐述了纳米HA对致龋菌致龋的抑制作用和对脱矿釉质的再矿化作用机理。
本文首先提出了一种纳米HA制备的新方法。通过控制水浴和烧结温度,调整溶液的浓度和pH值,在磷酸二氢钙和氢氧化钙反应体系中,制备出分散性良好的、纯净的、针状和球状的纳米HA。该方法工艺过程简单,产物单一、纯净,无需大型设备。研究表明,提高水浴温度、加入柠檬酸以及使用超声波水浴加热可以促进HA初生HA晶化和形成;随着烧结温度的提高,HA结晶度提高、粒子尺寸增大。
材料的尺寸和形貌很大程度上决定着材料的性能,特别是生物活性。本文选用离体人牙为研究对象,通过建立酸蚀龋模型、动物龋模型和模拟人工口腔生物膜模型,针对龋病发生的病因和病理,系统研究了不同尺寸和形态的纳米HA对龋病的发生、发展的影响以及纳米HA再矿化的效果。
生物效应检测和再矿化实验结果表明,纳米HA及纳米HA牙膏对唾液蛋白、葡聚糖有良好的吸附效果,对变形链球菌有抗粘附和聚集作用,对已粘附在粘附板上的变形链球菌有解粘附作用;可以修复脱矿釉质表面的洞穴,提高脱矿釉质的显微硬度,对人工龋有显著的再矿化的作用。
动物龋研究结果表明,使用纳米HA溶液作为含漱液,能够有效地抑制变形链球菌在动物口腔内的增殖,从而减少变形链球菌的致龋机会,有效地抑制了致龋菌的致龋效力;对纳米HA进行毒性检测结果表明,纳米HA对实验动物的肝、肾功能未造成不良影响,无肝、肾毒性,安全可靠。对人工口腔生物膜的研究结果表明,加入球状纳米HA后,可延缓生物膜系统pH值的下降速度,值最低值由4.5提高到5.5,并且pH值很快恢复到正常水平。球状纳米HA可以改变生物膜胞外多糖基质的形态和密度,对致龋菌在生物膜上的定植和附着有一定的抑制作用。牙釉质SEM检测结果表明,只添加蔗糖溶液的釉质表面有明显的脱矿现象,添加球状纳米HA溶液,牙釉质表面形貌较为光滑,未见明显的损蚀现象。牙釉质PLM图像显示,在人工口腔中加入球状纳米HA溶液,牙切片上可见连续的矿化带,在釉质表层下有明显的矿物质沉积区。CLSM检测结果表明,添加球状纳米HA溶液,牙体组织切片荧光带较窄。所有检测结果都说明,球状纳米HA对人工龋有明显的再矿化作用,具有抑制致龋菌致龋的作用。
本文阐述了纳米HA对致龋菌致龋的抑制作用和对脱矿釉质的再矿化作用机理。第一,纳米HA通过吸附唾液蛋白和葡聚糖,抑制了致龋菌在获得性膜上的初期吸附,破坏了葡聚糖对细菌在菌斑形成过程中的“粘合剂”和“骨架”作用,从而影响致龋菌在生物膜上的定植,延缓菌斑的形成。同时,纳米HA还能干扰细菌的代谢与产酸活动,抑制了致龋菌的产酸能力和产酸速度。第二,在菌斑产酸过程中,纳米HA一方面可以提供大量Ca<2+>和PO<,4><3->粒子与H<+>结合,保证唾液和菌斑液中的Ca<2+>和PO<,4><3->处于过饱和状态,提高了菌斑液中矿物质饱和度,降低菌斑液釉质脱矿驱动力;另一方面,通过改变生物膜结构,有利于菌斑内H<+>的扩散,降低了菌斑产酸对牙面的侵蚀速度。第三,在菌斑与牙面之间的纳米HA粒子,一方面可以提供足够的Ca<2+>和PO<,4><+>粒子,提高牙釉质的稳定性,避免釉质脱矿分解;同时还可以可以结合由菌斑内向釉质扩散的H<+>,阻断H<+>对牙釉质的直接侵蚀,避免釉质矿物质分解而产生的脱矿。另一方面,可以有效的补充牙齿因脱矿而造成的无机盐的流失。此外,由于纳米HA具有良好的化学活性,与牙齿中的HA尺寸相近,并且脱矿区具有高的负电位,因此,纳米HA可以直接填充牙齿脱矿区缺陷和微孔部位,从而实现对脱矿釉质的再矿化。
综上所述,纳米HA对脱矿釉质有良好的再矿化作用,对致龋菌的致龋有一定的抑制作用。