白 陽 賈順義 李 楠

自1920年國際制定了銀汞合金標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用金屬材料在口腔中開始廣泛應(yīng)用，隨著金屬加工工藝和對(duì)醫(yī)用金屬研究的推進(jìn)，口腔內(nèi)金屬材料的選擇和應(yīng)用范圍不斷拓展。主要應(yīng)用于口腔的金屬材料包括銀汞合金、鈷鉻合金、鎳鉻合金、金-鈀合金、銀-鈀合金、鈦以及鈦合金等，這些金屬材料用于牙體充填，固定義齒及可摘局部義齒的制作，以及正畸相關(guān)配件和種植體各部件的合成。這些材料應(yīng)用于口內(nèi)，與口腔局部微環(huán)境發(fā)生相互作用，影響口腔疾病的發(fā)生、發(fā)展。

1.金屬生物材料與口腔微生物的相互作用

1.1 傳統(tǒng)口腔應(yīng)用金屬

1.1.1 非貴金屬合金 銀汞合金在其漫長的臨床歷史中不斷發(fā)展，并以其良好的機(jī)械性能、較長的使用壽命和低成本被廣泛應(yīng)用。銀汞合金主要由銀、銅、錫、汞、鋅組成，而這些金屬離子具有良好的抗菌性。文獻(xiàn)報(bào)道，銀汞合金對(duì)變形鏈球菌(Streptococcus mutans，S.mutans)和粘放線菌(Actinomycesviscosus)均有持久的抑制作用，而粘放線菌在生物膜的形成中起著關(guān)鍵作用[1]。Morrier等人通過測試變形鏈球菌和粘放線菌的懸浮液，證實(shí)了銀汞合金中元素的抗菌活性順序?yàn)镠g＞Cu＞Zn[2]，而在這些金屬離子中，Cu2+和Zn2+對(duì)減少生物膜產(chǎn)酸具有協(xié)同作用[3]，因此銀汞合金被證明具有抑菌殺菌的特性。由于銀汞合金的抗菌性，繼發(fā)齲發(fā)生率低，因此銀汞合金在口腔中的壽命較長。然而，由于其細(xì)胞毒性、環(huán)境污染和不美觀，銀汞合金正逐步被淘汰。

鈷鉻合金是一種生物相容性、機(jī)械性和抗腐蝕性均較好的金屬材料，合金成分主要由鈷、鉻、鉬、鎢組成。李洪洋等人的研究發(fā)現(xiàn)，鈷鉻合金烤瓷冠修復(fù)患牙12個(gè)月后，患牙齦溝液量、齦溝液中腫瘤壞死因子α水平及齦溝液中牙齦卟啉單胞菌(P.gingivalis，Pg)、福賽斯坦納菌(Tannerella forsythensis，Tf)檢出率均較修復(fù)前明顯升高(P＜0.05)，但是伴放線放線桿菌(A.actinomycetemcomitans，Aa)的檢出率無明顯變化(P＞0.05)[4]。提示鈷鉻合金無抑菌作用。

鎳鉻合金的臨床應(yīng)用時(shí)間較長，不但具有良好的加工性能，而且與瓷有較好結(jié)合效果，但其耐腐蝕性能較差，易引起局部口腔病癥。合金成分主要由鎳、鉻、鎂、鉬等元素組成。郭大偉等人[5]的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鎳鉻烤瓷冠修復(fù)的牙齒，其齦下厭氧菌群在拆除烤瓷冠后越來越接近對(duì)側(cè)同名牙，將其更換成金合金烤瓷冠后，也得到了同樣的結(jié)果。吳婧婷[6]等人將鎳鉻合金、鈷鉻合金、金鈀合金、金合金等放到同樣的變形鏈球菌培養(yǎng)液中，結(jié)果顯示，變形鏈球菌對(duì)鎳鉻合金的粘附率最高。雖然目前已知檢測手段證明鎳鉻合金烤瓷冠的基底金屬在臨床應(yīng)用的許可范圍內(nèi)，但是由于其耐腐蝕性差、易造成牙齦染色、過敏、導(dǎo)致口干癥等問題，國內(nèi)外已經(jīng)很少使用。

