王婉蓉， 顧俊婷， 高鵬， 李婧， 萬美辰， 焦凱， 牛麗娜

1. 軍事口腔醫(yī)學(xué)國家重點實驗室，口腔疾病國家臨床醫(yī)學(xué)研究中心，陜西省口腔醫(yī)學(xué)重點實驗室，第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科，陜西 西安（710049）； 2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院口腔科，河南 新鄉(xiāng)（453003）

牙菌斑生物膜是由基質(zhì)包裹的黏附于牙面、牙間或修復(fù)體表面軟而未礦化的細(xì)菌性群體，是齲病、牙周炎等口腔疾病的主要致病因素。針對口腔感染性疾病，目前臨床上常用的治療措施為口服或局部使用抗生素。但由于牙菌斑結(jié)構(gòu)的特殊性以及越來越嚴(yán)重的細(xì)菌耐藥性，抗生素的使用效果大打折扣，因此許多新型抗菌材料成為研究的熱點，例如抗菌肽、納米抗菌材料等。其中，金屬及金屬氧化物納米粒子由于具有顆粒小，比表面積大的特點，具有更高的抗菌效能。此外，金屬及金屬氧化物納米粒子的抗菌作用具有多靶點特性，在改變細(xì)胞膜滲透性的同時，還可干擾含硫蛋白質(zhì)和含磷化合物（如DNA）的功能，細(xì)菌不易對其產(chǎn)生耐藥性［1］。因此，近年來被大量報道于改善現(xiàn)有口腔材料抗菌性能的研究中。本文擬就金屬及金屬氧化物納米粒子的抗菌機制，安全性及其在口腔疾病防治中的相關(guān)應(yīng)用研究進行綜述。

1 金屬及金屬氧化物納米粒子的抗菌機制

目前具有抗菌性能的金屬納米粒子多屬于密度大于4.5 g/cm3的金屬，且常為過渡金屬，例如銀、銅、鋅、金、鈦等。金屬及金屬氧化物納米粒子均有較強的抗菌性能，可能與納米粒子對細(xì)菌細(xì)胞膜的破壞、活性氧的產(chǎn)生及抑制細(xì)菌DNA 復(fù)制有關(guān)。其抗菌機制目前被認(rèn)為是：首先，納米粒子或其產(chǎn)生的帶正電荷的離子吸附于帶負(fù)電荷的細(xì)胞壁上，通過電荷作用破壞細(xì)胞壁的完整性，擾亂細(xì)胞膜的運輸功能；與此同時產(chǎn)生大量的氧自由基如OH-、O2-等，破壞細(xì)胞膜，破壞蛋白酶分子的空間構(gòu)象，嚴(yán)重干擾細(xì)胞代謝；隨后納米粒子可通過破損的細(xì)胞膜進入細(xì)菌內(nèi)，并與DNA 上的R?SH 基團結(jié)合，抑制細(xì)菌復(fù)制，同時影響三磷酸腺苷的生成，從而發(fā)揮抗菌作用［2］。

2 金屬及金屬氧化物納米粒子在口腔材料抗菌改性中的應(yīng)用

2.1 樹脂修復(fù)

復(fù)合樹脂因其良好的美學(xué)表現(xiàn)和機械性能，已成為齲齒治療時的常用材料。然而細(xì)菌易聚集于復(fù)合樹脂表面及邊緣處，常會導(dǎo)致繼發(fā)齲的發(fā)生。研究證實將金屬或金屬氧化物的納米粒子添加到復(fù)合樹脂材料中可顯著提高樹脂的抗菌性能［3?6］。不同種類的納米粒子對樹脂的抗菌改性效果有所不同。有研究比較了銀納米粒子與氧化鋅納米粒子對復(fù)合樹脂抗菌性能的改善效果，發(fā)現(xiàn)含氧化鋅納米粒子的復(fù)合樹脂對變形鏈球菌的抗菌效果明顯高于含銀納米粒子的樹脂材料［7］。在提高復(fù)合樹脂抗菌性能的同時，納米粒子的加入會影響其機械性能，且這種影響與納米粒子的濃度有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)向復(fù)合樹脂中混入0.3 wt%銀納米顆粒時，其壓縮強度高于常規(guī)樹脂。然而當(dāng)銀納米顆粒的濃度提升為0.6 wt%時，改性后樹脂的壓縮強度顯著低于常規(guī)樹脂［8］。提示在使用金屬及金屬氧化物納米粒子對復(fù)合樹脂進行改性時，需注意所添加粒子的濃度，以使所改性的復(fù)合樹脂同時具備良好的抗菌性能及機械性能。

