介孔二氧化鈦復合材料封閉離體牙本質小管的效果觀察

黃梅娥 黃恩琪 李夢 黃珂 尹路

[摘要]目的：通過制備介孔二氧化鈦復合羥基磷灰石來封閉離體牙本質小管評估其脫敏效果。方法：制備含介孔二氧化鈦的羥基磷灰石復合材料與純羥基磷灰石以及常用的齒科脫敏劑應用于離體牙本質表面，觀察牙本質小管的封閉情況和封閉材料滲入小管內的距離來評估封閉效果，比表面積測試等方法對其組成及性狀進行分析，討論其對離體牙本質體外再礦化的影響和封閉機制。結果：介孔二氧化鈦復合羥基磷灰石可以很好地封閉離體牙本質表面的微孔，復合物具有良好的孔隙率及較高的表面能。結論：介孔二氧化鈦復合羥基磷灰石可以嘗試作為牙齒修復后的脫敏材料。

[關鍵詞]介孔；二氧化鈦；羥基磷灰石；牙本質敏感；脫敏；比表面積

[中圖分類號]R781.05? ? [文獻標志碼]A? ? [文章編號]1008-6455（2023）08-0021-04

Effect of Mesoporous Titanium Dioxide Composite on Sealing Isolated Dentinal Tubules

HUANG Meie1，2，HUANG Enqi2，3，LI Meng2，3，HUANG Ke2，3，YIN Lu1，4

（1.Department of Prosthetics，Stomatological Hospital of Xiamen Medical Colleg，Xiamen 361008，Fujian，China; 2.Engineering Research Center of Fujian University for Stomatological Biomaterials，Xiamen Medical College，Xiamen 361023，Fujian，China; 3. Xiamen Medical College，Xiamen 361023，Fujian，China; 4.Xiamen Key Laboratory of Oral Disease Diagnosis and Treatment，Xiamen 361003，Fujian，China）

Abstract： Objective? To evaluate the desensitization effect of mesoporous titanium dioxide composite hydroxyapatite on sealing extracted dentinal tubules. Methods? Mesoporous titanium dioxide composite hydroxyapatite， pure hydroxyapatite and commonly used dental desensitizers were applied to the surface of extracted dentin to observe the sealing of dentinal tubules and the distance that the sealing material penetrated into the tubules. The specific surface area test and other methods were used to analyze its composition and properties， and to discuss its effect on the remineralization of extracted dentin in vitro and the sealing mechanism. Results? The mesoporous titanium dioxide composite hydroxyapatite can well seal the micropore on the surface of dentin in vitro， and the composite has good porosity and high surface energy. Conclusion? Mesoporous titanium dioxide composite hydroxyapatite can be tried as a desensitizing material after dental restoration.

Key words： mesoporous; titanium dioxide; hydroxyapatite; dentin hypersensitivity; desensitization; specific surface area

牙本質是潛在的可通透性組織，固定修復過程中，活髓基牙因牙體預備后全部釉質及部分牙本質被磨除，開放的牙本質小管在外界刺激下往往會出現疼痛等牙髓刺激癥狀[1]。臨床上常規的各種脫敏方法大多通過使牙本質小管凝固變性從而封閉牙本質小管，或在髓腔內形成修復性牙本質以減少小管內液體流動降低牙髓敏感性，從而達到脫敏目的[2]。介孔二氧化鈦和納米羥基磷灰石（nano-hydroxyapatite，nHA）以其良好的生物相容性在口腔種植領域受到廣泛地關注[3]，但是在牙齒脫敏方面的研究較少，本實驗旨在合成一種新型介孔二氧化鈦羥基磷灰石作為脫敏劑，與純羥基磷灰石、Gluma脫敏劑作為對照，對離體牙本質的進行處理，觀察其封閉牙本質小管效果，嘗試未來應用于臨床，以期減少修復后牙齒敏感的癥狀。

1? 材料和方法

1.1 實驗材料和實驗設備：PH測量儀（PHB-5，杭州奧利龍儀器有限公司），X射線衍射儀（Bruker-axs，法國布魯克），付立葉紅外光譜儀（NEXUS，美國Thermo Nicolet公司），掃描電子顯微鏡/能譜儀（S-4 800，日本Hitachi），比表面積檢測儀（F-Sorb 2 400，北京金埃譜科技有限公司）；含介孔二氧化鈦的羥基磷灰石復合材料和不含二氧化鈦的羥基磷灰石材料均為自制。

1.2 樣品的制備和表征：采用化學沉淀法［3］合成，將15 ml鈦酸四正丁酯（TBOT）、6 ml乙酰丙酮（ACAC）及3.14 mg硬脂酸混合攪拌30 min，緩慢分散到40 ml去離子水中，持續攪拌30 min，形成乳黃色分散體系。該分散體系然后被等量轉移到3個容積為25 ml的聚四氟乙烯反應釜中，于120℃的條件下水熱反應12 h，再用蒸餾水離心洗滌。最后將產品于烘箱中80℃條件下干燥6 h得到介孔二氧化鈦復合羥基磷灰石材料（TiO2-HAP），對制得的樣品進行X射線衍射儀和紅外光譜物相分析。

