作者：羅惟丹，李明云，周學(xué)東，程磊，四川大學(xué)華西口腔醫院牙體牙髓病科

隨著(zhù)納米技術(shù)的不斷發(fā)展及納米材料的廣泛應用，越來(lái)越多的新型納米材料應用到口腔醫學(xué)領(lǐng)域。納米羥磷灰石（nano-hydroxyapatite）分子式為Ca10（PO4）6（OH）2，其化學(xué)成分和結構與天然骨及牙釉質(zhì)中的羥磷灰石晶體相似，顆粒大小為1~100nm，小于一般生物體內的細胞，具有大的比表面積，以及比普通羥磷灰石更好的生物學(xué)性質(zhì)，如更小的細胞毒性，更好的生物相容性，更有利于骨形成。因具有優(yōu)良的生物相容性和安全性，納米羥磷灰石成為骨組織替代品和牙科修復材料的研究熱點(diǎn)，具有較好的應用前景。

隨著(zhù)口腔材料學(xué)的發(fā)展，納米羥磷灰石在口腔醫學(xué)方面的應用主要涉及牙體再礦化、根管充填、頜骨缺損修復、種植等多個(gè)領(lǐng)域。納米羥磷灰石在牙科修復和牙髓治療方面的應用研究已成口腔醫學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。

1.牙科材料改性

牙科充填樹(shù)脂因具有良好的可操作性、生物安全性和美學(xué)性能而被廣泛應用于修復牙體缺損，然而其力學(xué)性能卻不及較傳統的銀汞合金。樹(shù)脂的力學(xué)性能主要受其基質(zhì)成分，填料的形態(tài)、粒度分布和比例，以及不同成分間界面結合力大小的影響。加入無(wú)機填料是提高樹(shù)脂基質(zhì)力學(xué)性能的一種有效方法，而填料的種類(lèi)和顆粒大小對于最終效果十分重要。填料可以降低材料的熱膨脹系數，減小聚合收縮。樹(shù)脂中加入納米填料使其擁有更好的操作性能、美學(xué)性能，以及更高的力學(xué)強度和耐磨性。羥磷灰石具有優(yōu)異的生物相容性，能牢固地結合至骨組織并促進(jìn)牙齒再礦化，還可以吸附蛋白質(zhì)和酶類(lèi)，抑制牙體硬組織中微小裂縫的產(chǎn)生，起到防治齲病的作用。

在復合樹(shù)脂中加入納米羥磷灰石不會(huì )影響樹(shù)脂與牙體的密合性和邊緣封閉性，同時(shí)還能減少玻璃離子材料與牙體之間的微滲漏，增強抗力，提高粘接強度。有學(xué)者將納米羥磷灰石（粒徑<200nm）加入一種環(huán)氧基硅氧烷樹(shù)脂中，將改性后的樹(shù)脂放置在人工唾液中浸泡1、14、30、90d，測量其斷裂韌性、撓曲強度、抗壓強度以及彎曲疲勞極限，發(fā)現加入納米羥磷灰石的樹(shù)脂的力學(xué)性能比無(wú)添加的對照組顯著(zhù)提高，并且隨著(zhù)時(shí)間延長(cháng)差異更加明顯。這說(shuō)明加入納米羥磷灰石有助于延長(cháng)樹(shù)脂的使用壽命，尤其是對于承受較大咬合力的后牙會(huì )更有意義。

Chen等用濕化學(xué)法合成了羥磷灰石納米纖維，該纖維直徑約100nm，長(cháng)60~80μm。在復合樹(shù)脂中加入該羥磷灰石納米纖維可以提高樹(shù)脂的雙軸彎曲強度，然而含有較高質(zhì)量分數（5%或10%）羥磷灰石納米纖維的樹(shù)脂并不比含較低質(zhì)量分數（2%或3%）羥磷灰石納米纖維的樹(shù)脂的效果更好，甚至當質(zhì)量分數進(jìn)一步上升至20%時(shí)，樹(shù)脂強度反而下降。這是因為，當質(zhì)量分數較低時(shí)，羥磷灰石納米纖維能均勻分散在材料中；而當質(zhì)量分數提高后，羥磷灰石納米纖維會(huì )聚集成束，無(wú)法有效增強材料的強度，甚至可能會(huì )形成微小缺陷。因此認為，將納米羥磷灰石控制在一定質(zhì)量分數范圍內可以使之在口腔牙科材料改性方面發(fā)揮巨大作用。