鈦及鈦合金具有良好的生物相容性、耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，滿足骨修復(fù)材料的各項(xiàng)性能要求而且對(duì)人體無毒副作用，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于口腔修復(fù)領(lǐng)域與口腔種植方向。合金成分主要由鈦、鋁、錫、釩、鉬、鈮等元素組成。純鈦對(duì)厭氧菌無明顯的抵抗作用，易受細(xì)菌感染而導(dǎo)致種植體周圍炎的發(fā)生，致使種植體松動(dòng)脫落。目前，種植體表面改性是避免種植失敗的主要方法之一，良好的種植體材料需要兼具抗菌活性和生物相容性，來提高種植體的長期在位率。

1.1.2 半貴金屬 銀-鈀合金主要是由銀、鈀、金、銅等成分構(gòu)成。它的抗氧化性、耐腐蝕性及生物相容性均優(yōu)于非貴金屬，銀鈀合金中含量最高的金屬是銀，Ag+具有強(qiáng)大的抑菌性已被廣泛證實(shí)[7]，其對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有一定的抗菌作用，且對(duì)人體的細(xì)胞毒性遠(yuǎn)低于對(duì)細(xì)菌的毒性[8]。其價(jià)格也較金-鈀合金有優(yōu)勢，在臨床上有廣泛的應(yīng)用。

1.1.3 貴金屬合金 金-鈀合金是一種化學(xué)性能穩(wěn)定，抗氧化且生物相容性良好的金屬材料，主要由金、銀、銅構(gòu)成。金鈀合金的腐蝕析出物多為非貴金屬Cu2+，而Cu2+、Ag+等金屬離子可以與細(xì)菌互相吸附，通過干擾細(xì)菌的酶系統(tǒng)，從而起到抑制細(xì)菌生長及粘附的作用[9]。另外這些金屬離子也可以通過結(jié)合帶負(fù)電荷的營養(yǎng)物質(zhì)，來阻止細(xì)菌對(duì)這些營養(yǎng)物質(zhì)成分的利用。另有研究證明，Cu2+的析出對(duì)金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，S.aureus)和大腸桿菌(Escherichia coli)的繁殖有明顯的抑制作用[10]。金-鈀合金雖有如上諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于其價(jià)格昂貴，臨床上的使用有一定的局限。

九江市的山塘的主要功能是為農(nóng)業(yè)提供水源，作為生活用水的山塘在數(shù)量較少，生活需水量不足山塘總用水量的1%，生態(tài)用水也只占總用水量的2%左右。

1.2 新型納米金屬 納米顆粒是直徑為納米范圍的超細(xì)顆粒，納米技術(shù)使金屬能夠添加到納米尺寸中，導(dǎo)致金屬的化學(xué)、物理和光學(xué)性質(zhì)發(fā)生極端變化。納米金屬顆粒因其良好的抗菌活性已被用做種植體表面改性的粒子涂層，可以有效地增加材料的抗菌性能[11]進(jìn)而增強(qiáng)種植體的骨結(jié)合[12]。已有研究證實(shí)通過涂層或添加具有抗菌性能的金屬納米顆粒對(duì)鈦種植體表面進(jìn)行改性可以減少細(xì)菌數(shù)量，而且納米粒子的直徑更有利于成骨細(xì)胞的定植和隨后的骨結(jié)合[13]?？谇唤饘俨牧现谐Ｓ玫募{米顆粒有如下幾種。

