低温等离子体在口腔医学应用中的研究进展*

路政宽 秦 爽 刘 红

除固液气三种物质形态之外，等离子体是自然界中物质存在的第四种方式，由含有相同数量的正电荷和负电荷的离子化气体和一些非离子化的气体粒子所组成，生活中最常见的等离子体便是火焰，雷电。与普通物质存在状态不同，它可以在较宽的温度范围内存在并维持原有的状态不变[1]。基于等离子体中电子和重粒子的相对能量水平的不同，可分为热等离子体和低温等离子。低温等离子体相比热等离子体，粒子温度较低(可＜40℃)，一般由气体放电产生，较易获得和维持，常见的气体来源有N2，O2，惰性气体(He，Ar 或Ne)及其组合[2]。考虑到低温等离子体的粒子特性与口腔疾病的治疗息息相关，如活性氧和活性氮被认为是灭菌，伤口愈合和牙齿美白等的关键因素[3]，使其在口腔临床领域开拓了越来越广泛的应用空间。本文就低温等离子体在口腔医学方面的最新研究进展和应用潜能进行综述。

1.牙齿美白

良好的牙齿漂白方法应该具有较高的漂白效率而且不会对原有牙体组织造成损伤。目前广泛应用的办公室漂白法，家庭漂白法以及新兴的激光漂白技术均依托于过氧化物分解产生的不稳定自由基(·HO2，·HO)，通过与有机物相互作用使色素分子分解，达到美白牙齿的效果[4]。然而高浓度氧化剂和高温光源的使用同时也带来了负面影响：牙髓组织不可逆性损伤，牙体硬组织矿物质的损失，对龋齿敏感性的增加，表面粗糙度的增加对菌斑附着的促进，以及显微硬度、耐磨性和抗断裂稳定性的降低。低温等离子体技术相对于常规牙齿美白方法的优势日渐凸显[5]。Nam 等[6]将牙体组织样本分别使用15%过氧化氢或过氧化脲，低温等离子体+低浓度过氧化物三种不同方法进行处理，发现与正常牙体组织相比，低温等离子体的处理对显微硬度值和钙，磷，氯，钠，镁和锌的含量几乎没有影响。另外，为了进一步降低过氧化物对牙体组织的副作用，Cheng 等[7]用生理盐水代替过氧化物凝胶，改用He 低温等离子体处理牙体组织，比单纯用35%过氧化氢的漂白效率要明显更高，而牙齿表面更为光滑，其机理在于：羟基可由He 低温等离子体经盐水溶液的过程中产生，而非来源于高浓度或过量的过氧化物，从而于源头上避免了过氧化物美白牙齿的副作用。因此单纯用低温等离子体激发的活性自由基将是完善牙齿美白技术的重要方向。

2.龋病的预防和治疗

龋病是人群中发病率最高的疾病之一，龋病的预防在于早发现和牙齿再矿化治疗，牙釉质表面的再矿化可以恢复甚至增加脱矿区域的机械性能和抗龋能力。为了提高再矿化剂的应用效果，Kim 等[8]将含1.23%APF 的低温等离子体作用于牙釉质表面，并将样本浸泡在脱矿质溶液中，氟含量检测结果表明低温等离子体的处理可获得更高的氟浓度，维持更长的作用时间，从而提高牙体组织抗龋和抗脱矿质作用。在Noha 等[9]的研究结果中，低温等离子体与钙磷制剂的联合应用可明显提高脱矿牙釉质的钙磷含量，达到再矿化的效果。釉质表层脱矿若未能得到及时治疗，致龋菌则会进一步侵入并充满牙本质小管，低温等离子体可以穿透到不规则的空腔和裂缝等常规治疗操作所不能到达的区域，有效消除感染牙本质中的细菌。Philipp 等[10]研究了1%氯己定经脉冲放电产生的低温等离子体对感染牙本质的灭菌性能，发现相比氯己定或低温等离子体，二者的共同作用具有最好的杀菌效果。Tatsuya等[11]证实了在空气中暴露于等离子体的蒸馏水在处理感染牙本质时，也具有与等离子体辐射相同的杀菌活性，且生产的蒸馏水可在低温下长期保存，无需在椅旁安装等离子发生器。这些最新的研究结果都表明了低温等离子体对于牙齿脱矿或感染牙本质的治疗，可替代传统的创伤性治疗，作为龋病防治的新方法，具有巨大的潜力。

3.根管内消毒

低能量密度下的低温等离子体可以进行口腔内的有效消毒灭菌，其可能的机制是：①低温等离子体可以产生紫外辐射破坏细菌的遗传物质，使其难以增殖[12]；②低温等离子体可以通过光解吸附作用破坏细菌内的化学键，从而使细菌分解；③低温等离子体可以通过蚀刻作用产生挥发性物质来消灭细菌[13]；④低温等离子体可以在释放过程中产生活性自由基，它可以与细菌的细胞膜和目标蛋白反应，破坏细菌的结构从而杀灭细菌[14]。粪肠球菌是顽固性根管感染的主要致病菌，也是导致根管治疗失败的主要原因之一，由于根管曲折且根管末梢直径较细，激光处理，超声振荡，双氧水冲洗等根管常规消毒方法难以到达致病菌所在位置，从而难以有效灭菌[15]。在Chang 等[16]的研究中，采用自制低温等离子体装置，发射出空气等离子体证明其可以快速有效的消灭粪肠球菌。在Kaya 等[17]的研究中，通过低温等离子体、臭氧、NaOCl 三种方法处理粪肠球菌感染根管的对比，发现低温等离子体对根管中1/3 的灭菌效果较其他两组有着明显的优势。在低温等离子体处理感染根管方面有着明显的优势，随着输出装置的不断完善，会实现低温等离子体治疗的椅旁操作。