Liu等的研究同樣證實(shí)，當質(zhì)量分數低于30%時(shí)，納米羥磷灰石顆粒增強樹(shù)脂力學(xué)性能的作用隨著(zhù)其質(zhì)量分數的增加而提高，但質(zhì)量分數40%的羥磷灰石反而會(huì )降低材料的力學(xué)性能。羥磷灰石顆粒形狀、大小和表面改性也會(huì )影響其效果。利用硅烷偶聯(lián)劑對納米羥磷灰石進(jìn)行表面處理，更有利于其降低樹(shù)脂吸水性，增加表面硬度，提升樹(shù)脂使用壽命。雖然納米羥磷灰石擁有良好的生物相容性，但本身的力學(xué)性能欠佳，解決該問(wèn)題的一種方法是誘導晶體在單維度生長(cháng)形成納米棒。將這種棒狀的納米羥磷灰石加入自酸蝕粘接劑中，測量結果顯示其各方面力學(xué)性能均有顯著(zhù)提升，這也與該納米棒在粘接劑中的均勻分布和膠體穩定性有關(guān)。同時(shí)，在粘接劑中加入納米羥磷灰石也有助于牙本質(zhì)粘接界面的再礦化。

也有研究得出相反的結論。Lezaja等通過(guò)比較微米級的球形羥磷灰石、微米級針狀羥磷灰石以及納米級羥磷灰石對材料力學(xué)性能的不同影響，發(fā)現微米級的球形羥磷灰石效果最好，其次是微米級的針狀羥磷灰石，而納米羥磷灰石加入材料后性能反而下降。他們認為這與納米羥磷灰石在材料基質(zhì)中的不均勻分布有關(guān)，單獨的納米顆粒直徑為50~100nm，但是聚集成團后直徑為0.2~5μm，因此填充后材料性能下降并不能真實(shí)反映納米羥磷灰石的效果。Zhang與Darvell研究不同形態(tài)羥磷灰石加入復合樹(shù)脂Bis-GMA后對樹(shù)脂力學(xué)性能的影響。通過(guò)撓曲強度、斷裂韌性、彈性系數、維氏硬度檢測以及掃描電子顯微鏡觀(guān)察，發(fā)現加入納米羥磷灰石的復合樹(shù)脂的力學(xué)性能不如加入微米級針狀羥磷灰石的樹(shù)脂。這可能與納米羥磷灰石易聚集成團有關(guān)。

由于納米羥磷灰石具有極大的表面積，納米顆粒趨向于聚集成5~20μm的團塊，而且在疏水性的樹(shù)脂基質(zhì)中很難將其分散，導致微孔的產(chǎn)生以及結合強度降低，影響材料的力學(xué)性能。如果納米羥磷灰石的分散性能夠得到有效提升，也許能在增強樹(shù)脂性能方面發(fā)揮更好的作用。

2.促進(jìn)再礦化

牙體硬組織在酸的作用下會(huì )產(chǎn)生脫礦，進(jìn)而導致齲病、酸蝕癥，造成牙體硬組織不可逆性損害。再礦化是指因脫礦丟失的礦物質(zhì)重新沉積到牙體表面的過(guò)程。當細菌代謝產(chǎn)生的酸溶解牙體組織中的無(wú)機結構時(shí)，膠原蛋白網(wǎng)仍能得以保留，使再礦化成為可能，這也許會(huì )成為未來(lái)齲病治療的新方向。學(xué)者們研究了許多再礦化方法，包括應用生物活性陶瓷、釋氟材料、酪蛋白磷酸肽鈣磷復合體、人工唾液、氫氧化鈣等；納米材料的應用也在再礦化領(lǐng)域受到越來(lái)越多的重視，譬如納米羥磷灰石、納米碳酸磷灰石、納米碳羥磷灰石等。

