生物活性玻璃封闭牙本质小管的体外研究

岳阳丽，马贵霞，陈艺鑫，刘翠丽

(郑州大学第一附属医院 牙体牙髓科，河南 郑州 450052)

牙本质敏感症在临床上较为常见，目前的抗敏治疗方法主要是在牙本质小管中形成沉淀和降低神经传导性两个途径[1]。生物活性玻璃(bioactive glass，BG)是一种近年来被用于多种医疗领域的磷硅酸盐类物质，所含的SiO2、Na2O、CaO、P2O5等成分在遇到体液环境时能游离出钙、磷离子，这些游离离子会沉积在牙本质表面形成羟基磷灰石，造成牙本质小管的阻塞而用于治疗牙本质敏感[2-3]。此前的研究大多集中于BG与其他不同类型的脱敏材料比较，较少对不同种类BG作用效果进行对比。本实验选择了均属于45S5型的奥敏清和BioMinF两种BG，在体外通过扫描电镜对其牙本质小管封闭效果进行评价，并对BG作用后的样本进行酸蚀和磨损处理，比较其对牙本质小管阻塞作用的影响。

1 材料与方法

1.1 主要材料和仪器BioMinF粉末(直径10～20 μm，BioMin技术有限公司，英国)；奥敏清粉末(直径10～20 μm，北京大清生物有限公司，中国)；氯铵T(分析纯，天津市光复精细化工研究所)；柠檬酸(天津博迪化工股份有限公司)；砂纸(德国勇士)；毛刷(大号，TPC，东莞立港医疗器械有限公司)；恒温水浴箱(SHH.W21 Cr.600，北京长安科学仪器厂)；扫描电子显微镜(QuantaTM250 FEG，捷克)；离子溅射仪(Ted Pella 108 Auto，美国)；电动牙刷(Oral-B D12.013)。

1.2 敏感牙本质模型的制备实验所需的90颗磨牙来自郑州大学第一附属医院牙槽外科拔除的完整阻生智齿，无龋坏及裂纹，附着的软组织和牙石刮除干净，4 ℃氯铵T溶液中浸泡保存，时间<120 d。在距离釉牙骨质界上方1 mm处先用金刚砂车针垂直于牙体长轴磨除釉质，然后在暴露的牙本质面根方3 mm处去除牙根，制备厚度为3 mm的牙本质盘90个。选用碳化硅砂纸逐级湿润打磨合面及牙髓面至1 000目，直至表面光滑平整。为辨别牙本质盘的合面，采用指甲油对髓腔侧进行标记，标记后的牙本质盘置于60 g·L-1柠檬酸溶液中浸泡2 min以去除玷污层。

1.3 实验分组与处理按随机数表法将90个样本依据不同的处理分为9组，每组10个样本，具体实验流程如图1。所有样本处理后均用去离子水冲洗30 s，然后浸入37 ℃人工唾液中保存，每2 d更换1次。涂擦BG和刷牙均固定在上午9点及下午5点各操作1次。磨损组使用电动牙刷以约1.5 N的压力在冠方牙本质表面刷牙处理，频率为7 600次·min-1，均由同一人操作，以保持力度手法一致。酸蚀组样本则于每日下午5点将样本浸入pH≈2.5的可口可乐饮料中5 min。各组处理后每组随机选取9个样本用于横剖面观察，另1个在牙本质盘两侧磨一导向沟劈开，用于纵剖面观察。

图1 实验流程

1.4 形态观察所有样本干燥，导电胶粘固，喷铂。扫描电镜(scanning electron microscope，SEM)观察牙本质横剖面和纵剖面形态。

1.5 牙本质小管暴露率的计算横剖面观察时每个样本随机选取1张，每组共9张图像，将图像导入Image-Pro Plus 6.0图像分析系统，定义其灰度值。用软件测出管口暴露部分总面积之和，该照片所有区域总面积之和，计算牙本质小管的暴露率[4]。纵剖面观察时从每组1个样本中随机选取4张图像测量小管内堵塞物的封闭深度。

2 结果

2.1 SEM观察

2.1.1两种BG横剖面扫描电镜观察形态 A1组只有少数牙本质小管堵塞，管口及管腔深处有不规则的沉积物，最小管径约为0.79 μm；B1组中多数牙本质小管出现阻塞，且管口多数完全封闭，开放的牙本质管口少见，最小管径约为0.59 μm。A2组、B2组的牙本质表面完全被堵塞，不能观察到牙本质小管结构。A3组又重新出现了开放的牙本质管口，牙本质小管基本完全封闭，最小管径约0.61 μm；B3组与BioMinF长效组表面形态相似，管口呈完全阻塞状态。A4组牙本质小管呈现部分开放状态，开放处最小管径约为0.80 μm；B4组重新看到了开放的呈弧形的牙本质小管口，且小管的管径明显增加，开放处最小管径约为0.48 μm，小于B1组。见图2。

注：A—A1组；B—B1组；C—A2组；D—B2组；E—A3组；F—B3组；G—A4组；H—B4组。

图2 奥敏清、BioMinF各亚组的牙本质横剖面形态(SEM，×8 000)

2.1.2两种BS纵剖面形态 A1组牙本质小管口表浅处可见疏松沉积物，深度可达1.36 μm，管腔深处无沉积物；B1组的管腔沉积物较为致密，且附着位置较深，可达管腔内7.62 μm，封闭物与管壁连接紧密。A2组的沉积物也位于管口附近，且与管壁无明显空隙，深度可达3.61 μm；B2组牙本质小管表面有一层较厚沉积物沉积于小管口，最深处可达11.76 μm。经过磨损作用后的A3组牙本质表面沉积物呈疏松的颗粒状，与管壁间存在大量散在间隙，最深处只有2.36 μm。经过磨损作用后的B3组的牙本质小管内堵塞物与周围管壁无间隙存在，附着致密，堵塞深度能达到6.72 μm。酸蚀作用后的A4组小管口部分开放，沉积物呈疏松颗粒状，沉积物最深处只有1.13 μm；酸蚀作用后的B4组与A4组的管腔沉积物形态相似，但沉积物最深处的深度可达5.20 μm。见图3。

