纳米氧化锌对热凝基托树脂抗菌性及机械性能的影响

曹香林，张宏伟，赵晶晶，肖 月

(佳木斯大学附属第二医院，黑龙江 佳木斯 154002)



纳米氧化锌对热凝基托树脂抗菌性及机械性能的影响

曹香林，张宏伟，赵晶晶，肖 月

(佳木斯大学附属第二医院，黑龙江 佳木斯 154002)

目的：探讨以纳米氧化锌为填料的的树脂基托对变形性链球菌的抗菌作用，以及研究纳米氧化锌对热凝基托树脂机械性能中挠曲强度的影响。方法：①分别配置成浓度10mg/mL，5mg/mL，2.5mg/mL，1.25mg/mL,0.625mg/mL,0.3125mg/mL,0.15625mg/mL,0.078125mg/mL,0.039mg/mL的纳米氧化锌悬浊液，加入菌悬液后，放置于恒温箱中37℃下培养，在24h后仔细观察细菌的菌落生长状态及多少。 ②将纳米氧化锌作为填料加入基托树脂中，制作出抗菌剂含量分别为0%，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%的实验试件,染菌，恒温箱37℃下培养24h，观察平板培养皿中菌落生长情况。 ③将纳米氧化锌作为填料加入基托树脂中，试件中纳米氧化锌的浓度分别为0%，1%，3%， 5%，测试其挠曲强度。结果：分析实验数据可知，随着纳米氧化锌浓度的提高，对变形性链球菌的抑制作用逐渐增强(P<0.05)，但浓度为0.4%时达到饱和状态，而机械强度在3%时达到最好，随后逐步下降(P<0.05)。结论：对变形性链球菌的抑制作用是随着纳米氧化锌浓度的提高而逐渐增强，且热凝树脂的机械性能也有所提高。

纳米氧化锌； 变形性链球菌； 基托树脂； 抗菌率； 挠曲强度

临床工作中，可摘活动义齿，全口义齿，重衬义齿等，最广泛应用的材料便是甲基丙烯酸甲酯。由于其表面结构的疏松多孔等理化特性，故极易吸附菌斑，影响口腔菌群及口腔的自洁性。在临床研究中发现；变形链球菌则占链球菌的最大比例[1]，这也是其被认为公认的致龋菌的原因。在临床工作中，为了保证临床效果，维护口腔中的微生态平衡，常在口腔材料中加入无毒耐热长效的抗菌材料[2]。

在三维空间中，至少其中有一维由纳米尺度范围的物质为基本结构单元或者纳米尺度范围所构成的，且晶粒和晶界等显微构造都达到纳米尺度(<100nm)的材料,就是人们常说的纳米材料。并且纳米结构对复合材料具有一定影响。而被美国食品食品药品管理中心列为“一般安全”的五种锌的氧化物之一[3]的氧化锌因具有良好的相容性，并且得到人们广泛的认可。经过大量的实验证明纳米氧化锌有非常明显的杀菌效果，且其杀菌效果是随着纳米氧化锌浓度的升高而不断增强.就抗菌性方面而言，虽然普通氧化锌也具有抗菌效果，但普通氧化锌与纳米氧化锌相比的抗菌性明显降低。

而本文着重利用纳米氧化锌的抗菌作用和纳米结构对复合材料的影响，研究其添加到基托树脂后，对变形链球菌的抗菌效果，及对基托树脂的机械性能的影响。

1 材料及方法

1.1 仪器和材料

1.1.1 仪器

WMZK-02 型电热恒温培养箱， MLS-3751L-PC 高温蒸气灭菌器(松下健康医疗器械株式会社)， UV-4802H 型紫外可见分光光度计(尤尼科上海仪器有限公司)，SZ-97 自动三重纯水蒸馏器(上海亚荣生化仪器厂)， 游标卡尺，电子千分尺，水砂纸，接种环，试管，镊子，酒精灯。

1.1.2 材料

日进义齿基托聚合物Ⅱ型粉剂(仿生型)、液体(日进齿科材料有限公司)，变形链球菌(ATCC25175)(中国科学院菌种保藏中心)， 纳米氧化锌(四川锌鸿科技有限公司)，BHI培养基(广东环凯微生物科技有限公司)，聚乙烯薄膜。

