氟化物防治齲齒的化學原理及其微型模擬實驗

廉晨悅

摘要本文主要對氟化物防齲應用發展做一簡單綜述，并以雞蛋殼代替牙齒進行實驗模擬，用實驗結果簡單說明氟化物預防齲齒背后的化學原理。

關鍵詞氟化物；防齲；化學原理

近年來，各項臨床和實驗研究發現，氟化物不僅對牙齒的堅固有著非常重要的作用，能夠顯著降低兒童和成人的齲壞率，還能促進已病變的牙體組織發生再礦化并抑制口腔細菌的滋生。氟化物防齲已成為當前的應用和研究熱點。

1氟化物防治齲齒的機制和化學原理

當口腔中存在大量牙菌斑或pH值降低時，這種平衡就會被打破，磷灰石晶體溶解超過晶體再生，導致牙齒表面出現某些特征性外觀性損傷，也就是常說的齲齒。氟化物防止齲齒的機制主要體現在以下3個方面。

1.1降低釉質溶解度

齲齒的形成的一個重要因素是牙斑菌，在進食的過程中牙斑菌和食物中的糖分和淀粉充分接觸并發生化學反應，這些化學反應會釋放出有機酸，這些有機酸能夠長時間地跟牙齒表面密切接觸，使得羥基磷灰石溶解：

與此同時，飲水、食物或牙膏里的氟離子也會跟羥基磷灰石發生反應生成晶體結構更加穩定的氟羥基磷灰石和氟磷灰石：

1.2促進釉質再礦化

氟化物可在牙釉質表面形成氟化鈣（CaF₂）沉積層。CaF₂中的F^-可與磷灰石晶體表面溶解的Ca²⁺和PO⁴結合為氟羥基磷灰石，再結晶到釉質中的磷灰石表面，使得牙釉質再礦化得以發生。

1.3抑制細菌代謝和菌斑形成

首先，氟化物可以抑制細菌產酸。在口腔局部pH下降時，口腔中的F廣與H結合成氫氟酸（HF），HF攜帶H進入細胞質，抑制細胞膜向外轉運H，降低細胞質內的pH值，破壞產酸菌細胞酶發揮活性的環境；其次，氟化物可以抑制變異鏈球菌等對葡萄糖的攝取、轉化和利用，影響胞外多糖的合成、胞內多糖的儲存，干擾細菌和菌斑在牙面上的堆積和黏附。

2氟化物防治齲齒的實驗模擬及結果分析

由于雞蛋殼的化學成分和人的牙齒的主要成分均為碳酸鈣，因此，可以用雞蛋殼代替牙齒來模擬氟化物對牙齒的作用。在實驗中分別通過測量用含氟牙膏和不含氟牙膏處理過的雞蛋殼在同樣酸性條件下的反應后的蛋殼質量的變化情況來證明氟化物對齲齒的防治作用。

2.1實驗材料及儀器

1）實驗材料。雞蛋殼：收集生的雞蛋殼數只，并做內膜完全去除處理。含氟牙膏（中華）：聯合利華（中國）有限公司出品（200g裝）。不含氟牙膏（黑人）：好來化工（中山）有限公司出品（175g裝）。2mol/L HCI、蒸餾水。2）實驗儀器。燒杯、牙刷、鑷子、分析天平、烘箱、試管、玻璃棒。

2.2實驗步驟

1）雞蛋殼預處理。將約5g蛋殼洗凈，瓣成近似1cmX1cm的小塊，放入10mL 2mol/L的NaOH溶液中，煮沸約10min，待殼內蛋膜完全脫離蛋殼后，停止加熱，用冷水將蛋殼洗凈，晾干。將晾干的雞蛋殼碎成大小近似的小塊，備用。將處理好的雞蛋殼均分為15份，要求兩組蛋殼中對應的蛋殼表面積盡量相近。在實驗前3天就每天用牙刷均勻涂抹牙膏于每份蛋殼上，一份用含氟牙膏處理，另一份用不含氟牙膏處理。2）將用牙膏處理好的蛋殼用水洗干凈，除去表面的牙膏，然后將蛋殼置于烘箱內烘干，置于分析天平上稱重，記錄其準確質量。3）取2mol/L的HC150mL，加入蒸餾水配成1000mL溶液，配成0.1mol/L的HCl，每次取50mL。4）取出對應的用含氟與不含氟牙膏處理了的蛋殼，同時放入50mLHCL，并記錄反應時間。5）取出蛋殼，快速洗去其表面的HCl，然后置于烘箱內烘干。用分析天平稱重，記錄其反應后的質量。

實驗將反應時間分別設為30s、1min、2min、3min、4min、5min、6min，按照不同的反應時間，分7組進行實驗，七組實驗結果如下：

由于每組2個樣本的初始質量都無法做到相同，因此，在最終的結果計算中以減輕質量占原質量的百分比來進行比較。匯集以上7組數據可得下圖，橫軸為時間（單位：min），縱軸為質量減輕百分比（單位：%）

實驗結論分析：由實驗數據分析，當反應時間為4min以內的時候，含氟牙膏的抗酸能力較不含氟牙膏表現得較為明顯。當反應時間超過了4min時，兩組樣本的抗酸能力就逐漸趨于一樣了。這是因為氟離子與蛋殼作用而生成氟羥基磷酸鈣和氟化鈣并非很多，因其覆蓋在蛋殼表面從而能起到一定的抗酸作用，在與酸反應時間較短時，氟羥基磷酸鈣與氟化鈣未被破壞，所以表現出更好的抗酸性。但如果較長時間與酸接觸，由于氟羥基磷酸鈣與氟化鈣的量逐漸減少，更多的蛋殼表面就會與酸直接接觸從而反應，這樣就無法體現出其較好的抗酸性。