注：A—A1组；B—B1组；C—A2组；D—B2组；E—A3组；F—B3组；G—A4组；H—B4组。

图3 奥敏清、BioMinF各亚组的牙本质纵剖面形态(SEM，×8 000)

2.1.3C组横剖面及纵剖面形态 横剖面可见牙本质表面清洁光滑，小管完全开放呈圆形，管径为2.80～4.14 μm。纵剖面可见小管平行排列，管内未见阻塞物。见图4。

注：A—C组横断面；B—C组纵剖面。

图4 C组牙本质横断面及纵剖面形态(SEM，×8 000、×10 000)

2.2 牙本质小管暴露率的结果分析各组样本的牙本质小管暴露率结果如表1所示，其中C组牙本质小管暴露率为(16.00±2.33)%，均大于A、B各亚组(P<0.05)。对A、B各对应亚组的小管暴露率进行成组t检验，结果显示A1>B1、A2>B2、A3>B3、A4>B4(P<0.01)；对同一种BG各亚组小管暴露率进行方差分析，结果显示组间总体差异有统计学意义(P<0.01)；LSD法两两比较结果显示A1>A2、A4>A2、A4>A3、B1>B2，差异有统计学意义(P<0.05)；A2与A3、B2与B3、B2与B4、B3与B4之间差异无统计学意义(均P>0.05)。

表1 样本分组及牙本质小管暴露率

3 讨论

敏感牙本质模型是体外筛选和测试脱敏剂的可靠模型，其建立是评价牙本质小管封闭效果的关键步骤。本实验在制备敏感牙本质模型时选用60 g·L-1的柠檬酸溶液去除玷污层，处理后牙本质表面清洁无碎屑，牙本质小管完全开放，与文献报道一致[5-6]。

奥敏清是一种45S5型BG，主要成分为磷硅酸盐，微粒直径小于20 μm，其与水和唾液接触后释放出Ca2+、PO34-、CO24-等离子，这些离子可与液体中的氢离子发生快速交换，在BG颗粒表面形成硅醇键，这些分子进一步聚合形成了二氧化硅富集层。由于该层隔绝了液体的影响，前述离子分子相互作用在其表面形成无定型磷酸钙盐层，进而促进了羟基磷灰石的结晶，这些结晶物可以阻塞于牙本质小管从而隔绝牙本质小管的刺激[7]。已有多个研究证实，奥敏清能显著缓解牙本质敏感症状[8-9]。BioMinF是一种新型45S5型含氟BG，主要成分为氟磷硅酸盐，其粉末中含有22.38%～23.63% Na2O，25.27%～27.16% CaO，9.77%～12.72% P2O5，36.1%～37.42% SiO2，2.03%～3.51% CaF2(均为质量分数)。添加的CaF2与液体反应时能以缓慢可控的速度释放氟离子，促进氟磷灰石的形成。氟磷灰石晶体较大，晶格更稳定，在酸中的溶解度低于羟基磷灰石。有研究证实含氟BG可以增强酸源性龋病釉质组织的抗酸能力[10]。

本实验中，A1组、B1组的牙本质小管暴露率均小于C组，表明奥敏清或BiominF均能达到有效封闭牙本质小管的作用。扫描电镜结果显示，A1组可见较多完全开放的小管，部分阻塞的小管也以开放为主，堵塞物呈颗粒状且与牙本质小管壁连接不紧密，有弧形孔隙存在。B1组仅见少量完全开放的牙本质小管，其余小管部分阻塞或完全阻塞，阻塞物质沿小管壁边界分布且与管壁连接较为紧密，管口直径明显缩小，B1组阻塞物到达的深度较A1组更深。牙本质小管暴露率A1>B1(P<0.01)，这提示即刻处理时BioMinF对牙本质小管的封闭效果优于奥敏清。A2组与B2组的横剖面形态相似，皆表现为完全阻塞的牙本质小管，但纵剖面显示B2组的阻塞深度大于A2组。牙本质小管暴露率A1>A2、B1>B2(P<0.05)，这提示随着作用时间的延长，两种BG的封闭效果更加显著。牙本质小管暴露率A2>B2(P<0.01)，这提示长效处理时BioMinF对牙本质的封闭效果仍优于奥敏清。A3组大部分小管仍被阻塞，仅少量牙本质管口可见微孔隙；B3组的牙本质小管仍处于完全堵塞状态，与B2组相似。牙本质小管暴露率A2组与A3组、B2组与B3组差异无统计学意义，表明正常的刷牙磨损并不能影响两种BG的封闭作用。A4组与A2组相比，表面形态变化明显，大部分牙本质管口开放，但管腔内部可见较疏松的片状阻塞物，纵剖面显示阻塞深度明显减小。牙本质小管暴露率A4>A2(P<0.05)，提示酸蚀2周会降低奥敏清对牙本质小管的封闭效果。B4组的形态较酸蚀前的B2组相比变化较小，仅部分牙本质管口出现了弧形裂隙。B4组的牙本质小管暴露率虽较B2组略有增加，但差异无统计学意义，表明酸蚀2周对BioMinF的封闭效果无影响。

综上所述，奥敏清与BioMinF两种BG均能显著降低牙本质小管的暴露率，有效封闭牙本质小管，且均具有较好的耐磨性；BioMinF在抗酸蚀方面性能更优异。