1.3 掃描電鏡（Scanning electron mcroscope，SEM）觀察：收集正畸拔除的離體前磨牙40顆，垂直于牙體長軸在距釉質牙骨質界根方約2 mm處切除牙根，冠方完全去除咬合面牙釉質，顯露牙本質，用碳化硅水砂紙逐級打磨牙本質表面，預備成3 mm×3 mm×2 mm標準粘接面，超聲清洗10 min。將牙齒表面吹干，分為4組，每組10個樣本。分別涂布Gluma，納米羥基磷灰石，介孔二氧化鈦羥基磷灰石，以及空白對照（未做任何表面處理），人工唾液浸泡1周后離子濺射儀噴金鍍膜，置于掃描電鏡下觀察其封閉牙本質小管的效果。將上述制備的樣本劈開，暴露牙本質小管縱剖面，離子濺射儀噴金鍍膜，觀察封閉物滲透情況。

1.4 比表面積測定：因氮分子直徑很小，本實驗采用氮氣吸附法［4］使用F-Sorb 2 400表面積分析儀測定HAP和TiO2-HAP的比表面積和總孔體積，排氣溫度為120℃，脫氣時間為45 min。

2? 結果

2.1 牙本質表面形貌分析：A組（空白對照組）可見牙本質小管口開放，開口呈直徑為1～5 μm的橢圓形；B組（Gluma組）牙本質小管口大部分被堵塞，小管口的直徑較空白組明顯縮小，表面比較光滑；C組（HAp組）可見大部分牙本質小管被一層白色物質封閉，白色物質與牙本質小管之間有縫隙，部分牙本質小管封閉效果較差；D組（TiO2-HAP組）可見牙本質小管基本被白色物質所封閉，白色物質分布也較均勻。見圖1。

2.2 牙本質剖面形貌分析：A組可見牙本質小管呈線條狀排列，小管開口處未見實質性物質，管壁光滑；B組牙本質小管橫斷面開口處被白色物質堵塞，牙本質小管內見堵塞物，深度平均約為12 μm；C組見牙本質小管橫斷面開口處被白色物質堵塞，堵塞物滲入牙本質小管的深度平均約為15 μm；D組阻塞物平均深入約24μm，晶體沿牙本質小管軸向生長。見圖2。

2.3 牙本質表面能分析：圖3A中實線1 042 cm-1、610 cm-1、565 cm-1處的紅外吸收，與圖3B所示羥基磷灰石的標準譜圖一致[5]，其中610 cm-1與565 cm-1處的吸收峰，明顯是疊加在500～700 cm-1處的包絡峰之上，這說明試樣中既含有羥基磷灰石，也含有TiO2，是二氧化鈦和羥基磷灰石的復合物。

2.4 介孔二氧化鈦羥基磷灰石復合材料的孔隙率測試：表1結果顯示，介孔二氧化鈦羥基磷灰石的比表面積及總孔面積明顯大于純羥基磷灰石。圖4為采用BJH方法獲得的納米羥基磷灰石孔徑分布曲線，從圖4A可知，納米羥基磷灰石體積-孔徑分布在0～30 nm范圍內，從圖4B可知，介孔二氧化鈦復合納米羥基磷灰石孔徑分布范圍為0～50 nm，孔徑分布范圍有所增加。

3? 討論

在口腔冠橋修復的過程中如果對活髓牙進行牙體預備，可能會導致基牙牙本質敏感[1]。目前，封閉牙本質小管方法主要有無機材料誘導牙本質再礦化、粘接劑粘接覆蓋等，可在短時間內起到機械堵塞作用，但也存在各自的缺點。無機材料（如氟化物、磷灰石等）能誘導牙本質表面形成礦化晶體，沉積并封閉牙本質小管表面孔隙，但由于唾液沖刷和溫度變化，經過一段時間后晶體趨于溶解，牙本質小管再次開放，導致長期封閉效果不佳[6]；樹脂類粘接劑由于牙本質有機成分降解等原因，其治療牙本質敏感的長期效果亦不理想[7]。由此可見目前臨床所使用的牙本質脫敏材料很難徹底治愈牙本質敏感癥。羥基磷灰石（Hydroxyapitite，HAp）是構成骨骼和牙齒的主要成分，人工合成的羥基磷灰石具有良好的生物相容性，能和天然骨形成牢固的生物性鍵合，已被廣泛應用于整形外科的骨缺損修復以及口腔種植領域[2]，但通常人工制備得到的羥基磷灰石具有陶瓷材料的脆性，導致穩定性不佳，容易碎裂等缺點。Shang SQ等[8]的研究表明介孔狀態的二氧化鈦可以有效地在材料表面形成化學屏障，既可以阻止細菌生長，又可以誘導骨組織在材料表面沉積。生物活性材料的孔隙率是再礦化的重要前提之一，孔隙率過大會影響材料的黏附性能，孔隙率太小又會影響礦化效果。為此，本實驗所制備具有高孔隙率的介孔二氧化鈦羥基磷灰石具有良好的吸附能力和滲透性。