1.2 方法

1.2.1 抗菌性实验

1.2.1.1 标准菌液制取

变形链球菌菌种活化，取新鲜细菌培养物用无菌接种环接种1～2环菌，菌液稀释成标准菌液(分光光度计测 OD 值)，然后稀释为(1～3)×105cfu/mL的浓度菌悬液以备实验之用。

1.2.1.2 试件制备

将纳米氧化锌按照一定的比例加入牙托粉中，置实验所需的抗菌剂浓度分别为 0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%的母粉。根据国家标准，制作(50±2)mm×(50±2)mm、厚度(2±0.5)mm的试件。聚乙烯薄膜尺寸为(40±2)mm×(40±2)mm、厚度为 0.1mm。在实验之前，用消毒无菌去离子水对其表面进行冲洗，干燥后备用。

1.2.1.3 最小杀菌浓度测试

纳米氧化锌配置，将纳米氧化锌粉在 120℃的烘箱里烘烤 24h 使其干燥。取无菌生理盐水将纳米氧化锌粉末配置成浓度为 40mg/mL 的抗菌液备用。 按照标准的实验方法操作后，观察培养平板，若无细菌生长的平板，最小杀菌浓度(MBC)为该平板对应的的抗菌液浓度。

重复3次以上实验步骤，计算数值。观察实验结果

1.2.1.4 抗菌率的检测

试件的对照组和实验组表面滴加100μL的菌悬液，经一系列步骤得到冲洗液，取冲洗液接种于琼

脂平板上，计算各组样品中的菌落回收数。重复3次以上实验步骤，计算数值。参照国家标准抗菌率计算公式，计算抗菌率：

R(%)=(B-C)/B×100%

1.2.2 机械性能测试

1.2.2.1 挠曲强度

a.每组制作尺寸为2mm×2mm×25mm的试件6个。为减少误差，测量试件尺长宽高。

b.用 压头半径2.0mm，跨距 L为20mm，测试速度1mm/min，传感器量程10kN，的万能试验机，在条件为相对湿度50%，室温22℃下进行挠曲强度测试。按下式计算:FS= 3FL /2WH2。

1.3 统计学方法

采用SPSS11.5 软件在 α=0.05 的条件下，进行方差分析。

2 结果

2.1 最小杀菌浓度的测定

纳米氧化锌的最小杀菌强度为0.3125mg/mL,见表1。

表1 变形链球菌在不同浓度纳米氧化锌无机抗菌液中培养1天的生长情况(mg/mL)

“+”表示有细菌生长，“-”表示无细菌生长;“阴”对照组： 加入1mL 0.039mg/ml浓度的抗菌液，不加菌液;“阳”对照组：加入1mL生理盐水，再加入1mL菌液，不加抗菌液

2.2 热凝树脂的抗菌率的测定

在0.05%,0.1%,0.2%,0.3%四种浓度下，加入纳米氧化锌的实验组的抗菌率与对照组存在明显差异且随着纳米氧化锌的增加，试件的抗菌能力明显提高，在0.4%时达到饱和状态。见表2。

表2 加入不同质量的纳米氧化锌抗菌剂后，热凝树脂的抗菌率测定(%)

2.3 机械性能的测试

按α=0.05，使用SPSS17.0(汉化)统计学软件进行单因素方差分析。结果显示：挠曲强度随着抗菌剂的增加树脂呈现先增高后降低的趋势，当达到3%时增加最为明显均(P<0.01)，而后逐渐降低。但5%时也明显高于对照组(P<0.05)。见表3。

