人牙釉質、牙本質和純羥基磷灰石晶體成分的紅外光譜學分析

摘要：目的：對比研究人牙釉質、牙本質和人純羥基磷灰石（HA）的晶體成分的特性。方法：應用紅外光譜技術對年輕恒牙的牙釉質、牙本質和HA 的晶體成分進行定性和定量分析。結果：FT-IR分析顯示：所有標本中均存在CO3、PO4和OH的特征性吸收峰，牙本質中CO3、PO4和OH 含量均高于牙釉質，而HA居中。紅外吸收峰的峰形顯示恒牙牙釉質的結晶性較牙本質高。結論：恒牙牙釉質、牙本質和HA在結晶性方面的差異可能與 CO3、PO4和OH等主要微量成分有關。

關鍵詞：牙釉質；牙本質；羥基磷灰石

【中圖分類號】R781.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-8602（2015）01-0358-01

牙釉質、牙本質、牙骨質三種礦化組織和位于牙中心的牙髓構成了牙體組織。其中，牙本質和牙釉質構成牙齒的主體。1926年，國外學者首次應用x射線衍射證實牙釉質、牙本質的無機成分為羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA），繼之，經研究發現，其無機成分均不等同于純HA.。HA一直是生物材料中的研究熱點[1]，研究者們試圖采用各種辦法來人工合成羥基磷灰石來作為新型的骨替代材料[2]，迄今為止，人牙釉質、牙本質的晶體特性、確切的化學組成等一直存在爭論。為進一步加深對其認識，為齲病的病理形成過程提供理論依據，我們應用紅外光譜（infrared absorption spectroscope，IR）對牙釉質、牙本質和純HA進行對比研究，初步探討其晶體特性及其化學組成間的相互關系。

1 材料和方法

1.1 標本收集

選取以正畸拔除的正常年輕恒牙作為研究對象。牙齒拔除后，去除軟垢、牙石和軟組織，用蒸餾水洗干凈，置于100g/L甲醛溶液中固定24小時。蒸餾水沖洗，自然干燥備用。

1.2 樣品制備

用牙科手機及金剛砂車針，將牙釉質、牙本質分別制成粉末，純HA由購買所得。將三個樣品各取1mg粉末與300mg溴化鉀均勻，壓片法制樣。

1.3 紅外光譜檢測

在BIO-RAD 公司產傅立葉變換紅外光譜儀上進行，測得波數范圍為400-4000cm-1的紅外吸收峰，根據一定波數范圍的特征性吸收峰，對樣品中的CO3、PO4和OH基團進行定性和半定量分析。

2 結果

恒牙牙釉質、牙本質和純HA的紅外光譜圖（見圖1）顯示，所有標本中除具有OH（O-H）吸收峰外，均出現了CO3（C-O）、PO4（P-O）的特征性吸收峰。分析圖1可以看出：569，603，1035cm-1處的吸收峰對應為PO4；3436cm-1處的吸收峰對應為OH-1，1500cm-1處吸收峰對應為CO3。比較恒牙牙釉質、牙本質和純HA紅外吸收峰的峰形表明：牙釉質中PO4和CO3的吸收峰分辨度（resolution）較其牙本質高，而純HA吸收峰的分辨度居中，提示恒牙牙釉質的結晶性高于其自身牙本質和作為對照的純HA。

3 討論

長久以來，人牙釉質、牙本質的確切化學成分組成一直存在爭議。但通常認為，二者的礦化成分是由HA組成的，本研究IR分析顯示，人牙釉質、牙本質和純HA的基本物象組成相似，不是由單一的成分組成的，而是一種生物的混晶。IR分析顯示，三者中均存在CO3基團，其振動頻率為1500cm-1。有文獻報道提示，CO3主要是以取代PO4的形式存在于HA晶體中，從而形成碳羥磷灰石。結合IR結果可以看出，三者的結晶度存在明顯的差異。（結晶度可反應晶體體積的大小，結晶度越大，晶體體積越大。）IR圖譜顯示，牙釉質峰形銳利，半峰寬較小，而牙本質峰形圓鈍，半峰寬較大，HA居中，提示，牙釉質的結晶度明顯高于牙本質。比較圖1所示的三條曲線，可知結晶度大小依次為牙釉質>HA>牙本質。該結果可能與牙本質低CL，高Mg和CO3的含量有關。

本研究表明，人牙釉質、牙本質和純HA的晶體學特性存在明顯差異。在今后的口腔材料研究中，如果根據其不同晶體特性生產出與之相似，甚或相同的口腔材料，將更能符合人牙體生理功能的需要，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] ISO 10993-5： Biological evaluation of medical devices-Part 5： Tests for in vitro cytotoxicity. 2003

[2] Hashimoto M，De Munck J，Ito S，Sano H，Kaga M.In vitro effect of nanoleakage expression on resin-dentin bond strengths analyzed by microtensile bond test，SEM/EDX and TEM.Biomaterials， 2004； 25：5565-5574