4.口腔修复材料的性能改善

低温等离子体可以在不损伤口腔组织、不改变材料基本性能的基础上，提高材料的表面润湿性、表面分子极性以及粘接性能[18]。Prado 等[19-20]研究发现不同的低温等离子体可在纤维桩表面引入更多的硅元素，并显著提高纤维桩与树脂水门汀的粘接强度[21]。氧化锆陶瓷是固定修复常用的材料之一，廖宇等[22]使用He 等离子体对其处理后，有效增加了材料表面的润湿性及其与树脂水门汀之间的粘接强度。在改善义齿基托材料性能方面，学者们尝试用O2或H2等活泼低温等离子体处理聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维，然后将它们添加到聚甲基丙烯酸甲酯中来提高基托的力学性能，测试结果表明基托的横向强度，抗弯强度均得到良好的改善[23-24]。马小青等[25]采用低温等离子体处理老化的热凝树脂基托材料，增加了材料表面亲水性及其与硅橡胶软衬材料之间的粘接力，改善了义齿重衬技术，有效延长了义齿的使用寿命。除此之外，为了探究低温等离子体对牙本质表面的影响，Ayres等[26]用Ar 低温等离子体作用于酸蚀牙本质表面10s或30s，随后涂粘接剂、充填树脂，24h 后测定树脂和牙本质的微拉伸结合强度，对照组与等离子体处理组未有明显差异，然而，在1 年后，等离子体组仍能维持较高的结合强度，与对照组存在显著差异。断面表征可见等离子体组形成了更多更长的树脂突，促进底漆的渗透，便于粘接剂渗入小管，从而提高了复合树脂和牙本质的粘接性和耐用性。低温等离子体对口腔修复治疗方面材料的处理是其表面粗糙度及亲水性增加，从而获得更高的粘接强度。刘称称等[27]在对聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)遮色以期利用到临床修复方面，筛选出氮气等离子体处理PEEK 的最优参数，且明显提高了PEEK 与遮色树脂之间的粘接力，为PEEK 在修复治疗方面的应用提供了参考依据。

5.口腔种植材料的表面改性

钛及其合金由于其良好的抗腐蚀性、生物相容性及骨结合性作为口腔种植材料被广泛应用[28]。然而种植体周围炎仍然是导致种植手术失败的重要原因，所以对于钛种植体表面的改性一直是学者们致力的研究方向，在众多改性方法中，低温等离子体处理一方面可以通过带电粒子撞击材料表面改变表面形貌，另一方面可以通过等离子体的撞击加入新的官能团，Lee 等[29]使用He 及O2混合低温等离子体来进行钛片的表面处理，发现该方法可以有效地改善钛片表面的亲水性，尤其是混合气体中O2含量较高时效果更加明显，随着亲水性的改善，更多的细胞就会更快的黏附到钛种植体的表面，加快骨结合，降低种植体周围炎发病概率。PEEK 已获得FDA 批准应用于临床研究，由于PEEK 拥有与人皮质骨相近的弹性模量及良好的机械性能，现已被广泛研究应用，但由于其生物活性较差，对其表面改性的研究也在积极进行当中，Gan 等[30]使用氮气等离子体注入的方法有效改善了PEEK 的亲水性，并在其表面加入了含氮官能团，并形成了纳米拓扑形貌，使细胞更好地黏附在PEEK 的表面，改善了PEEK 的生物活性，加快骨结合的速度。在种植材料的表面改性中，低温等离子体不仅可以使材料表面形成粗糙的形貌，加入官能团，增加亲水性，并且可以继续接枝所需官能团改善材料的性能。

6.口腔颌面部有效止血

由于口腔颌面部血运丰富，血管走行较为复杂，如何做到有效止血是口腔颌面部创伤处理的关键，随着低温等离子体研究热潮的不断进展，这项技术也开始投入到处理手术创口的应用当中，不同于基于热效应的电刀止血，低温等离子体不会产生较多的热量，从而避免了周围组织的损伤，加快了创口的愈合，而且止血效果更为显著[1]。在Miyamoto等[31]的研究中首次发现，低温等离子体可以通过促进创口部位血小板的沉积和凝血因子的不断聚集，形成一种薄膜样血凝块来促进血液的凝固。在另一项研究中发现，低温等离子体虽然不会产生热效应，但也可以通过使血液中的水分蒸发，并使蛋白质变性来加速血液的凝固[32]。除了对低温等离子体止血机制及体外实验的探索，Hajime 等[33]还利用低温等离子体处理大鼠的人造创口来促进止血，结果显示这种方法较创口的自然止血要明显更快。随着对低温等离子体止血方面的研究的不断完善及治疗器械的不断改进，这项技术会在口腔颌面外科的手术治疗中有着光明的应用前景。

7.展望

综合以上方面，低温等离子体在口腔临床的初步研究应用已涉及牙齿美白，龋病、牙髓疾病的治疗，口腔颌面外科的手术，口腔修复种植材料的表面改性等各个领域，然而低温等离子体技术作为椅旁或手术常规操作，其发生及输出装置的制造还有待统一、完善，低温等离子体对口腔内细胞，组织等的作用机理还只是初步探索，未完全知晓，所以其对于口腔内不同区域的组织器官处理时的参数数值还有待进一步的研究确定，因此低温等离子体技术作为一种常规治疗方法应用到口腔临床当中还需要进一步的努力，相信随着其对人体细胞，组织，器官的作用机制的不断探索和发生输出装置的不断完善统一，低温等离子体技术会不断地放大其在口腔临床治疗方面的应用价值。