在應用納米材料促進(jìn)再礦化技術(shù)方面，需要面對的一個(gè)重大的挑戰就是如何使這些材料有效地深入脫礦牙體組織深部，而非僅僅沉積在牙體組織表面。研究表明，納米羥磷灰石顆粒能有效滲透進(jìn)入脫礦牙本質(zhì)的膠原纖維網(wǎng)中，這些滲入膠原網(wǎng)中的納米粒子通過(guò)扮演成核中心的角色，為促進(jìn)再礦化提供了一個(gè)合適的環(huán)境。雖然其促再礦化作用有限，但加入反絮凝劑六偏磷酸鈉可以在一定程度上增強這種作用，加入丙酮作為媒介也能提高再礦化液的滲透性。

經(jīng)過(guò)納米羥磷灰石處理的脫礦牛牙釉質(zhì)，其表面顯微硬度較未經(jīng)處理組顯著(zhù)增加。使用掃描電子顯微鏡可以觀(guān)察到納米羥磷灰石顆粒沉積在微孔狀的脫礦釉質(zhì)表面，形成一層新的礦物質(zhì)層。納米羥磷灰石的再礦化能力與其濃度大小密切相關(guān)。當質(zhì)量分數低于10%時(shí)，納米羥磷灰石的促進(jìn)再礦化能力隨其質(zhì)量分數增加而升高；而當質(zhì)量分數高于10%時(shí)，促再礦化能力不再有提升。提示10%是納米羥磷灰石再礦化液的理想質(zhì)量分數。若要再礦化形成的牙體硬組織達到原有結構和功能，不能單靠礦物質(zhì)無(wú)序的堆積，更重要的是模仿天然牙中羥磷灰石的排列結構。

釉質(zhì)的形成是一項高精度的調控過(guò)程，受基因、蛋白質(zhì)、體液等生物因素的共同影響。因此，相關(guān)學(xué)術(shù)界就提出了一個(gè)新概念：生物礦化（biomineralization），即由生物體通過(guò)生物大分子的調控生成無(wú)機礦物。有學(xué)者通過(guò)誘導納米羥磷灰石在單晶體微帶上沉積，于體外形成了有序排列、分層級的羥磷灰石結構。在這種微帶支架上，羥磷灰石晶體從無(wú)序的、鱗片狀聚合體長(cháng)成有序的針狀、束狀納米晶體以及多孔狀結構，它與天然牙的釉質(zhì)結構十分類(lèi)似。氟的存在能促進(jìn)該結構形成。臭氧水溶液能提高納米羥磷灰石的再礦化能力。

將人工脫礦的牙體樣本置于人口腔內，用0.1mg·L-1臭氧水溶液與10%納米羥磷灰石混合處理21d后，發(fā)現其再礦化效果優(yōu)于單獨的納米羥磷灰石組。納米羥磷灰石和五倍子聯(lián)用同樣也可以在再礦化方面起到協(xié)同作用。Huang等將五倍子水提取物與棒狀納米羥磷灰石（短徑5~26.7nm，長(cháng)徑30~84nm）混合處理早期脫礦釉質(zhì)齲，結果單獨應用納米羥磷灰石僅僅是使礦物質(zhì)沉積在脫礦區表面，并不能減少脫礦深度；納米羥磷灰石與五倍子聯(lián)用不僅可以增加脫礦區表面的礦物沉積，同時(shí)還能使更深層的病損體部發(fā)生再礦化，有效減少了脫礦深度。這說(shuō)明五倍子水提取物可以增強納米羥磷灰石在釉質(zhì)脫礦層的沉積、吸附能力。同時(shí)也發(fā)現pH值的高低會(huì )影響納米羥磷灰石作用效果。