1.2.1 納米銀顆粒 納米銀顆粒因其具有廣譜、持久、強(qiáng)效的抗菌活性以及低細(xì)菌耐藥性和低細(xì)胞毒性等特點(diǎn)，已在醫(yī)學(xué)中得到廣泛應(yīng)用[14]。納米銀與其他物質(zhì)的復(fù)合物也有抗菌作用，且具有良好的生物相容性，低毒性、離子長期釋放和無細(xì)菌耐藥等優(yōu)點(diǎn)[15]。研究指出，納米銀粒子的抗菌活性是由于其對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的損傷所致[16]。也有研究認(rèn)為，其抗菌活性是銀離子與酶的二硫鍵或氫鍵相互作用，導(dǎo)致代謝過程的中斷，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[17]。根據(jù)體內(nèi)體外研究結(jié)果得出，納米銀顆?？梢砸种萍?xì)菌附著在牙種植體上[18]。因此，納米銀顆粒有望成為一種廣泛應(yīng)用的種植體表面涂層。

1.2.2 氧化鋅納米顆粒 氧化鋅納米顆粒因其良好的生物相容性，被認(rèn)為是一種在與人體接觸界面上的適宜添加劑，氧化鋅納米顆粒對(duì)革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細(xì)菌以及耐高溫、高壓的孢子都顯示出抗菌活性[19]。其抗菌機(jī)理可能是過氧化氫的生成以及靜電作用下氧化鋅納米顆粒在細(xì)菌表面的積累，也可能是納米顆粒表面活性氧的產(chǎn)生、鋅離子的釋放、膜功能障礙以及納米顆粒的內(nèi)化等。Memarzadeh等人測試了一種含有氧化鋅納米顆粒和納米羥基磷灰石混合物的系統(tǒng)，作為涂層材料，以減少細(xì)菌粘附和支持成骨細(xì)胞生長，筆者認(rèn)為就抗菌活性和生物相容性而言，氧化鋅納米顆?？梢员徽J(rèn)為是植入物的最佳涂層[20]材料。

1.2.3 氧化銅納米顆粒Cu納米粒子由于其獨(dú)特的生物、化學(xué)和物理性質(zhì)，抗菌作用以及低制備成本而備受關(guān)注。Cu納米粒子具有很強(qiáng)的抗菌活性，然而暴露于空氣中的Cu納米顆粒的快速氧化限制了它的應(yīng)用。而氧化銅納米粒子是合適的替代品，已被報(bào)道為控制口腔內(nèi)生物膜形成的潛在藥劑[21]，研究人員認(rèn)為，氧化銅納米粒子通過穿過細(xì)菌細(xì)胞膜，破壞細(xì)菌的功能酶從而導(dǎo)致菌體死亡的途徑起到抗菌作用。文獻(xiàn)指出[22]，氧化銅納米顆?？纱┻^大多數(shù)細(xì)菌的細(xì)胞膜上存在的納米孔來限制細(xì)菌生長。Anu等人[23]的研究結(jié)果還表明，納米氧化銅可以作為一種鈦種植體表面涂層，有效抑制植體周圍的細(xì)菌生長和粘附。

2.金屬生物材料與菌斑生物膜間的影響因素

金屬生物材料在口腔中受到唾液、微生物、食物、溫度波動(dòng)和機(jī)械力等多種因素的影響。口腔中存在的復(fù)雜因素影響生物材料理化性質(zhì)，顯著降低其生物功能。與生物功能相關(guān)的最主要性能是金屬生物材料的表面粗糙度、表面自由能、摩擦系數(shù)、腐蝕和生物腐蝕過程，這些因素會(huì)影響口腔生物膜的形成，從而導(dǎo)致口腔局部環(huán)境的改變。唾液作為微生物營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)體，在潤滑和生物膜的形成中也起著重要的作用，而且可以和口腔中金屬元素共同導(dǎo)致電解電池的形成，從而導(dǎo)致腐蝕和生物腐蝕。

