氟化物防治龋齿的化学原理及其微型模拟实验

廉晨悦

摘要本文主要对氟化物防龋应用发展做一简单综述，并以鸡蛋壳代替牙齿进行实验模拟，用实验结果简单说明氟化物预防龋齿背后的化学原理。

关键词氟化物；防龋；化学原理

近年来，各项临床和实验研究发现，氟化物不仅对牙齿的坚固有着非常重要的作用，能够显著降低儿童和成人的龋坏率，还能促进已病变的牙体组织发生再矿化并抑制口腔细菌的滋生。氟化物防龋已成为当前的应用和研究热点。

1氟化物防治龋齿的机制和化学原理

当口腔中存在大量牙菌斑或pH值降低时，这种平衡就会被打破，磷灰石晶体溶解超过晶体再生，导致牙齿表面出现某些特征性外观性损伤，也就是常说的龋齿。氟化物防止龋齿的机制主要体现在以下3个方面。

1.1降低釉质溶解度

龋齿的形成的一个重要因素是牙斑菌，在进食的过程中牙斑菌和食物中的糖分和淀粉充分接触并发生化学反应，这些化学反应会释放出有机酸，这些有机酸能够长时间地跟牙齿表面密切接触，使得羟基磷灰石溶解：

与此同时，饮水、食物或牙膏里的氟离子也会跟羟基磷灰石发生反应生成晶体结构更加稳定的氟羟基磷灰石和氟磷灰石：

1.2促进釉质再矿化

氟化物可在牙釉质表面形成氟化钙（CaF₂）沉积层。CaF₂中的F^-可与磷灰石晶体表面溶解的Ca²⁺和PO⁴结合为氟羟基磷灰石，再结晶到釉质中的磷灰石表面，使得牙釉质再矿化得以发生。

1.3抑制细菌代谢和菌斑形成

首先，氟化物可以抑制细菌产酸。在口腔局部pH下降时，口腔中的F广与H结合成氢氟酸（HF），HF携带H进入细胞质，抑制细胞膜向外转运H，降低细胞质内的pH值，破坏产酸菌细胞酶发挥活性的环境；其次，氟化物可以抑制变异链球菌等对葡萄糖的摄取、转化和利用，影響胞外多糖的合成、胞内多糖的储存，干扰细菌和菌斑在牙面上的堆积和黏附。

2氟化物防治龋齿的实验模拟及结果分析

由于鸡蛋壳的化学成分和人的牙齿的主要成分均为碳酸钙，因此，可以用鸡蛋壳代替牙齿来模拟氟化物对牙齿的作用。在实验中分别通过测量用含氟牙膏和不含氟牙膏处理过的鸡蛋壳在同样酸性条件下的反应后的蛋壳质量的变化情况来证明氟化物对龋齿的防治作用。

2.1实验材料及仪器

1）实验材料。鸡蛋壳：收集生的鸡蛋壳数只，并做内膜完全去除处理。含氟牙膏（中华）：联合利华（中国）有限公司出品（200g装）。不含氟牙膏（黑人）：好来化工（中山）有限公司出品（175g装）。2mol/L HCI、蒸馏水。2）实验仪器。烧杯、牙刷、镊子、分析天平、烘箱、试管、玻璃棒。

2.2实验步骤

1）鸡蛋壳预处理。将约5g蛋壳洗净，瓣成近似1cmX1cm的小块，放入10mL 2mol/L的NaOH溶液中，煮沸约10min，待壳内蛋膜完全脱离蛋壳后，停止加热，用冷水将蛋壳洗净，晾干。将晾干的鸡蛋壳碎成大小近似的小块，备用。将处理好的鸡蛋壳均分为15份，要求两组蛋壳中对应的蛋壳表面积尽量相近。在实验前3天就每天用牙刷均匀涂抹牙膏于每份蛋壳上，一份用含氟牙膏处理，另一份用不含氟牙膏处理。2）将用牙膏处理好的蛋壳用水洗干净，除去表面的牙膏，然后将蛋壳置于烘箱内烘干，置于分析天平上称重，记录其准确质量。3）取2mol/L的HC150mL，加入蒸馏水配成1000mL溶液，配成0.1mol/L的HCl，每次取50mL。4）取出对应的用含氟与不含氟牙膏处理了的蛋壳，同时放入50mLHCL，并记录反应时间。5）取出蛋壳，快速洗去其表面的HCl，然后置于烘箱内烘干。用分析天平称重，记录其反应后的质量。

实验将反应时间分别设为30s、1min、2min、3min、4min、5min、6min，按照不同的反应时间，分7组进行实验，七组实验结果如下：

由于每组2个样本的初始质量都无法做到相同，因此，在最终的结果计算中以减轻质量占原质量的百分比来进行比较。汇集以上7组数据可得下图，横轴为时间（单位：min），纵轴为质量减轻百分比（单位：%）

实验结论分析：由实验数据分析，当反应时间为4min以内的时候，含氟牙膏的抗酸能力较不含氟牙膏表现得较为明显。当反应时间超过了4min时，两组样本的抗酸能力就逐渐趋于一样了。这是因为氟离子与蛋壳作用而生成氟羟基磷酸钙和氟化钙并非很多，因其覆盖在蛋壳表面从而能起到一定的抗酸作用，在与酸反应时间较短时，氟羟基磷酸钙与氟化钙未被破坏，所以表现出更好的抗酸性。但如果较长时间与酸接触，由于氟羟基磷酸钙与氟化钙的量逐渐减少，更多的蛋壳表面就会与酸直接接触从而反应，这样就无法体现出其较好的抗酸性。