牙釉質總是處于脫礦和再礦化之間的平衡狀態，一旦被物理或者化學方式破壞，這一平衡將打破并最終導致早期齲齒的形成[9]，再礦化后離體牙本質表面掃描電鏡可以看出，空白組靠人工唾液再礦化僅對釉柱表面有一定的修復作用，大量釉柱間隙未見改善。Gluma組牙本質被小管口大部分被堵塞，小管口的直徑較空白組明顯縮小，表面比較光滑，說明再礦化形成的晶體與牙釉質表面之間的結合力不夠強，甚至可在超聲處理后這些晶體被全部剝離。HAP主要利用納米顆粒的吸附特性來填充牙釉質表面的空腔，因此只能在釉質表面形成不緊密的礦化層，HAp組可見大部分牙本質小管被封閉，但是封閉物質與牙本質小管之間有縫隙，導致敏感復發。TiO2-HAP組可見幾乎所有的牙本質小管被封閉，封閉物質分布也較均勻。可以看出，超聲去除花狀晶體后，TiO2-HAP仍然使脫礦釉柱間隙得到了良好的修復。TiO2-HAP復合材料中含有大量的介孔二氧化鈦片層，可在牙釉質表面過度形核，晶體形核長大的過程中，其表面又不斷形成新的形核位點。這些新的形核不斷吸附人工唾液中的鈣磷離子，呈輻射狀外延生長，最終生成如圖1D所示的花狀晶體。再礦化后離體牙本質剖面掃描電鏡照片組顯示TiO2-HAP阻塞物深入深度約為15 μm，有序排列的晶體沿牙本質小管軸向生長，因此，TiO2-HAP復合材料中所含的帶負電介孔二氧化鈦片層，可以通過靜電吸附與帶正電的羥基磷灰石結合，增加TiO2-HAP復合材料顆粒在脫礦區域的取向排列和吸附結合力[10]。同時，介孔二氧化鈦上的含氧官能團可以有效地從人工唾液中吸引Ca2+和PO3-4離子。該過程印證了再礦化溶液中已存在的羥基磷灰石晶體可以較容易地吸附至牙本質表面[11]，復合材料中的鈣和磷會游離出材料的表面作為再礦化的原料被機體利用，兩者同時交互作用使牙本質缺損得到了良好修復[12]。圖3紅外光譜分析說明試樣中既含有羥基磷灰石，也含有二氧化鈦。

影響羥基磷灰石的比表面積主要是總孔體積或晶體的尺寸，總孔體積為在一個預定的孔徑范圍的孔體積，可以從吸附或脫附曲線來確定[13]。采用BJH方法獲得的納米羥基磷灰石孔徑分布曲線，納米羥基磷灰石體積-孔徑分布在0～30 nm范圍內（見圖4A），介孔二氧化鈦復合納米羥基磷灰石孔徑分布范圍為0～50 nm（見圖4B），孔徑分布范圍有所增加。比表面積測試結果純的HAP為74，TiO2/HAP為128，具有微孔結構和較大的比表面積，有利于生物組織的附著。在過去幾年的研究中主要的嘗試不僅是控制HAp粉末形狀還包括晶體粒度，粒度分布，孔隙度，和結晶度等，因為他們對機械性能和生物活性具有很大的影響[14]。本實驗的介孔二氧化鈦羥基磷灰石，介孔引起晶格畸變，結晶程度變差，粒徑變小，比表面積增大，由于納米微粒的獨特結構狀態，促使其在牙本質表面可以迅速凝集結晶，從而使納米材料表現出吸附、催化以及生物活性等特殊功能，使納米材料呈現出無限廣闊的應用前景[15]。當羥基磷灰石的結構達到納米級時將表現出一系列的獨特性能，如具有較高的降解性和可吸收性[16]，但是本實驗為體外實驗，并未對粘接劑和微滲漏等影響后期修復的關鍵因素做進一步實驗，需要在未來深入研究。

本實驗嘗試采用介孔二氧化鈦復合的羥基磷灰石封閉離體牙本質表面的微孔，電鏡及孔隙率檢測均表明介孔二氧化鈦羥基磷灰石復合物具有良好的封閉效果，以及較高的孔隙率及表面能，可以嘗試作為一種新型的脫敏材料應用于臨床。

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[收稿日期]2022-06-22

本文引用格式：黃梅娥，黃恩琪，李夢，等.介孔二氧化鈦復合材料封閉離體牙本質小管的效果觀察[J].中國美容醫學，2023，32（8）：21-24.