表3 加入不同质量的纳米氧化锌抗菌剂后热凝树脂的挠曲强度

3 讨论

口腔热凝树脂作为临床修复中常见的修复材料，可用于牙列缺失，牙列缺损等修复中，而其容易致细菌附着产生继发龋，机械性能下降，影响临床效果。前期实验证明，添加纳米氧化锌抗菌剂的热凝树脂具有较强的抗菌作用(P<0.05)，但到一定浓度后达到饱和状态。而机械性能也有一定的程度的增强，超过一定量时机械强度显著下降(P<0.05)。关于抗菌性方面,由于纳米氧化锌对革兰氏阴性菌和阳性菌都具有不同程度的抗菌效果，那么对于纳米氧化锌的抗菌机制有以下几种的观点进行阐述: ① 纳米氧化锌游离Zn2+的释放; ② 菌体表面和纳米氧化锌粒子之间的相互作用; ③ 活性氧自由基的产生[4]。无机纳米复合材料表征也与抗菌性能存在一定影响[5]。还有，学者认为，纳米氧化锌粒子具有抗菌效果也是由纳米颗粒表面的粗糙从而引起细菌的机械损伤。纳米氧化锌作为一种新型的抗菌剂，具有多功能环境友好型的特点。究其原因是由于其晶粒的细微化，纳米氧化锌的晶粒表面晶体结构和电子结构发生了改变，从而产生了宏观隧道效应，量子尺寸效应，表面效应和体积效应等是宏观物体所不具备的性质。 关于对基托树脂的机械性能的影响，添纳米氧化锌能增强复合树脂机械强度的可能有以下几个方面原因；1)添加纳米氧化锌有效的的增加了树脂中无机填料的含量，提高了树脂的硬度和耐磨性。2)纳米氧化锌的增强效应体现在可使基质材料产生传递效应、拔出效应、微裂效应、搭桥效应和负荷裂纹偏转效应等。3)添加纳米氧化锌后，树脂的吸附能量和消除应力的能力提高，脆性下降，从而能使有裂纹的扩展和延伸得到制止，尤其是裂纹方面，当应力受阻产生变向和偏移，从而迁移向侧向柔性分子链，继而延长了裂纹的行程，并且每条裂纹的形成都可以吸附一定能量，最终有效地增强了树脂材料的韧性。在当今生活中，纳米氧化锌在众多的领域都有着独特的优势。纳米氧化锌与普通纳米氧化锌相比，其具有的特殊性和用途将会给人类的健康和医疗生活带来巨大的改变和贡献是无法比拟的。

[1]Sudhir R,Praveen P,Anantharaj A,et al. Assessment of the effect of probiotic curd consumption on salivary pH and streptococcus mutans counts [J], Niger Med J, 2012,53(3):135-139

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The study on nanometer zinc oxide antibacterial properties and mechanical properties of denture base resin

CAOXiang-lin,ZHAOJing-jing,XIAOYue

(The Second Affiliated Hospital of Jiamusi University, Jiamusi 154002, Heilongjiang, China)

Objective: To discuss the antibacterial effect of resin base for deformation streptococcus which is filled with nano zinc oxide; and to research the influence of nano zinc oxide on the flexural strength of the mechanical properties of denture base resin. Method: ①The nano zinc oxide suspension were configured with the concentrations of 20mg/mL, 10mg/mL, 5mg/mL, 2.5mg/mL,……0.039mg/mL. Bacterial suspension is added and cultivated in the incubator at 37 degrees. After 24hours, the bacterial colony growth state and numbers were carefully observed. ②The nano zinc oxide as a filler was added into the denture base resin, to produce the experimental specimens with antibacterial agent content 0%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% , and the experimental specimens deal with contaminations. The petri dish were cultured into 37 degrees temperature box. After 24 hours, the colony condition was observed. ③The nano zinc oxide as a filler was added into the denture base resin. The concentration of nano zinc oxide were 0%, 1%, 3%, 5%, and the flexural strength was then tested. Results: The experimental data was showed that with the increasing of nano zinc oxide concentration, the inhibitory effect of the strain of streptococcus increases gradually(P<0.05),but the concentration of 0.4% reached saturation state. While the mechanical strength reach the 3% concentration at the best, then followed a gradual decline(P<0.05). Conclusion: The inhibitory effect of streptococcus strain is gradually improved with the increase of the concentration of nano zinc oxide, and the mechanical properties of the thermoplastic resin is also improved.

nano zinc oxide; streptococcus strain; denture base resin; antibacterial rate; flexural strength

曹香林(1979～)女，黑龙江鸡西人，硕士，主治医师。

肖月(1962～)男，黑龙江佳木斯人，本科，主任医师，教授。E-mail:caoxianglingkq@163.com。

R783.1

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1008-0104(2016)06-0091-03

2016-03-14)