納米材料在口腔醫學中的應用研究

繆婧 劉暢 王旭

摘要：納米材料是一種多功能新型材料，其顆粒大小約在1～100 nm。納米粒子具有獨特的性能，如比表面積大，物理、機械和生物特性以及抗菌作用等，使其加入可以有效改善材料的光學、化學、電學和力學性能。近年來隨著對納米材料的深入研究，其在醫學領域的應用逐漸增加。納米材料可被應用于牙體牙髓，牙周組織工程，口腔外科和成像等中。本文針對常見納米顆粒在口腔醫學中的應用作一綜述。

關鍵詞：納米顆粒;納米技術;抗菌作用;再礦化

中圖分類號：R318.08 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.12.012

文章編號：1006-1959（2019）12-0034-04

Abstract：Nanomaterials are a versatile new material with a particle size of about 1～100 nm. Nanoparticles have unique properties， such as large specific surface area， physical， mechanical and biological properties， and antibacterial effects， which can effectively improve the optical， chemical， electrical and mechanical properties of materials. In recent years， with the in-depth study of nanomaterials， its application in the medical field has gradually increased. Nanomaterials can be used in dental pulp， periodontal tissue engineering， oral surgery and imaging. This article reviews the application of common nanoparticles in stomatology.

Key words：Nanoparticles;Nanotechnology;Antibacterial effect;Remineralization

口腔健康的維護是口腔醫學領域中一項重要的內容。傳統牙科材料因其局限性可能導致相關的并發癥并導致治療的失敗。近年來隨著納米材料的研究發展與應用，全面地促進了口腔健康，改善口腔功能，提高生活質量，使口腔醫學的發展更上新的臺階。納米技術最初由Richard Feynman提出，是研究結構尺寸在1～100 nm范圍內材料的性質和應用的一種技術。由于納米材料的微粒特性及其物理化學方面的特性優勢，體積效應、表面效應、量子尺寸、量子隧道以及介電限域是納米材料所涵蓋的5大效應，所以納米材料的化學和機械性能都較傳統材料優越[1]。隨著近年來對納米材料研究的深入，其已經廣泛應用于包括牙齒再礦化、抑制致病菌生長、預防并控制口腔感染性疾病的發生與發展、牙體牙周、正畸、修復等口腔臨床治療中[2]。本文擬就常見的納米材顆粒在口腔醫學方面的應用和研究進展作一綜述。

1納米材料的作用機理

納米顆粒包括具有納米尺寸的球形、立方體或針狀顆粒。目前使用的納米顆粒包括納米孔、碳納米管、納米膠囊、納米環、納米微球和樹狀大分子[3]。納米顆粒可以與聚合物結合或涂布在不同生物材料表面。納米顆粒直徑越小，其比表面積越大，機械性能和抗菌作用越強[4]。納米顆粒具有靶向抗菌特性，對宿主的副作用最小，使其可以作為抗菌藥物的載體。目前提出了多種納米顆粒的抗菌機制，包括金屬離子釋放[5]、氧化應激[6]和非氧化機制[7]。帶正電荷的納米顆粒被靜電吸引到帶負電荷的細菌細胞膜上，這種吸引改變了細胞壁的滲透性，導致細胞膜破裂和細胞器滲漏。納米顆粒相對于傳統抗菌藥物的優點是不受抗生素耐藥機制的影響，因為它們與細菌細胞壁形成直接接觸，而不穿透細胞壁。

2納米材料在口腔醫學中的應用

2.1金屬納米顆粒的應用

2.1.1銀納米顆粒 ?AgNPs具有抗菌活性，與不同的材料相結合可以產生額外的抗菌作用[8]。由于AgNPs的體積小，它們容易穿透細胞膜，導致細菌失去活性。直徑<10 nm的AgNPs的殺菌效果明顯增強[9]。AgNPs以細胞壁的肽聚糖為靶點，導致其結構改變，膜通透性增加，最終導致細胞死亡。AgNPs還可以與細菌蛋白質相互作用，阻止DNA的復制，從而限制細胞增長[10]。AgNPs加入復合樹脂和粘結劑可以避免在修復體表面和邊緣形成生物膜。Cheng L等[11]研究了不同濃度（質量分數分別為0.028%、0.042%、0.088%和0.175%）的AgNPs摻入復合樹脂中對力學性能和生物膜形成的影響，確定含有0.042% AgNPs的復合材料的乳酸代謝產物為普通材料的1/3，而菌落形成的總數為普通材料的1/4。