2.1 作用介質(zhì)--唾液 唾液在口腔中起著重要的作用，它創(chuàng)造了一個(gè)液體環(huán)境。其化學(xué)成分(有機(jī)和無機(jī)物質(zhì))賦予其潤滑、緩沖和抗菌性能[24]。唾液中所含的黏液蛋白是維持體內(nèi)平衡的重要成分之一，它具有粘附口腔黏膜的能力(所謂的黏液粘附)。因此，唾液覆蓋牙齒、舌頭、口腔黏膜和生物材料表面，形成獲得性膜，厚度約為70-100μm[25]。

生物膜是一種由吸附的有機(jī)和無機(jī)唾液成分組成的表面膜，這些成分與細(xì)胞外聚合物質(zhì)(EPS)中的微生物(細(xì)菌、真菌)定植在一起，覆蓋口腔的所有表面[26]。生物膜的形成過程導(dǎo)致口腔參數(shù)的改變，如電解質(zhì)濃度、p H值或氧水平[27]。唾液的流動(dòng)也是影響生物膜數(shù)量和質(zhì)量的重要因素。在唾液流動(dòng)過程中，EPS成分會(huì)發(fā)生變化，這可能會(huì)影響生物膜表面的粘附性。生物材料暴露在高流量的唾液中(出現(xiàn)高剪切力)，不利于生物膜的形成[28]。

如前所述，唾液在控制生物膜的生長中起著重要的作用。由于疾病過程和藥物使用導(dǎo)致其分泌減少，導(dǎo)致致病菌和真菌在口腔中不受控制地生長。這不僅會(huì)導(dǎo)致軟組織發(fā)炎和增加齲病易感性，而且還會(huì)加速生物材料的磨損和腐蝕過程。具有適當(dāng)成分的人工唾液可在防止這些過程中起主要作用，改進(jìn)這類制劑的性能時(shí)應(yīng)考慮到其化學(xué)改性。例如具有抗菌性能的生物活性化合物，能夠防止細(xì)菌粘附在醫(yī)用材料表面，繼而形成菌斑生物膜。人工唾液成分的合理選擇對(duì)金屬生物材料表面生物膜形成的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理有潛在的影響。

2.2 表面粗糙度 關(guān)于口腔修復(fù)材料的眾多研究顯示，材料表面粗糙度高更加有利于口腔微生物的附著和聚集，進(jìn)而更易于積累菌斑生物膜[29]。Ionescu等人認(rèn)為，表面形貌，即表面波谷分布的三維特征，可以解釋表面粗糙度(Surface Roughness，SR)在生物膜形成中的關(guān)鍵作用[30]。凹陷越深越大，接觸面積越大，細(xì)菌的定植和生物膜的形成就越容易，且在細(xì)菌初始可逆結(jié)合過程中保護(hù)細(xì)菌不受剪切力(沖洗和沖刷)的影響，導(dǎo)致細(xì)菌不可逆的附著更加容易[31]。因此，粗糙表面上的微菌落難以消除，從而形成成熟的生物膜[32]。

口腔內(nèi)的所有表面都被獲得性膜覆蓋，其存在在一定程度上抵消了SR[32]。此外，隨著生物膜的成熟，SR對(duì)生物膜發(fā)育的影響減弱，新的細(xì)菌粘附在最初形成的生物膜上，而沒有粘附在被測材料表面。因此，材料表面的粗糙度主要影響細(xì)菌的初始定植。有研究顯示，當(dāng)0.2≤Ra≤0.80μm時(shí)，粘附菌面積與SR呈高度線性相關(guān)(Ra稱為輪廓算數(shù)平均偏差或稱中心線平均值，是輪廓上各點(diǎn)高度在測量長度范圍內(nèi)的算數(shù)平均值，是表面粗糙度的一種計(jì)量單位)，當(dāng)Ra≤0.20μm時(shí)，粘附菌面積與SR呈弱相關(guān)[33]。Lorenzo[34]揭示了由單一菌種或簡單微生物組合形成的生物膜比由復(fù)雜群落形成的生物膜更容易受到表面粗糙度的影響。

