论文部分内容阅读
目的：
随着经济的发展，人们对口腔健康也越加重视。龋病发病率高，不仅会造成牙体缺损，还会继发牙髓、根尖组织疾病，影响生活和颌面发育，甚至影响全身健康。根据第四次全国口腔健康流行病学调查报告数据显示，龋病的预防与治疗对于我国公共卫生领域仍然是一个巨大的难题。目前我国龋病的治疗方法主要是树脂充填，但单纯的充填不能去除龋病病因，而且微渗漏等问题会引发一系列并发症，如继发龋，牙髓疾病等。对于龋病的预防，目前最常用的预防的方法有氟化物防龋，菌斑控制，药物治疗等，然而这些方法都有一定的局限性，目前还没有哪一种方法或材料能明确有效地从根本上预防龋病。因此，如何简单，高效地防龋在龋病预防研究中具有重要意义。研究表明，在龋病预防中，最关键的是控制牙齿表面微生物膜的形成。超疏水表面材料由于其固体润湿性、自清洁及抗细菌和蛋白黏附作用备受研究者关注，而超疏水材料在口腔抗菌方面的研究较少，能够简易方便喷涂于牙面的超疏水纳米材料进而防止细菌粘附的研究尚未见报道。本实验旨在用溶胶凝胶法制备超疏水凝胶涂层，可直接喷涂于牙齿表面，涂层有自清洁及低粘附性能，且涂层中的聚多巴胺能将涂层与牙釉质表面紧密结合，兼具表面疏水性能与基体粘附性能，为进一步探索超疏水纳米材料应用于预防龋病提供理论基础。
方法：
通过溶胶凝胶法，将四乙氧基硅烷（Tetraethyl orthosilicate,TEOS）作为前驱体水解缩聚反应，引入多巴胺（Dopamine,DA），六甲基二硅烷（Hexamethyldisilane,HMDS）制备三甲基硅基改性多巴胺-硅凝胶（DA–silica trimethylsilyl modified,DSTM）。制备4mm×4mm×2mm牛牙釉质块若干，随机分为两组：实验组DSTM涂布应用，对照组去离子水处理。根据接触角大小评价涂层超疏水效果。X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）和傅立叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR）对牙面DSTM涂层成分进行分析，用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）观察该涂层表面精细微观结构形态。人牙髓细胞CCK-8比色法细胞毒性实验，进行生物安全性评价。为了评价该涂层在口腔环境中的疏水稳定性，将涂层处理过的釉质块分别置入37℃人工唾液中浸泡2h，4h，6h，10h，12h，然后观察其接触角和表面微观结构变化。
结果：
1.接触角测量结果：未经处理的牙片表面接触角为60.2±4.56°，经DSTM喷涂的牙片接触角为153.88±2.81°，（P＜0.05）。
2.SEM结果：低倍扫描图像（×2000）显示：未经处理的牙釉质表面清晰地显现出由于使用砂纸打磨而产生的划痕，与未处理表面相比，DSTM凝胶纳米涂层在表面上形成了大量的粗糙状物质。高倍镜扫描图像显示涂层中存在多尺度乳突状结构，二氧化硅胶体颗粒排列不整齐，纳米级的二氧化硅胶体颗粒通过薄层的聚多巴胺（PDA）连接为不规则的球体形成三维纳米网状结构。
3.XPS结果：主要化学元素为C、O、N、Si，涂层的表面O1s、C1s、Si2s和Si2p。其中电子结合能284.8eV处对应C1s的位移峰，说明了C-C键和C=N键的存在。在电子结合能532eV出现O1s的位移峰，Si2s和Si2p的位移峰在105.8eV、155.1eV分别对应Si-O键、Si-Si键，Si:O比为1:2。因涂层中N的含量较低，只在401.6eV观测到N1s的弱峰，这一现象表明牙釉质表面已成功被PDA复合物涂层覆盖。
