纳米载银磷酸锆抗菌剂在口腔材料中的研究进展与应用

王平 陈林

(1.遵义医科大学；2.遵义医科大学附属口腔医院，贵州 遵义 563000)

随着现代口腔医学的不断进步，加之人们对口腔卫生重视程度的不断提升，在口腔材料领域，临床越发关注口腔抗菌问题。良好的抗菌干预下，可避免如龋齿、牙髓炎、义齿性口炎等并发症发生，保障患者理想预后，提升患者的就医满意度。上世纪八十年代末，纳米技术开始兴起，其中典型代表为纳米银材料。该材料本身具备较好的催化性、化学稳定性与导电性，更在抗菌活性方面表现出极高的应用价值[1]。如今纳米银抗菌剂已被广泛运用于消毒剂、食品储存等领域，更在生物医学领域发挥显著作用。作为纳米银抗菌剂中的典型代表，纳米载银磷酸锆抗菌剂在临床同样获得广泛关注；其作为一种新型纳米材料，具备环境友好、成本低、生物相容性好、毒性低、无需紫外照射就可表现出较佳抑菌活力等优势，其抗菌活性远超传统抑菌剂，因此近年来被广泛应用于临床口腔医疗研究领域[2]。有研究显示[3]，该材料可对树脂基托理化性能产生积极影响，有效强化树脂基托的弯曲强度、压缩强度与拉伸强度。另有一项研究表明[4]，将载银纳米磷酸锆应用于玻璃离子水门汀的制备中，当前者浓度达到3%及以上时，可以实现对变形链球菌高达99%以上抑菌活力。本次综述，主要探讨纳米载银无机抗菌剂对口腔细菌的抗菌价值、机械性能与生物安全性，梳理学术界相关领域研究进展，集各家见解综于一文，希望能够为读者在相关领域内的工作与科研提供一份参考帮助。

1 抗菌性能

纳米载银磷酸锆抗菌剂是现如今主流的一种载银抗菌技术，属国家专利产品，其空隙较之沸石载体更小，对于银离子的释放速度把控更好，可令释放更加均匀，拥有较佳的广谱抗菌活性，并具有良好的耐变色性能，可满足口腔材料的美学与安全性要求。该材料的化学通式为AgnHmZr2(Po4)3，通过技术手段，人工将银离子负载于纳米磷酸锆载体颗粒上形成。其抗菌机制在于，当银离子接触到带负电的病原菌细胞膜时，在“库伦作用”的吸引下，此时过剩的银离子将会经细胞膜渗透进细胞，取代酶蛋白琉基与细胞器产生反应，进而使蛋白质凝固，抗酶活性[5]。不仅如此，一些银离子更会与细胞膜蛋白质产生结合，使细胞裂解、损伤，并令泄露胞质，影响肽聚糖的合成，致使细胞壁无法生成，有效控制细胞增殖[6]。银离子与细胞核DNA反应下，可以破坏致病菌呼吸、物质传输、电子传输等生命活动，感染致病菌的内部代谢，致其死亡。银离子还能够催化活性中心，在关照下有效吸纳环境能量，激活水与空气中的氧离子，进而产生活性氧类自由基，破坏致病菌的繁殖，实现有效抑菌目的。而当口腔内致病菌凋亡分解后，银离子会继续从致病菌体内游离，并再次对其他致病菌进行灭活，发挥良好、持久的抗菌效力[7]。

李福军[8]利用实验用龋病大鼠模型进行一项关于纳米载银抗菌剂的抑菌研究，结果显示，经为期90天的系统观察，大鼠口腔内部菌群数量显著下降，认为该材料可有效降低口腔内部的细菌黏附与菌斑附着。为进一步探究纳米载银磷酸锆抗菌剂对口腔细菌的抑菌价值，杨成雪等[9]研究结果显示，相较于无纳米载银磷酸锆抗菌剂添加的对照组而言，当添加剂的浓度达到3%及以上，牙龈卟啉单胞菌菌落数显著低于对照组；而融入全浓度(1%～7%)纳米载银磷酸锆抗菌剂的树脂基托，则可实现对白色念珠菌、血链球菌、内氏放线菌、黏性放线菌、变形链球菌的有效灭活。分析以上数据，建议临床在应用纳米载银磷酸锆抗菌剂时，最好选择浓度在3%及以上，可以有效实现口腔细菌的灭活。曹晓梅等[10]研究进一步将纳米载银磷酸锆抗菌剂浓度提升至10%，并与5%浓度同材料进行参照，结果发现，10%浓度下，载银磷酸锆抑金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、大肠埃希菌、枯草杆菌活性显著高于浓度5%时，且对枯草杆菌活性抑制效力最佳。这或许与浓度差之间过大的差异有关。而国内暂未见相近浓度的纳米载银磷酸锆抗菌剂抑菌效力的随机对照研究。另一项关于常见牙周致病菌的体外抗菌试验证实[11]，纳米载银抗菌剂已可实现对具核梭杆菌、中间普氏菌、放线伴放线杆菌的有效抑制，平均抑菌环直径在14 mm以上。

2 机械性能

载银磷酸锆属于一类无机纳米颗粒。学者们发现，该材料与临床常见的硅橡胶义齿软衬材料无机填料“气相白炭黑”在形状、大小、结构乃至性质上，均具有极高的相似性。但除此以外，载银磷酸锆还具备更小的颗粒粒度、较大的比表面积与较佳的活性，表面能与表面结合能均优于白炭黑。以上优势，使得载银磷酸锆能够有效提升界面间的相互作用力，增加作用面积与交联形式，诸如分子间的范德华力交联、缠结交联、共价交联等，提升交联密度，提升填料网及填料与聚合物网间的联结强度，进而表现出更好的机械性能。