金屬納米粒子也可與其它有機/無機抗菌材料聯(lián)合使用，用以提高復(fù)合樹脂的抗菌性能。例如，有學(xué)者研制出一種包含二甲基丙烯酸季銨鹽、銀納米粒子和無定形磷酸鈣納米粒子的抗菌復(fù)合樹脂，這種樹脂在具有良好抗菌性能的同時，還具備與商用復(fù)合樹脂相近的機械性能，且經(jīng)過12 個月的水老化處理后，其抗菌效果仍未見明顯下降［9］。值得注意的是，隨著納米粒子的加入，復(fù)合樹脂的美學(xué)性能和透光性均會受到影響，從而限制了其在臨床上的使用，所以如何在賦予復(fù)合樹脂抗菌性能的同時，不影響甚至是提高其綜合性能仍需要進一步的研究。

2.2 根管治療

牙髓炎及根尖周炎是口腔科常見的感染性疾病，治療的關(guān)鍵是徹底清除根管內(nèi)的細(xì)菌及感染物質(zhì)，但是根管解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得根管系統(tǒng)徹底的抗菌治療十分困難。由于金屬及金屬氧化物納米粒子具有廣譜且持久的抗菌效果，有研究將其加入根管治療材料中，以增強其抗菌性能。

根管沖洗是根管治療中非常重要的一步，目前臨床上常用的沖洗液為次氯酸鈉溶液，其對根管系統(tǒng)中的常見細(xì)菌糞腸桿菌有良好的抑菌效果。但由于次氯酸鈉有較大的細(xì)胞毒性，若操作者在沖洗時不小心，使次氯酸鈉溢出根管之外或是沖出根尖孔進入血管系統(tǒng)時，易對患者造成較為嚴(yán)重的軟組織損傷［10］，故亟需既安全又有效的根管沖洗液。為解決這一問題，有研究者將金屬或金屬氧化物的納米粒子添加到根管沖洗液中，使沖洗液在抑菌的同時也具備良好的生物相容性。研究發(fā)現(xiàn)銀納米粒子沖洗液對于游離的糞腸桿菌具有與次氯酸鈉溶液相媲美的抑菌效果［10］。但根管系統(tǒng)中的細(xì)菌常以生物膜的形式存在，對抑菌藥物有更強的抵抗力；同時當(dāng)銀納米粒子沖洗液作用時間較短時，其對糞腸桿菌生物膜的抗菌作用有限，故不建議單獨使用銀納米粒子作為沖洗液。

根管沖洗之后常需要通過根管內(nèi)封藥來抑制細(xì)菌的活性，研究顯示銀納米粒子凝膠可有效破壞細(xì)菌生物膜，發(fā)揮良好的抗菌作用［11］。另有學(xué)者將銀納米粒子添加到根管治療常用藥物氫氧化鈣中，發(fā)現(xiàn)其抑菌效果顯著增強［12］。由于根管系統(tǒng)的復(fù)雜性及特異性，徹底清除根管內(nèi)的感染物質(zhì)仍是一個巨大的挑戰(zhàn)，需要進一步探索金屬及金屬氧化物納米粒子在根管治療中的應(yīng)用。

2.3 正畸矯治器

正畸治療過程中，細(xì)菌黏附于矯治器周圍造成的牙釉質(zhì)脫礦是臨床上常見并發(fā)癥，因此如何提高矯治器的抗菌能力，以抑制脫礦后白堊色斑的形成是這一領(lǐng)域的熱點問題。有研究表明在不銹鋼正畸矯治器表面涂覆銀納米粒子可抑制變形鏈球菌的生長，并顯著降低牙釉質(zhì)的齲壞率［13］。然而銀納米粒子涂層會使正畸弓絲的摩擦力增大，不利于治療過程中的牙齒移動［14］。另有研究使用二氧化鈦納米涂層，提高正畸矯治器的抑菌性能［15］。其中金紅石相的二氧化鈦比銳鈦礦相具有更強大的殺菌作用，但其細(xì)胞毒性也更強。兼顧考慮抗菌作用與細(xì)胞毒性后，在臨床應(yīng)用中更推薦使用銳鈦礦相的二氧化鈦［16］。與銀納米粒子類似，二氧化鈦納米粒子也會使弓絲與矯治器間摩擦力變大［17］，因此仍需要進一步研發(fā)既具備良好的抗菌性能，又不會增大矯治器與弓絲間摩擦力的涂層材料和方法，以抑制白堊色斑的形成。

2.4 種植體

在種植體骨結(jié)合的過程中，種植體表面的細(xì)菌黏附與成骨細(xì)胞黏附為競爭關(guān)系。若黏附的細(xì)菌多于成骨細(xì)胞，則種植體表面易形成細(xì)菌生物膜，從而導(dǎo)致感染甚至使治療失?。?8］。目前已有多種方法對種植體的表面進行改性以提高其抗菌活性，其中納米材料是研究的熱點，因為它不僅抗菌性能良好，同時也可作為藥物載體用于種植體的表面改性［19］。已有大量研究將多種金屬及金屬氧化物納米粒子涂覆于種植體表面，包括銀納米粒子［19］、氧化鋅納米粒子［20］、銅納米粒子［21］等。處理過程通常為：先使得種植體表面獲得粗糙結(jié)構(gòu)，再通過等離子體浸沒離子技術(shù)［22］，磁控濺射法［23］或Tollens 反應(yīng)［19］等方法將納米材料沉積于種植體表面。但是這種將納米粒子單純涂覆于種植體表面的方法具有較為明顯的缺點，即覆蓋于種植體表面的納米材料少且易于釋放，無法保持長期的抗菌效果［24］。