納米羥磷灰石牙膏有著(zhù)媲美含氟牙膏的促再礦化能力。體外研究證實(shí)：用含質(zhì)量分數7%納米羥磷灰石的牙膏在體外模擬刷牙過(guò)程，可以起到促再礦化作用，其效果和含氟牙膏相同，對牙本質(zhì)的再礦化效果甚至優(yōu)于含氟牙膏。同時(shí)，納米羥磷灰石還能預防脫礦的發(fā)生。體內研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，提示納米羥磷灰石牙膏可能成為含氟牙膏的替代品，尤其適用于小孩以及易患氟牙癥的人群。運動(dòng)飲料因其具有潛在的致齲可能而備受爭議。

將納米羥磷灰石加入運動(dòng)飲料，發(fā)現質(zhì)量分數0.25%的納米羥磷灰石即能有效抑制齲病的發(fā)生和進(jìn)展。在飲用含納米羥磷灰石運動(dòng)飲料的實(shí)驗組對象中，未發(fā)生牙面酸蝕，牙體表面顯微硬度與實(shí)驗前相比也僅降低6%；不含納米羥磷灰石的對照組平均牙面酸蝕深度為12.70μm，牙表面顯微硬度降低80%。研究結果表明，添加一定濃度的納米羥磷灰石可以有效抑制運動(dòng)飲料的致齲潛能。另一項實(shí)驗研究在運動(dòng)飲料中加入納米羥磷灰石的適宜濃度，發(fā)現質(zhì)量分數為0.05%的納米羥磷灰石有減輕齲損發(fā)生的能力，且隨著(zhù)濃度增加而增加，當質(zhì)量分數達到0.25%時(shí)，飲用運動(dòng)飲料將不再導致釉質(zhì)脫礦。

3.牙本質(zhì)脫敏

牙本質(zhì)敏感（dentinhypersensitivity）是牙受到外界刺激（如溫度、化學(xué)物質(zhì)及機械作用等）所引起的酸痛癥狀。牙本質(zhì)小管的開(kāi)放是造成牙本質(zhì)敏感的重要原因。流體動(dòng)力學(xué)說(shuō)認為，牙本質(zhì)小管內的組織液與牙髓組織相通，當牙本質(zhì)表面受到各種刺激時(shí)，小管液的運動(dòng)可機械地攪動(dòng)牙髓內容物，進(jìn)而間接地興奮其中的游離神經(jīng)末梢，產(chǎn)生痛覺(jué)。因此，采用安全、有效的生物材料封閉暴露的牙本質(zhì)小管是控制牙本質(zhì)敏感的重要方法。

3.1納米羥磷灰石對牙本質(zhì)小管的封閉

酪蛋白磷酸肽鈣磷復合體（caseinphosphopeptides-amorphouscalciumphosphate，CPPACP）能促進(jìn)牙齒脫礦部位再礦化。無(wú)定形磷酸鈣（amorphouscalciumphosphate，ACP）在臨床上已被證實(shí)具有快速減輕牙本質(zhì)敏感的效果。通過(guò)掃描電子顯微鏡對比觀(guān)察CPP-ACP和短軸20~30nm、長(cháng)軸50~100nm的棒狀納米羥磷灰石對牙本質(zhì)小管的封閉效果，發(fā)現納米羥磷灰石優(yōu)于CPP-ACP組和空白對照組，說(shuō)明在體外條件下，與CPP-ACP相比，納米羥磷灰石可更有效地封閉暴露的牙本質(zhì)小管。這可能首先歸因于納米羥磷灰石細化的納米粒子相對于牙本質(zhì)薄片中牙本質(zhì)小管的直徑（約2μm），納米級羥磷灰石足夠細小，較容易進(jìn)入牙本質(zhì)小管內。其次，良好的封閉效果還得益于納米羥磷灰石與牙本質(zhì)表面具有較好的黏附力。納米羥磷灰石難溶于人工唾液的性質(zhì)也是其有效封閉牙本質(zhì)小管的因素之一。