Zhang K等[12]研究了AgNPs作為修復材料的生物相容性，將0.05%的AgNPs加入底物和粘接劑中，然后測試牙齦成纖維細胞的生存能力，AgNPs的加入并沒有引起細胞毒性，并且顯著提高了抗菌能力。因此，AgNPs可在不損害宿主的前提下，作為口腔抗菌藥物應用于臨床。

此外，AgNPs應用于義齒基托聚合物中來治療義齒性口炎也取得了滿意的效果。Monteiro DR等[13]分析了基托樹脂中AgNPs的分布和釋放，發現AgNPs主要分布在納米復合材料的表面與微生物相互作用，因此在義齒中加入AgNPs可以預防黏膜組織相關的感染。AgNPs潛在的抗菌活性還可以有效地用于牙周治療的局部給藥。

2.1.2金納米顆粒 ?金納米顆粒有抗菌和抗真菌作用。Regiel-Futyra A[14]等研究出了一種新型的殼聚糖基AuNPs復合膜，對銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌耐藥菌均具有較高的抗菌活性。AuNPs對成骨細胞分化具有促進作用，將AuNPs涂在鈦種植體表面以促進骨再生，來觀察AuNPs在體外和體內對成骨細胞分化和促進骨再生的潛在影響，結果表明鈦金Ti-Au可以用于種植體保存新生骨形成[15]。但是AuNPs的成骨潛能有待進一步研究，以增強和加速種植體的骨整合。

2.2金屬化合物納米材料的應用

2.2.1氟化鈣納米顆粒 ?氟化鈣納米材料的應用是基于氟化鈣的特性，繼發齲是修復中最常見的問題，氟化物有助于預防齲齒的形成。氟化物在口腔唾液中形成氟化鈣（CaF2）沉積在齲齒上，然而口腔中鈣離子濃度極低，氟化鈣接觸有限[16]。Sun L等[17]研究了納米級的CaF2作為不穩定的氟化物載體，并將其體外沖洗效果與氟化物進行了對比。CaF2 NPs的反應活性和溶解度均較CaF2有所提高，磷灰石中氟的吸收量增加。因此，CaF2 NPs作為不穩定的氟儲存體，可以通過增加唾液中不穩定的氟化物含量，增強牙齒再礦化，降低牙本質的通透性。Xu HH等[18]研究表明CaF2 NPs復合材料與與傳統樹脂相比可持續釋放氟。這種新型復合材料釋放氟的作用，可以用作牙齒缺損修復、骨折修復和改善繼發齲。但充分了解其預防機制，還需要進一步的科學研究。

2.2.2磷酸鈣納米顆粒 ?口腔醫學治療的研究前沿是如何保持牙齒的原始結構。因此，微創手術和再礦化治療被廣泛認可。將磷酸鈣CaPO4 NPs（CPNPs）引入復合材料中，納米顆粒大小為116 nm的CPNPs可潛在的增加Ca2+和PO42-的釋放。與傳統復合材料相比，含有CPNPs的復合材料可以中和乳酸溶液，使牙本質的礦化達到氟釋放復合材料礦化的4倍左右[19]。因此，新型CPNPs復合材料可用于預防齲病，樹脂粘接劑和牙科美學材料中[20]。

2.2.3二氧化鈦納米顆粒 ?二氧化鈦納米顆粒TiO2 ?NPs，在可見光或紫外光照射下具有特殊的光催化性能，在醫學和牙科領域有著廣泛的應用。TiO2的殺菌活性與在水中光催化反應形成羥基自由基有關，羥基自由基的形成破壞肽聚糖細胞膜上的多不飽和磷脂，最終侵入細胞，破壞DNA[21]。Elsaka SE等[22]研究了不同濃度TiO2 NPs的物理和抗菌性能。Sun J[23]等觀察了在復合樹脂中加入TiO2 NPs可以提高樹脂的性能，粘結強度和力學性能。Thomas A等[24]還研究了TiO2 NPs對引起牙菌斑的微生物的抗菌能力。TiO2 NPs在上述作用機制下表現出良好的抗菌活性，而游離TiO2對微生物沒有作用。TiO2 NPs對細菌和真菌均有較大的抑制作用。TiO2 NPs的濃度達到15 mg/ml時，可以有效控制引起牙菌斑的微生物。