除了直接涂覆于種植體表面，金屬氧化物納米粒子還可作為藥物載體應(yīng)用于種植體的表面改性中。例如二氧化鈦納米管可作為抗生素的載體，使抗生素在種植體表面持久釋放，以此解決抗生素難以涂布于種植體表面，且抗菌效果和持續(xù)時間不可控制等難題。目前在鈦種植體表面制備二氧化鈦納米管最常用的方法是陽極氧化法，所制備的納米管為底部封閉上部開放的半開放結(jié)構(gòu)，可以為抗菌物質(zhì)的儲存及緩釋提供空間及通道［25］。同時研究表明二氧化鈦納米管可以促進成骨細(xì)胞的黏附和增殖，提高礦化速率，增強骨結(jié)合［26］。不同直徑納米管的使用效果也有所不同。有學(xué)者將慶大霉素裝載在直徑分別為80、120、160 nm及200 nm 的二氧化鈦納米管上，發(fā)現(xiàn)各組均可以顯著抑制生物膜的形成，直徑為160 nm 和200 nm的二氧化鈦納米管具有更強的抗菌活性［27］，考慮原因可能是隨著納米管直徑的增大，所裝載的抗菌藥物也增多。

2.5 活動義齒基托

聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）是制作可摘義齒時常用的基托材料，具有耐老化、易于進行機械加工等優(yōu)點。但由于PMMA具有多孔性特點，微生物易黏附于其表面，導(dǎo)致菌斑生物膜的形成，從而引發(fā)義齒性口炎和念珠菌病［28］。目前已有大量研究將金屬納米粒子嵌入PMMA 中以增強其抗菌性能。例如銀納米粒子改性的PMMA 基托對白色念珠菌的黏附和生物膜的形成均有抑制作用［29］。同時研究發(fā)現(xiàn)納米粒子的加入亦會影響材料的物理性能。含銀納米粒子的PMMA 在擁有良好抗菌性能的同時，具有更強的抗壓能力，但其抗拉強度、撓曲強度和彈性模量均有下降［30?31］。另有研究將二氧化鈦納米粒子利用原位沉積技術(shù)嵌入PMMA 中，在減少白色念珠菌黏附的同時，又改善了PMMA 的表面潤濕性［32］。且隨著二氧化鈦納米粒子濃度的升高，PMMA 的硬度，彈性模量及蠕變恢復(fù)等性能均有提高［33］。除了銀納米粒子和二氧化鈦納米粒子外，氧化鋯納米粒子也被添加到PMMA 中以增強材料的抗菌性能。氧化鋯改性后的PMMA 其拉伸強度也有一定程度的增加，但是半透明度有所降低，材料的美觀程度有所下降［34］。和前述金屬納米粒子改性復(fù)合樹脂的研究類似，將金屬納米粒子添加到義齒基托材料中可使其抗菌性能得到一定程度改善，但需要注意的是這種改性通常會對材料機械性能產(chǎn)生影響，仍需探索能夠兼顧各項性能的改性方法。

3 金屬及金屬氧化物納米粒子的安全性

納米材料的安全性受許多因素影響，例如劑量、類型、粒徑、分布、作用時間及與其他成分的相互作用等。有研究發(fā)現(xiàn)低濃度的納米粒子無毒，而高濃度的納米粒子卻具有明顯的細(xì)胞毒性，其毒性表現(xiàn)出明顯的劑量依賴性［35］。但另有研究稱納米粒子的毒性與時間有較強的相關(guān)性，因為納米粒子具有極小的粒徑，容易進入人體并在器官中積累，從而造成各種各樣的損害。但是迄今為止，大部分研究仍局限于體外模型，且由于在每項研究中，所使用的納米材料其合成方法、涂層方式等多不相同，檢測所用的細(xì)胞系及細(xì)胞培養(yǎng)條件也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此得出的結(jié)論差異性較大。

4 小 結(jié)

本文回顧了目前用于改善牙科材料抗菌能力的金屬及金屬氧化物納米抗菌粒子的研究工作。由于金屬及金屬氧化物納米粒子具有持久且廣譜的抗菌性能，故而改性后的材料相比較于傳統(tǒng)抗菌材料具有較大的優(yōu)勢，但其機械性能、美觀性能等仍會受到一定程度的影響。此外，目前多數(shù)實驗都是在體外進行的，無法準(zhǔn)確模擬口腔的復(fù)雜環(huán)境。因此，有關(guān)金屬及金屬氧化物納米粒子改性后的抗菌材料在體內(nèi)的抗菌效果、細(xì)胞毒性及免疫應(yīng)答仍需要進一步的研究和探索。