3.2含納米羥磷灰石牙膏

與近年來(lái)常用的抗過(guò)敏牙膏相比，含納米羥磷灰石的牙膏的脫敏效果與之相當。在給患有牙本質(zhì)敏感癥的患者使用含有納米羥磷灰石的牙膏2d后，敏感癥狀即有所改善；使用2周后，酸痛癥狀得到顯著(zhù)減輕。

3.3含納米羥磷灰石牙科漂白劑

牙漂白技術(shù)被越來(lái)越多地應用于增白牙齒色澤、改善美觀(guān)，但它也會(huì )帶來(lái)一些不良反應（如牙敏感癥），實(shí)際上大多數患者在牙齒漂白后的一段時(shí)間內都會(huì )出現牙齒酸痛等敏感癥狀。為了獲得最佳漂白效果，漂白劑的濃度越高越好，但這會(huì )導致更加嚴重的敏感。因此，美國牙科協(xié)會(huì )與歐洲相關(guān)法規都將漂白劑中過(guò)氧化氫的濃度限定在一個(gè)較低的范圍。為了達到最大化的漂白效果，同時(shí)又不至于引起強烈牙齒過(guò)敏癥狀，有學(xué)者將質(zhì)量分數2%的納米羥磷灰石加入含質(zhì)量分數6%過(guò)氧化氫的凝膠中，發(fā)現牙齒的敏感癥狀顯著(zhù)減輕，同時(shí)過(guò)氧化氫的漂白效果并未受到影響。因此，將納米羥磷灰石應用于牙科漂白劑中可以減少漂白后不良反應的發(fā)生，具有良好的臨床應用前景。

4.牙髓治療

4.1根管封閉劑

根管內所用藥物與根管牙本質(zhì)和根尖周組織直接接觸，因此必須保證其無(wú)毒性，并且最好具有一定生物活性。納米羥磷灰石可用于根管內，達到一個(gè)更穩定的牙本質(zhì)-材料結合界面。納米羥磷灰石作為填料，在理論上可以使更多無(wú)機鹽離子沉積在根管壁表面，增強材料的封閉性。納米羥磷灰石還可以誘導礦物晶體生長(cháng)發(fā)生礦化。在以甲基丙烯酸酯為基底的根管封閉劑內加入直徑26.8nm的納米羥磷灰石，不會(huì )改變封閉劑的黏性、油膜厚度以及X射線(xiàn)阻射性，流動(dòng)性的降低也較小。

有學(xué)者發(fā)現，將納米羥磷灰石加入環(huán)氧樹(shù)脂基的封閉劑中，不影響封閉劑的原有性能，效果良好。上述研究結果表明，納米羥磷灰石有望在根管充填材料中發(fā)揮更大的作用。

4.2直接蓋髓

直接蓋髓使暴露的牙髓表面生成新的牙體硬組織屏障，即修復性牙本質(zhì)或牙本質(zhì)橋。用作直接蓋髓的材料應該能誘導牙本質(zhì)橋形成，對組織損傷性最小，從而修復牙髓組織的結構和功能。氫氧化鈣一直是直接蓋髓的首選材料，能成功誘導牙本質(zhì)橋形成，然而也存在不足之處，會(huì )引起牙髓炎性反應和壞死，并且新生牙本質(zhì)橋結構與原來(lái)的牙本質(zhì)不同，質(zhì)量較差。能釋放鈣離子并且具有較高pH值的材料可以促進(jìn)牙體硬組織屏障形成。羥磷灰石具有上述兩項特點(diǎn)，然而將羥磷灰石用于直接蓋髓可能引發(fā)牙髓炎性反應和牙髓壞死。因此，有學(xué)者研究了直徑<100nm的羥磷灰石作為直接蓋髓劑的可能性。它可以在牙髓和蓋髓劑之間成功誘導出具有連續性、規則結構的牙本質(zhì)橋和骨樣牙本質(zhì)，其引發(fā)的牙髓炎性反應也比氫氧化鈣輕微，并且隨著(zhù)時(shí)間延長(cháng)而牙髓炎性反應迅速減弱。鑒于能誘導出完整的牙本質(zhì)橋并且牙髓的細胞血管反應良好，納米羥磷灰石也許可以作為一種新的直接蓋髓的材料。