正如杜君香等[12]所撰文献显示，研究人员利用0% ～5%的载银磷酸锆对玻璃离子水门汀粉剂进行改性，最终结果显示，随着载银磷酸锆浓度的提升，患者口腔的整体抑菌效果随之提升，这一观点与上文研究中杨成雪等[9]、曹晓梅等[10]研究基本一致；除此以外，杜等还发现，当加入载银磷酸锆的浓度达到2%时，材料抗压强度最优；浓度进一步升至3%时，材料显微硬度、弯曲强度达峰值，这一发现与载银磷酸锆的抗菌特性保持一定的相似性，即理想的机械性能与抗菌能力，均会收到纳米载银磷酸锆抗菌剂加入浓度的影响。回顾上文研究，抗菌性方面，3%的浓度下，已可实现对所研究五种病原菌的有效灭活效力，因此提出建议，在选择纳米载银磷酸锆抗菌剂复合材料时，需要谨慎选择制备浓度，以保障较为理想的机械性能与抗菌活性，更好地提升口腔修复质量。基于上述研究成果，郑少娜等[13]进一步提出改良治疗方案，其利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，予以载银磷酸锆表面改性后，再经溶液聚合，将甲基丙烯酸甲酯接枝于其表面，从而对纳米载银磷酸锆人工改性；再将产物加入树脂基托，制备符合材料用于口腔正畸；结果发现，改性纳米载银磷酸锆平均粒径得到下调，疏水性得到提升，材料分散性更进一步提升，得到良好机械性能的同时，研究人员也对其抗菌能力进行了检测，发现该复合基托材料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抗菌性得到有效提升另一项关于纳米载银磷酸锆的机械性能研究进一步证实[14]，不同浓度载银磷酸锆的加入，均可一定程度提升复合材料的机械性能；但该提升特征并非与抗菌性能完全一致(浓度越高越好)；研究人员通过论证发现，当浓度达到5%时，复合材料的机械性能综合表现较之2%与10%时更佳，这一结果提示临床，关于纳米载银磷酸锆抗菌剂浓度的选择，需要慎重取舍，既要考虑到良好的抗菌性能，也要兼顾机械性能。国内关于不同纳米载银抗菌剂间机械性能的对照研究鲜少，此为笔者参阅资料时所发现的研究现状；未来还需进一步开展相关领域的研究，以更好地指导临床具体工作。

3 生物安全性

比表面积大为纳米粒子的典型特性，对细胞表现出高反应性，进而易于细胞表面附着，而后经历胞吞，于细胞内转化为更小粒径、带不同电荷的纳米粒子，或聚合为大粒径粒子；其和细胞的交互作用间存在差异，因而可致细胞毒性差异。纳米银被毒理学研究广泛提及，主流的致毒机理是经由氧化应激反应，以致细胞氧化还原平衡出现紊乱，线粒体功能受到损害[15]。一般当银离子含量较高时，将会导致真核细胞出现毒性反应，并抗细胞活性。王原等[16]利用噻唑蓝比色法检验纳米载银抗菌剂对实验小鼠成纤维细胞的毒性反应，文中发现，当纳米载银抗菌剂浓度在1%时，未见毒性反应。高浓度银离子能够影响线粒体膜的渗透性，并干预细胞DNA合成，从而影响细胞增殖。一项研究还得出观点[17]，载银抗菌剂不会对成骨细胞增殖产生不良影响，且有助于成骨细胞血清碱性磷酸酶表达。

遗传毒性也是生物安全领域研究的重要方向，其是指当受到各类外界因素的干预，机体遗传物质在染色体水平、碱基水平、分子水平上出现损伤而引发的毒性反应。纳米材料若直接与血液、皮肤黏膜产生接触，将会导致机体出现遗传毒性，危害患者健康。史金先等[18]开展一项动物实验，探讨载银抗菌剂对实验小鼠的肝毒性影响；结果发现，相较于对照组，实验组小鼠的门冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶、肝脏系数水平未出现显著差异，最后经彗星图像分析，证实了载银抗菌剂不会对小鼠机体造成不良影响，不具备遗传毒性，证明了载银抗菌剂良好的生物相容性。王梓屹等[19]研究成果显示，纳米载银抗菌剂对骨内组织的生物相容性较佳，并具备促骨组织生长修复之效。

4 展 望

关于纳米载银磷酸锆抗菌剂生物安全性的探讨，各家执观点不一。但可以确定的是，随着技术的不断发展，可以通过一些特定的工艺对纳米载银磷酸锆抗菌剂的浓度等其他指标进行调控，如调整纳米粒子的尺寸、进行涂层与表面处理等，以降低其生物毒性，进而提升纳米载银磷酸锆抗菌剂在口腔医学领域的生物相容性。今后需要进一步研究纳米载银磷酸锆抗菌剂中银的状态、抗菌机制、细菌摄取银离子的方式、抗菌载体的最佳构成等，进一步优化纳米载银磷酸锆抗菌剂的使用方法。在该材料的临床应用中，还需要进一步研究其杀菌效果，选择合适浓度，使之应用于口腔材料领域，能够在不影响口腔其他菌群平衡的前提下，更好地发挥理想的抑菌效果，并保持较高的机械性能。最后，大力研究缓释型的纳米载银磷酸锆抗菌剂，令银离子的长期、缓慢释效成为可能，更好地实现长期、稳定的抑菌效力。