介孔二氧化钛复合材料封闭离体牙本质小管的效果观察

黄梅娥 黄恩琪 李梦 黄珂 尹路

[摘要]目的：通过制备介孔二氧化钛复合羟基磷灰石来封闭离体牙本质小管评估其脱敏效果。方法：制备含介孔二氧化钛的羟基磷灰石复合材料与纯羟基磷灰石以及常用的齿科脱敏剂应用于离体牙本质表面，观察牙本质小管的封闭情况和封闭材料渗入小管内的距离来评估封闭效果，比表面积测试等方法对其组成及性状进行分析，讨论其对离体牙本质体外再矿化的影响和封闭机制。结果：介孔二氧化钛复合羟基磷灰石可以很好地封闭离体牙本质表面的微孔，复合物具有良好的孔隙率及较高的表面能。结论：介孔二氧化钛复合羟基磷灰石可以尝试作为牙齿修复后的脱敏材料。

[关键词]介孔；二氧化钛；羟基磷灰石；牙本质敏感；脱敏；比表面积

[中图分类号]R781.05    [文献标志码]A    [文章编号]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

牙本质是潜在的可通透性组织，固定修复过程中，活髓基牙因牙体预备后全部釉质及部分牙本质被磨除，开放的牙本质小管在外界刺激下往往会出现疼痛等牙髓刺激症状[1]。临床上常规的各种脱敏方法大多通过使牙本质小管凝固变性从而封闭牙本质小管，或在髓腔内形成修复性牙本质以减少小管内液体流动降低牙髓敏感性，从而达到脱敏目的[2]。介孔二氧化钛和纳米羟基磷灰石（nano-hydroxyapatite，nHA）以其良好的生物相容性在口腔種植领域受到广泛地关注[3]，但是在牙齿脱敏方面的研究较少，本实验旨在合成一种新型介孔二氧化钛羟基磷灰石作为脱敏剂，与纯羟基磷灰石、Gluma脱敏剂作为对照，对离体牙本质的进行处理，观察其封闭牙本质小管效果，尝试未来应用于临床，以期减少修复后牙齿敏感的症状。

1  材料和方法

1.1 实验材料和实验设备：PH测量仪（PHB-5，杭州奥利龙仪器有限公司），X射线衍射仪（Bruker-axs，法国布鲁克），付立叶红外光谱仪（NEXUS，美国Thermo Nicolet公司），扫描电子显微镜/能谱仪（S-4 800，日本Hitachi），比表面积检测仪（F-Sorb 2 400，北京金埃谱科技有限公司）；含介孔二氧化钛的羟基磷灰石复合材料和不含二氧化钛的羟基磷灰石材料均为自制。

1.2 样品的制备和表征：采用化学沉淀法［3］合成，将15 ml钛酸四正丁酯（TBOT）、6 ml乙酰丙酮（ACAC）及3.14 mg硬脂酸混合搅拌30 min，缓慢分散到40 ml去离子水中，持续搅拌30 min，形成乳黄色分散体系。该分散体系然后被等量转移到3个容积为25 ml的聚四氟乙烯反应釜中，于120℃的条件下水热反应12 h，再用蒸馏水离心洗涤。最后将产品于烘箱中80℃条件下干燥6 h得到介孔二氧化钛复合羟基磷灰石材料（TiO2-HAP），对制得的样品进行X射线衍射仪和红外光谱物相分析。

1.3 扫描电镜（Scanning electron mcroscope，SEM）观察：收集正畸拔除的离体前磨牙40颗，垂直于牙体长轴在距釉质牙骨质界根方约2 mm处切除牙根，冠方完全去除咬合面牙釉质，显露牙本质，用碳化硅水砂纸逐级打磨牙本质表面，预备成3 mm×3 mm×2 mm标准粘接面，超声清洗10 min。将牙齿表面吹干，分为4组，每组10个样本。分别涂布Gluma，纳米羟基磷灰石，介孔二氧化钛羟基磷灰石，以及空白对照（未做任何表面处理），人工唾液浸泡1周后离子溅射仪喷金镀膜，置于扫描电镜下观察其封闭牙本质小管的效果。将上述制备的样本劈开，暴露牙本质小管纵剖面，离子溅射仪喷金镀膜，观察封闭物渗透情况。