2.3 表面自由能 表面自由能(Surface Free Energy，SFE)與材料表面潤濕性有關(guān)，相當(dāng)于材料表面的潤濕性。為了確定SFE，測量不同疏水性的液體在同一材料表面上的接觸角(θ)，接觸角越小，SFE越高，表面親水性越強(qiáng)[32]?？谇慌R床材料的參數(shù)對(duì)口腔生物膜的影響是復(fù)雜的和共同發(fā)生的。較高的表面親水性意味著較高的SFE，從而導(dǎo)致更多的微生物聚集[32]。

研究表明當(dāng)Ra＞0.1μm時(shí)，SFE對(duì)生物被膜形成的影響可能不準(zhǔn)確，SR在生物膜積累中起主要作用，當(dāng)Ra＜0.1μm時(shí)，SFE對(duì)生物被膜形成的影響更大。有報(bào)導(dǎo)稱SFE影響了變形鏈球菌(S.mutans)在超光滑表面(Ra≤0.06μm)的早期粘附[33]。

2.4 腐蝕 金屬生物材料的腐蝕是由于存在不同電化學(xué)電位的金屬而導(dǎo)致的電解池形成和電流在口腔內(nèi)流動(dòng)的結(jié)果[35]。這種現(xiàn)象的發(fā)生取決于合金的類型、生產(chǎn)工藝流程、實(shí)驗(yàn)室處理(熱、化學(xué)、機(jī)械)和口腔條件[36]?？谇恢械耐僖菏且环N電解質(zhì)，在各種因素的作用下性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，比如pH值的變化。在口腔中，除了唾液外，還有細(xì)胞外液(如血液、齦溝液)可以形成一個(gè)封閉的循環(huán)。因此，在口腔中，金屬被淹沒在兩種不同的電解質(zhì)中，這兩種電解質(zhì)含有同一種金屬的不同濃度，會(huì)造成金屬的腐蝕。

除口腔環(huán)境內(nèi)的電化學(xué)誘導(dǎo)腐蝕外，金屬材料表面生物膜的存在會(huì)顯著增加腐蝕過程，這一過程也叫生物腐蝕[37]。在口腔環(huán)境中除了典型的口腔菌群外，還存在可誘導(dǎo)金屬生物材料腐蝕的微生物。好氧微生物可促進(jìn)各種氧化細(xì)胞的形成，從而加劇金屬材料表面裂紋的出現(xiàn)?，F(xiàn)有的生物腐蝕研究主要關(guān)注常規(guī)口腔細(xì)菌變形鏈球菌和血鏈球菌的影響。Souza的研究[38]中，在變形鏈球菌存在的情況下進(jìn)行的電化學(xué)測試(鈍化氧化鈦膜的極化電阻)結(jié)果表明，這種細(xì)菌對(duì)鈦合金的耐腐蝕性能有負(fù)面影響。Wilson[39]在詮釋血鏈球菌引起腐蝕的觀點(diǎn)中提出，金屬表面細(xì)菌的存在會(huì)導(dǎo)致陰極/陽極區(qū)域，從而產(chǎn)生腐蝕電流，生成廣泛的代謝產(chǎn)物，例如有機(jī)酸，可以直接與金屬反應(yīng)。無論是環(huán)境腐蝕還是生物腐蝕，均會(huì)影響金屬修復(fù)體的機(jī)械完整性，導(dǎo)致松動(dòng)并引起功能障礙，進(jìn)而使金屬材料與機(jī)體組織的生物相容性降低，加劇過敏[40]反應(yīng)。

2.5 摩擦磨損 摩擦的定義是發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面之間并導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)阻力的現(xiàn)象。摩擦導(dǎo)致材料的磨損，表現(xiàn)為接觸面的質(zhì)量、體積或厚度的損失。不同的運(yùn)動(dòng)過程，如咀嚼、吞咽和說話均在口腔中進(jìn)行的?？紤]到這一異質(zhì)性現(xiàn)象，預(yù)測和預(yù)防牙齒和生物材料的磨損存在困難。