4.FT-IR结果：Si-(CH3)3中的Si-C和甲基中-C-H键的伸缩和弯曲振动峰分别在2974cm-1、1265cm-1和757cm-1附近的吸收峰出现。在1080cm-1、869cm-1和470cm-1处的对应Si-O-Si键的弯曲振动和伸缩特征吸收峰表明涂层内形成的三维纳米网络结构以Si-O-Si为骨架。而2924cm-1，2849cm-1的特征峰分别来自-CH2和-CH3的伸缩振动，意味着HDMS烷基链组分已成功地在涂层制备中发生官能化。PDA苯环C=C的特征峰在1400-1600cm-1，在1656cm-1处出现-N-H的特征峰波段，证明纳米SiO2溶胶和六甲基二硅烷（HMDS）及多巴胺发生反应，成功制备超疏水涂层。
5.CCK-8细胞毒性实验结果：在24h，48h和72h的吸光度检测值中，实验组和对照组的CCK-8吸光度值均占空白组90%以上。
6.涂层稳定性实验结果：样品在37℃人工唾液中浸泡2h，4h，6h，10h，12h后，涂层对水的静态接触角值分别为153.3±1.15°，153.3±2.54°，152.0±2.45°，151.1±1.64°，150.5±1.83°，149.4±2.43°。牙片表面涂层的接触角随着在唾液中浸泡时间的延长逐渐减小，在浸泡12h后，该涂层的接触角仍然保持在150°左右，表明涂层并未丧失超疏水性能。SEM结果显示：低倍数图像（×2000）中人工唾液浸泡后涂层表面粗糙状物质沉积不如未浸泡的涂层致密，但高倍镜图像（×100000）中其微孔和纳米结构等微观形貌未发生明显变化。
结论：
1.本试验通过两步法，即多巴胺-硅溶胶的制备和六甲基二硅烷甲基改性接枝反应，成功制备了超疏水凝胶纳米涂层，表面水接触角达153.88±2.81°，表现出超疏水性能。
2.细胞毒性实验表明DSTM超疏水涂层材料具有良好的生物安全性，符合临床使用的要求。
3.DSTM凝胶纳米涂层在37℃人工唾液中浸泡12h后，接触角仍保持在150°，且其表面的纳米粗糙结构未发生明显变化，该涂层仍然具备超疏水性能，表明该涂层在口腔静止环境12h内具备一定稳定性。
随着经济的发展，人们对口腔健康也越加重视。龋病发病率高，不仅会造成牙体缺损，还会继发牙髓、根尖组织疾病，影响生活和颌面发育，甚至影响全身健康。根据第四次全国口腔健康流行病学调查报告数据显示，龋病的预防与治疗对于我国公共卫生领域仍然是一个巨大的难题。目前我国龋病的治疗方法主要是树脂充填，但单纯的充填不能去除龋病病因，而且微渗漏等问题会引发一系列并发症，如继发龋，牙髓疾病等。对于龋病的预防，目前最常用的预防的方法有氟化物防龋，菌斑控制，药物治疗等，然而这些方法都有一定的局限性，目前还没有哪一种方法或材料能明确有效地从根本上预防龋病。因此，如何简单，高效地防龋在龋病预防研究中具有重要意义。研究表明，在龋病预防中，最关键的是控制牙齿表面微生物膜的形成。超疏水表面材料由于其固体润湿性、自清洁及抗细菌和蛋白黏附作用备受研究者关注，而超疏水材料在口腔抗菌方面的研究较少，能够简易方便喷涂于牙面的超疏水纳米材料进而防止细菌粘附的研究尚未见报道。本实验旨在用溶胶凝胶法制备超疏水凝胶涂层，可直接喷涂于牙齿表面，涂层有自清洁及低粘附性能，且涂层中的聚多巴胺能将涂层与牙釉质表面紧密结合，兼具表面疏水性能与基体粘附性能，为进一步探索超疏水纳米材料应用于预防龋病提供理论基础。
方法：
通过溶胶凝胶法，将四乙氧基硅烷（Tetraethyl orthosilicate,TEOS）作为前驱体水解缩聚反应，引入多巴胺（Dopamine,DA），六甲基二硅烷（Hexamethyldisilane,HMDS）制备三甲基硅基改性多巴胺-硅凝胶（DA–silica trimethylsilyl modified,DSTM）。制备4mm×4mm×2mm牛牙釉质块若干，随机分为两组：实验组DSTM涂布应用，对照组去离子水处理。根据接触角大小评价涂层超疏水效果。