1.4 比表面积测定：因氮分子直径很小，本实验采用氮气吸附法［4］使用F-Sorb 2 400表面积分析仪测定HAP和TiO2-HAP的比表面积和总孔体积，排气温度为120℃，脱气时间为45 min。

2  结果

2.1 牙本质表面形貌分析：A组（空白对照组）可见牙本质小管口开放，开口呈直径为1～5 μm的椭圆形；B组（Gluma组）牙本质小管口大部分被堵塞，小管口的直径较空白组明显缩小，表面比较光滑；C组（HAp组）可见大部分牙本质小管被一层白色物质封闭，白色物质与牙本质小管之间有缝隙，部分牙本质小管封闭效果较差；D组（TiO2-HAP组）可见牙本质小管基本被白色物质所封闭，白色物质分布也较均匀。见图1。

2.2 牙本质剖面形貌分析：A组可见牙本质小管呈线条状排列，小管开口处未见实质性物质，管壁光滑；B组牙本质小管横断面开口处被白色物质堵塞，牙本质小管内见堵塞物，深度平均约为12 μm；C组见牙本质小管横断面开口处被白色物质堵塞，堵塞物渗入牙本质小管的深度平均约为15 μm；D组阻塞物平均深入约24μm，晶体沿牙本质小管轴向生长。见图2。

2.3 牙本质表面能分析：图3A中实线1 042 cm-1、610 cm-1、565 cm-1处的红外吸收，与图3B所示羟基磷灰石的标准谱图一致[5]，其中610 cm-1与565 cm-1处的吸收峰，明显是叠加在500～700 cm-1处的包络峰之上，这说明试样中既含有羟基磷灰石，也含有TiO2，是二氧化钛和羟基磷灰石的复合物。

2.4 介孔二氧化钛羟基磷灰石复合材料的孔隙率测试：表1结果显示，介孔二氧化钛羟基磷灰石的比表面积及总孔面积明显大于纯羟基磷灰石。图4为采用BJH方法获得的纳米羟基磷灰石孔径分布曲线，从图4A可知，纳米羟基磷灰石体积-孔径分布在0～30 nm范围内，从图4B可知，介孔二氧化鈦复合纳米羟基磷灰石孔径分布范围为0～50 nm，孔径分布范围有所增加。

3  讨论

在口腔冠桥修复的过程中如果对活髓牙进行牙体预备，可能会导致基牙牙本质敏感[1]。目前，封闭牙本质小管方法主要有无机材料诱导牙本质再矿化、粘接剂粘接覆盖等，可在短时间内起到机械堵塞作用，但也存在各自的缺点。无机材料（如氟化物、磷灰石等）能诱导牙本质表面形成矿化晶体，沉积并封闭牙本质小管表面孔隙，但由于唾液冲刷和温度变化，经过一段时间后晶体趋于溶解，牙本质小管再次开放，导致长期封闭效果不佳[6]；树脂类粘接剂由于牙本质有机成分降解等原因，其治疗牙本质敏感的长期效果亦不理想[7]。由此可见目前临床所使用的牙本质脱敏材料很难彻底治愈牙本质敏感症。羟基磷灰石（Hydroxyapitite，HAp）是构成骨骼和牙齿的主要成分，人工合成的羟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键合，已被广泛应用于整形外科的骨缺损修复以及口腔种植领域[2]，但通常人工制备得到的羟基磷灰石具有陶瓷材料的脆性，导致稳定性不佳，容易碎裂等缺点。Shang SQ等[8]的研究表明介孔状态的二氧化钛可以有效地在材料表面形成化学屏障，既可以阻止细菌生长，又可以诱导骨组织在材料表面沉积。生物活性材料的孔隙率是再矿化的重要前提之一，孔隙率过大会影响材料的黏附性能，孔隙率太小又会影响矿化效果。为此，本实验所制备具有高孔隙率的介孔二氧化钛羟基磷灰石具有良好的吸附能力和渗透性。