牙齒表面生物膜的存在可以顯著減少生物材料與牙齒接觸時(shí)的摩擦和磨損?？谇恢械母鞣N運(yùn)動(dòng)過程都是在唾液的存在下進(jìn)行的，唾液是一種天然的潤滑劑，可減少表面之間的摩擦，從而減少材料的磨損。Souza[41]研究了摩擦過程中被生物膜覆蓋的鈦的腐蝕情況，摩擦系數(shù)降低的同時(shí)，耐蝕性也有所降低?？谇恢猩锬さ拇嬖冢m然通過降低摩擦能抑制腐蝕過程，但具有更大的形成腐蝕性微細(xì)胞的潛力，其促進(jìn)腐蝕的作用更明顯。腐蝕增加材料的表面粗糙度，口腔行使功能過程中的高剪切力，可能導(dǎo)致生物膜層的破裂，使被腐蝕的材料表面暴露出來，粗糙面的摩擦加速進(jìn)一步磨損[27]。

3.金屬元素抗菌機(jī)理

優(yōu)秀醫(yī)用金屬材料的發(fā)展方向，抗菌性是必不可少的性能。多年研究與應(yīng)用證實(shí)，許多金屬與合金都具有強(qiáng)大的抗菌活性，例如，銀及其合金、銅及其合金、氧化鋅、氧化鈦、鎂等，但是它們的抗菌機(jī)理尚不明確。金屬離子具有廣泛的化學(xué)和物理性質(zhì)，這些性質(zhì)決定了它們的抗菌機(jī)制。目前國內(nèi)外學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)可歸納如下幾個(gè)方面：

3.1 破壞細(xì)胞膜完整性 金屬離子和金屬納米離子與細(xì)菌細(xì)胞之間的第一個(gè)相互作用點(diǎn)是細(xì)菌細(xì)胞膜。細(xì)胞膜不僅是細(xì)胞與環(huán)境之間的主要屏障，還具有多種細(xì)胞生存所必需的功能，如電子傳遞鏈。細(xì)菌細(xì)胞壁為多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物組成。根據(jù)細(xì)胞壁成分的不同，將細(xì)菌分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，革蘭氏陽性菌和陰性菌的細(xì)胞膜是帶負(fù)電的，抗菌性金屬離子如銀（Ag+）、鋅（Zn2+）、和銅（Cu2+）等均帶有正電荷，在近中性環(huán)境下，由于靜電吸引和對(duì)硫蛋白的親和力，金屬離子會(huì)粘附在細(xì)菌細(xì)胞壁上，從而改變正常生物膜內(nèi)外的極化狀態(tài)，破壞細(xì)胞壁的磷脂雙分子層，同時(shí)細(xì)胞膜的通透性會(huì)增強(qiáng)，并破壞細(xì)菌包膜導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)滲出，引起細(xì)菌死亡。多篇文獻(xiàn)指出[42，43]，抗菌金屬對(duì)革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌）的抑制作用比革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄球菌）強(qiáng)，這可能是由于革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁具有厚的肽聚糖層，金屬離子不易于破壞通過。

有研究表明[44]，金屬納米粒子由于其納米級(jí)尺寸，還可以積聚在細(xì)胞壁的凹坑中，直接穿透細(xì)菌細(xì)胞膜并隨后改變膜結(jié)構(gòu)。Alsammarraie等人[45]通過透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)研究了用銀納米粒子處理后細(xì)菌細(xì)胞形態(tài)的變化，未經(jīng)處理的細(xì)胞具有光滑和規(guī)則的細(xì)胞壁，細(xì)胞質(zhì)均勻，但暴露于銀納米粒子的細(xì)胞壁明顯收縮和損傷，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)容物滲漏或丟失。由于納米材料的尺寸較小，具有較高的表面積與體積比，使得它們比塊狀材料抗菌性更強(qiáng)，并能在低濃度下保持一定的抗菌性。