X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）和傅立叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR）对牙面DSTM涂层成分进行分析，用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）观察该涂层表面精细微观结构形态。人牙髓细胞CCK-8比色法细胞毒性实验，进行生物安全性评价。为了评价该涂层在口腔环境中的疏水稳定性，将涂层处理过的釉质块分别置入37℃人工唾液中浸泡2h，4h，6h，10h，12h，然后观察其接触角和表面微观结构变化。
结果：
1.接触角测量结果：未经处理的牙片表面接触角为60.2±4.56°，经DSTM喷涂的牙片接触角为153.88±2.81°，（P＜0.05）。
2.SEM结果：低倍扫描图像（×2000）显示：未经处理的牙釉质表面清晰地显现出由于使用砂纸打磨而产生的划痕，与未处理表面相比，DSTM凝胶纳米涂层在表面上形成了大量的粗糙状物质。高倍镜扫描图像显示涂层中存在多尺度乳突状结构，二氧化硅胶体颗粒排列不整齐，纳米级的二氧化硅胶体颗粒通过薄层的聚多巴胺（PDA）连接为不规则的球体形成三维纳米网状结构。
3.XPS结果：主要化学元素为C、O、N、Si，涂层的表面O1s、C1s、Si2s和Si2p。其中电子结合能284.8eV处对应C1s的位移峰，说明了C-C键和C=N键的存在。在电子结合能532eV出现O1s的位移峰，Si2s和Si2p的位移峰在105.8eV、155.1eV分别对应Si-O键、Si-Si键，Si:O比为1:2。因涂层中N的含量较低，只在401.6eV观测到N1s的弱峰，这一现象表明牙釉质表面已成功被PDA复合物涂层覆盖。
4.FT-IR结果：Si-(CH3)3中的Si-C和甲基中-C-H键的伸缩和弯曲振动峰分别在2974cm-1、1265cm-1和757cm-1附近的吸收峰出现。在1080cm-1、869cm-1和470cm-1处的对应Si-O-Si键的弯曲振动和伸缩特征吸收峰表明涂层内形成的三维纳米网络结构以Si-O-Si为骨架。而2924cm-1，2849cm-1的特征峰分别来自-CH2和-CH3的伸缩振动，意味着HDMS烷基链组分已成功地在涂层制备中发生官能化。PDA苯环C=C的特征峰在1400-1600cm-1，在1656cm-1处出现-N-H的特征峰波段，证明纳米SiO2溶胶和六甲基二硅烷（HMDS）及多巴胺发生反应，成功制备超疏水涂层。
5.CCK-8细胞毒性实验结果：在24h，48h和72h的吸光度检测值中，实验组和对照组的CCK-8吸光度值均占空白组90%以上。
6.涂层稳定性实验结果：样品在37℃人工唾液中浸泡2h，4h，6h，10h，12h后，涂层对水的静态接触角值分别为153.3±1.15°，153.3±2.54°，152.0±2.45°，151.1±1.64°，150.5±1.83°，149.4±2.43°。牙片表面涂层的接触角随着在唾液中浸泡时间的延长逐渐减小，在浸泡12h后，该涂层的接触角仍然保持在150°左右，表明涂层并未丧失超疏水性能。SEM结果显示：低倍数图像（×2000）中人工唾液浸泡后涂层表面粗糙状物质沉积不如未浸泡的涂层致密，但高倍镜图像（×100000）中其微孔和纳米结构等微观形貌未发生明显变化。
结论：
1.本试验通过两步法，即多巴胺-硅溶胶的制备和六甲基二硅烷甲基改性接枝反应，成功制备了超疏水凝胶纳米涂层，表面水接触角达153.88±2.81°，表现出超疏水性能。
2.细胞毒性实验表明DSTM超疏水涂层材料具有良好的生物安全性，符合临床使用的要求。
3.DSTM凝胶纳米涂层在37℃人工唾液中浸泡12h后，接触角仍保持在150°，且其表面的纳米粗糙结构未发生明显变化，该涂层仍然具备超疏水性能，表明该涂层在口腔静止环境12h内具备一定稳定性。