牙釉质总是处于脱矿和再矿化之间的平衡状态，一旦被物理或者化学方式破坏，这一平衡将打破并最终导致早期龋齿的形成[9]，再矿化后离体牙本质表面扫描电镜可以看出，空白组靠人工唾液再矿化仅对釉柱表面有一定的修复作用，大量釉柱间隙未见改善。Gluma组牙本质被小管口大部分被堵塞，小管口的直径较空白组明显缩小，表面比较光滑，说明再矿化形成的晶体与牙釉质表面之间的结合力不够强，甚至可在超声处理后这些晶体被全部剥离。HAP主要利用纳米颗粒的吸附特性来填充牙釉质表面的空腔，因此只能在釉质表面形成不紧密的矿化层，HAp组可见大部分牙本质小管被封闭，但是封闭物质与牙本质小管之间有缝隙，导致敏感复发。TiO2-HAP组可见几乎所有的牙本质小管被封闭，封闭物质分布也较均匀。可以看出，超声去除花状晶体后，TiO2-HAP仍然使脱矿釉柱间隙得到了良好的修复。TiO2-HAP复合材料中含有大量的介孔二氧化钛片层，可在牙釉质表面过度形核，晶体形核长大的过程中，其表面又不断形成新的形核位点。这些新的形核不断吸附人工唾液中的钙磷离子，呈辐射状外延生长，最终生成如图1D所示的花状晶体。再矿化后离体牙本质剖面扫描电镜照片组显示TiO2-HAP阻塞物深入深度约为15 μm，有序排列的晶体沿牙本质小管轴向生长，因此，TiO2-HAP复合材料中所含的带负电介孔二氧化钛片层，可以通过静电吸附与带正电的羟基磷灰石结合，增加TiO2-HAP复合材料颗粒在脱矿区域的取向排列和吸附结合力[10]。同时，介孔二氧化钛上的含氧官能团可以有效地从人工唾液中吸引Ca2+和PO3-4离子。该过程印证了再矿化溶液中已存在的羟基磷灰石晶体可以较容易地吸附至牙本质表面[11]，复合材料中的钙和磷会游离出材料的表面作为再矿化的原料被机体利用，两者同时交互作用使牙本质缺损得到了良好修复[12]。图3红外光谱分析说明试样中既含有羟基磷灰石，也含有二氧化钛。

影响羟基磷灰石的比表面积主要是总孔体积或晶体的尺寸，总孔体积为在一个预定的孔径范围的孔体积，可以从吸附或脱附曲线来确定[13]。采用BJH方法获得的纳米羟基磷灰石孔径分布曲线，纳米羟基磷灰石体积-孔径分布在0～30 nm范围内（见图4A），介孔二氧化钛复合纳米羟基磷灰石孔径分布范围为0～50 nm（见图4B），孔径分布范围有所增加。比表面积测试结果纯的HAP为74，TiO2/HAP为128，具有微孔结构和较大的比表面积，有利于生物组织的附着。在过去几年的研究中主要的尝试不仅是控制HAp粉末形状还包括晶体粒度，粒度分布，孔隙度，和结晶度等，因为他们对机械性能和生物活性具有很大的影响[14]。本实验的介孔二氧化钛羟基磷灰石，介孔引起晶格畸变，结晶程度变差，粒径变小，比表面积增大，由于纳米微粒的独特结构状态，促使其在牙本质表面可以迅速凝集结晶，从而使纳米材料表现出吸附、催化以及生物活性等特殊功能，使纳米材料呈现出无限广阔的应用前景[15]。当羟基磷灰石的结构达到纳米级时将表现出一系列的独特性能，如具有较高的降解性和可吸收性[16]，但是本实验为体外实验，并未对粘接剂和微渗漏等影响后期修复的关键因素做进一步实验，需要在未来深入研究。

本实验尝试采用介孔二氧化钛复合的羟基磷灰石封闭离体牙本质表面的微孔，电镜及孔隙率检测均表明介孔二氧化钛羟基磷灰石复合物具有良好的封闭效果，以及较高的孔隙率及表面能，可以尝试作为一种新型的脱敏材料应用于临床。

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[收稿日期]2022-06-22

本文引用格式：黃梅娥，黄恩琪，李梦，等.介孔二氧化钛复合材料封闭离体牙本质小管的效果观察[J].中国美容医学，2023，32（8）：21-24.