3.2 影響蛋白質(zhì)功能 影響蛋白質(zhì)功能研究表明[46]，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)中氨基酸上有金屬離子的結(jié)合位點(diǎn)，主要由半胱氨酸側(cè)鏈上的還原硫醇、天冬氨酸和谷氨酸的羧基以及賴氨酸側(cè)鏈上的高活性伯胺組成。結(jié)合后，金屬離子會(huì)催化氨基酸的氧化，削弱蛋白質(zhì)的功能，降低蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，并促進(jìn)蛋白質(zhì)的降解。此外，許多蛋白質(zhì)的正常折疊和生物學(xué)功能都需要金屬輔因子[47]。半胱氨酸在生物反應(yīng)中非常重要，因?yàn)樗亩蜴I對(duì)于蛋白質(zhì)的正確折疊和功能以及它在催化反應(yīng)中的親核作用都是至關(guān)重要的，當(dāng)將半胱氨酸加入到Ag+和細(xì)菌的混合物中時(shí)，Ag+的抗菌活性被中和，表明Ag+與硫醇基團(tuán)相互作用，從而可抑制細(xì)菌生物反應(yīng)[48]。Mukha等[49]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)與納米銀在甘露糖磷酸異構(gòu)酶的SH基團(tuán)中相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞壁合成中斷，并致使細(xì)菌內(nèi)部成分的滲出和細(xì)菌死亡。暴露于細(xì)菌細(xì)胞的金屬納米粒子已被證明會(huì)引起蛋白質(zhì)組譜的變化，Leung等人[50]用氧化鎂納米粒子處理大腸桿菌，發(fā)現(xiàn)菌體109種蛋白質(zhì)被調(diào)節(jié)，其中83種被下調(diào)，這些蛋白質(zhì)參與中樞代謝、遺傳信息轉(zhuǎn)錄和其他對(duì)細(xì)胞功能至關(guān)重要的過程。

3.3 促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生 活性氧（ROS）是一種高活性的氧，如過氧化物、超氧化物、羥基自由基和單線態(tài)氧。在基礎(chǔ)代謝過程中產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)平衡期間ROS水平一定，過量的ROS被細(xì)胞內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)清除，然而，當(dāng)ROS產(chǎn)生和抗氧化防御之間的平衡被破壞時(shí)，ROS濃度會(huì)逐漸增加，并對(duì)細(xì)菌蛋白質(zhì)、DNA和脂質(zhì)造成嚴(yán)重?fù)p害，從而影響細(xì)菌代謝過程、DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂，形成氧化應(yīng)激，導(dǎo)致菌體死亡[51-53]。

Zn2+、Ag+和Cu2+等金屬離子可通過催化反應(yīng)激活水和空氣中的氧，產(chǎn)生ROS；一些金屬氧化物如TiO2、ZnO，也可以通過可見光或紫外光的催化，產(chǎn)生高水平ROS，從而表現(xiàn)出抗菌活性。

由于細(xì)菌細(xì)胞膜具有脂質(zhì)結(jié)構(gòu)，活性氧可以通過氧化脂質(zhì)破壞細(xì)胞膜，但是只有帶正電的H2O2能夠穿過細(xì)菌細(xì)胞膜，超氧化物和羥基自由基帶有負(fù)電荷，不能滲透到膜中。當(dāng)然，具有較厚細(xì)胞壁的革蘭氏陽性細(xì)菌也無法輕易穿透。Ramalingam等人[54]提出了銀納米粒子的雙峰作用機(jī)制。第一步，破壞并穿透細(xì)胞壁，第二步，形成ROS，抑制ATP產(chǎn)生和DNA復(fù)制。由于在上兩段中已經(jīng)證明細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生抑制了細(xì)菌內(nèi)部抗氧化防御并對(duì)膜施加了機(jī)械損傷，因此ROS的產(chǎn)生也可能在第一步中起作用。