2.3非金屬納米材料應用

2.3.1納米羥基磷灰石 ?納米羥基磷灰石的應用是基于羥基磷灰石（HAP）具有的生物活性和支持骨生長的能力。Tschoppe P等[25]用牛門牙制造脫礦模型，研究了HAPNPs牙膏對再礦化的體外作用。結果表明，含納米羥基磷灰石的牙膏較含氟胺的牙膏對牙本質和牙釉質的再礦化作用增強。漂白后牙齒敏感的原因是牙本質和牙釉質的缺損。Browing WD等[26]研究了HAPNPs對漂白牙齒敏感性的影響，得出結論使用含HAPNPs的牙膏可以在不使用任何脫敏劑的情況下降低漂白牙齒敏感性。

納米結構的HAP陶瓷由于其納米級形態，其生物活性優于傳統的HAP陶瓷[27]。HAP NPs具有吸附DNA分子的能力[28]，可作為有效的基因轉染載體。由于其生物活性，HAP和氟磷灰石可作為生物相容性修復材料。研究表明[29]，HAPNPs添加到玻璃離子水門汀（Fuji II GC）中，提高了GC的力學性能和與牙本質的粘接強度。因此，HAPNPs可作為不同修復材料的有益補充。

有學者通過研究HAPNP對人牙周膜細胞（PDL）的影響，觀察到HAPNPs能在一定程度上促進細胞增殖并可促進牙周組織再生[28]。Yamada M等評價了納米多晶羥基磷灰石形成的非微晶化鈦表面，HAPNPs的加入使表面積增大，骨與種植體的結合增強，軟組織減少[30]。

2.3.2殼聚糖納米顆粒 ?理想的納米顆粒應該是無毒的、可生物降解的、在不同組織中均具有生物惰性的。為了避免金屬納米顆粒的不良影響，許多研究小組將注意力集中在有機納米顆粒上，如殼聚糖（CS）。通過引入殼聚糖納米顆粒（CSNPs），開發出了用于釋放生物活性分子的新型藥物載體。Chronopoulou L等[31]發現在中性pH條件下CSNPs能包裹氯己定（CHX），且具有緩釋性（至少48 h）。初步研究表明，CS-GSH-CHX-NPs具有化學表面親和力，可以吸附在人體牙齒表面。因此，CSNPs可應用于日常口腔護理和干預治療。早期牙釉質齲損也可以使用CSNPs進行再礦化。CSNPs的抗菌作用在根管治療中也取得了成功。研究表明與氫氧化鈣相比，CSNPs能顯著降低糞腸球菌的數量[32]。低分子量的CS對變形鏈球菌的抑菌作用也很高[33]。變形鏈球菌是與齲齒有關的最常見的細菌之一，控制其生長可以有效地預防齲齒。

此外，CSNPs也被用于腫瘤細胞的成像和藥物輸送系統[34]。聚合物納米顆粒在牙科的不同領域均具有應用潛力，但是將其應用于臨床還需要進一步的研究。

3總結及展望

納米粒子因其比表面積大，抗菌活性強，物理、機械和生物特性以及其獨特的粒徑，使其加入傳統材料中可以有效改善材料的光學，化學，電學，和力學性能。因此，納米技術已經廣泛應用于各種醫療與牙科材料中。新型納米材料開始在口腔醫學領域的應用，對現有口腔材料的改性和創新具有重要意義。相信在不久的將來通過人們對納米材料進一步探索與研究，更新型的，更適合口腔醫學的新材料將會誕生，會給口腔醫學帶來更美好的明天。

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收稿日期：2019-3-15;修回日期：2019-3-25

編輯/楊倩