5.牙髓組織工程學(xué)

在牙科學(xué)領(lǐng)域，組織工程技術(shù)的出現使牙體組織的自身修復有望實(shí)現。牙體組織工程需要3個(gè)基本要素：合適的細胞來(lái)源、生物可降解的支架以及理想的細胞功能信號分子。其中，生物可降解支架是為細胞提供良好生長(cháng)、分化微環(huán)境的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，靜電紡絲技術(shù)成功應用于細胞支架的制作中，能夠合成類(lèi)似于細胞外基質(zhì)的多孔狀纖維結構。

將納米羥磷灰石加入這種支架中具有很多優(yōu)點(diǎn)：1）羥磷灰石是構成牙體無(wú)機結構的主要成分，而納米羥磷灰石與牙體組織中的羥磷灰石晶體結構相似，比微米羥磷灰石具有更好的蛋白質(zhì)吸附能力和細胞附著(zhù)能力。2）與微米羥磷灰石相比，納米羥磷灰石有更高的可溶性，能夠增加基質(zhì)親水性，而后者對于增強細胞的黏附和生長(cháng)十分重要。有學(xué)者合成了一種聚己內酯-明膠-納米羥磷灰石纖維支架，其中納米羥磷灰石的直徑為50~80nm，在體外研究該支架對牙髓干細胞的作用。結果表明，該支架能支持牙髓干細胞在其上黏附、增殖并向成牙本質(zhì)細胞分化，納米羥磷灰石的存在能上調堿性磷酸酶活性并促進(jìn)骨鈣素的分泌，發(fā)生礦化反應。

將附有干細胞的支架植入裸鼠體內，發(fā)現植入體均被薄層結締組織包裹覆蓋，不會(huì )引起炎性反應，其內有明顯的硬組織形成，但沒(méi)有軟組織長(cháng)入，這可能與支架孔隙直徑過(guò)小而不利于軟組織長(cháng)入有關(guān)。同時(shí)，納米羥磷灰石的存在上調了一些特定牙源性基因的表達?？偠灾?，這種納米纖維支架能夠支持牙髓干細胞增殖、分化，并且納米羥磷灰石的存在能夠顯著(zhù)增加干細胞向成牙本質(zhì)細胞分化。多項研究表明，納米羥磷灰石可以促進(jìn)組織工程支架上牙髓干細胞的早期黏附和增殖，增加細胞外基質(zhì)的生成。這為實(shí)現牙體組織的自身修復提供了可能，有望在未來(lái)的組織工程領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

6.結論及展望

綜上所述，納米羥磷灰石與天然牙釉質(zhì)中的羥磷灰石在結構和組成上十分相似，結合了納米材料和生物材料的優(yōu)點(diǎn)，不僅具有良好的生物相容性，而且能提高修復材料的力學(xué)性能，促進(jìn)早期齲再礦化，緩解牙本質(zhì)過(guò)敏癥狀，提高牙髓治療療效并在牙髓組織工程學(xué)中得以應用。納米羥磷灰石在應用過(guò)程中也表現出一些不足之處，如其抗壓強度、抗彎曲強度仍不能完全滿(mǎn)足臨床需要；隨著(zhù)時(shí)間推移，材料性能逐漸下降；納米羥磷灰石本身沒(méi)有抗菌效果等。相信隨著(zhù)對納米羥磷灰石研究的不斷深入，一定能夠研制出強度和性能更適合牙科治療所需的納米羥磷灰石材料，并有望在口腔基礎研究和臨床應用中發(fā)揮更大、更好的作用。

來(lái)源：羅惟丹,李明云,周學(xué)東,程磊.納米羥磷灰石在牙體修復和牙髓治療領(lǐng)域的應用[J].國際口腔醫學(xué)雜志,2018,45(02):192-198.

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