3.4 改變p H值 細(xì)菌通常在pH值為6.0-8.0的環(huán)境中存活，而p H過高或過低都不適合細(xì)菌的生存，因此，一些可生物降解的金屬表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗菌活性。鎂和鎂合金在生理水溶液中的主要可溶性降解產(chǎn)物是鎂離子和氫氧根離子，當(dāng)鎂合金快速降解時(shí)，產(chǎn)生的氫氧化鎂會(huì)導(dǎo)致溶液pH值增加，可以達(dá)到11.0甚至更高。在Qin[55]的研究中，Mg的抗菌作用隨降解時(shí)間的延長而增加，這表明Mg的抗菌活性與pH值成正比。Ma等人[56]研究制備了摻鎂支架材料PLGA/Mg，PLGA/Mg組的p H值在48 h內(nèi)高于PLGA，并且具有較高M(jìn)g含量的PLGA/20%Mg支架比PLGA/10%Mg支架導(dǎo)致更高的pH值。抑菌試驗(yàn)結(jié)果表明，PLGA/Mg支架在24 h和48 h均能抑制細(xì)菌生長和生物膜形成，且抑制作用在Mg含量較高的組中更為明顯。文獻(xiàn)指出[57]，鎂的抑菌作用來源于堿性環(huán)境與Mg2+的協(xié)同作用。

金屬及其合金并不是通過單一的機(jī)制來產(chǎn)生抗菌作用，往往是多個(gè)且相互關(guān)聯(lián)的作用機(jī)制疊加的復(fù)雜結(jié)果，目前研究給出的最為可能的機(jī)制是，金屬離子或金屬納米粒子從金屬中釋放出來，通過靜電作用、范德華力、受體-配體或疏水作用附著在細(xì)菌細(xì)胞膜上，并穿透細(xì)胞膜，導(dǎo)致膜形態(tài)和功能受損，使細(xì)胞內(nèi)容物外泄，金屬離子或納米粒子一旦進(jìn)入細(xì)胞，可直接干擾蛋白質(zhì)和DNA功能及細(xì)胞代謝，并改變基因表達(dá)水平。同時(shí)，細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)ROS的形成，也會(huì)對(duì)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA進(jìn)行破壞，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞損傷或細(xì)胞死亡[58]。

4.總結(jié)

金屬材料進(jìn)入口腔，在復(fù)雜的口腔環(huán)境影響下與微生物相互作用，并進(jìn)一步對(duì)修復(fù)體的生物功能和局部感染性病損產(chǎn)生影響?？谇桓腥拘约膊“x齒、牙周炎、口腔黏膜病、種植體周圍炎等，這些疾病都是菌斑生物膜形成、累積，達(dá)到臨界值時(shí)造成的不可逆病損。隨著抗生素耐藥菌株的影響越來越大，迫切需要有效且長效的抗菌材料。金屬材料參與口腔疾病治療的同時(shí)，應(yīng)用與研究的發(fā)展對(duì)金屬材料的全面性能要求越來越高，不僅應(yīng)具有良好的理化性能，加工性能，生物相容性，還必須具有良好的抗菌性能。幾個(gè)世紀(jì)以來，人們一直在使用金屬，并對(duì)其抗菌性能進(jìn)行了廣泛的研究?？咕饘俸秃辖鸬膹?qiáng)而長期的抗菌能力以及良好的耐腐蝕性和機(jī)械性能都證明了抗菌金屬材料在未來的應(yīng)用潛能?？咕饘倏捎糜谥圃煨迯?fù)治療中的可摘義齒支架、冠橋修復(fù)體的內(nèi)冠、牙種植體、正畸托槽或這些金屬表面的抗菌涂層，在牙體、牙髓治療中的沖洗液和充填材料，以及牙周引導(dǎo)組織再生膜中等等，應(yīng)用或添加抗菌金屬，均具有廣闊的臨床應(yīng)用和研究前景。