方世殊 劉傳宏 劉倩 徐悅?cè)?駱厚卓 張校晨 金作林

有統(tǒng)計(jì)表明，將近88%的正畸患者在無托槽隱形矯治治療期間或治療后要求進(jìn)行牙齒美白[1-2]。 Davis、 Krug等[3-4]曾嘗試在固定矯治中加入漂白治療，治療效果與常規(guī)漂白治療相比無明顯差異。由于牙齒漂白的原理是通過過氧化物與牙齒內(nèi)色素分子發(fā)生氧化進(jìn)而消除色素沉積，單次漂白治療后過氧化物會(huì)降解而無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期牙齒美白[5]。且接受隱形矯治的患者若進(jìn)行牙齒漂白治療需頻繁地摘除隱形矯治器，不利于最終矯治效果[6]。因此，研發(fā)一種在矯治過程中能夠長(zhǎng)效緩釋過氧化氫的多功能隱形矯治器具有廣闊的研究前景。目前隱形矯治器大多由熱壓膜材料加工制成，合成能夠緩釋過氧化氫的新型熱壓膜材料是制備多功能隱形矯治器的基礎(chǔ)[7]。本研究首先研發(fā)了可以裝載在熱壓膜材料表面的緩釋過氧化氫凝膠，將其裝載于制備隱形矯治器的熱壓膜材料上合成新型熱壓膜材料。通過檢測(cè)新型材料的過氧化氫緩釋效果，對(duì)比其與普通熱壓膜材料在力學(xué)性能、光學(xué)性能及細(xì)胞毒性作用方面的差異，評(píng)價(jià)其是否能夠作為美白型隱形矯治器的基體材料。

1 材料與方法

1.1 主要試劑及儀器

試劑：十六烷基三甲基溴化銨(CTAB，分析純)、硅酸四乙酯(TEOS)、SPLINT膜片(圓形，厚度0.8 mm，直徑120±1 mm)、海藻酸鈉(Alg)、多巴胺鹽酸鹽(DA·HCL)、氨水(分析純)、氯化鈣(分析純)、CCK-8試劑盒(上海碧云天生物)、人牙齦成纖維細(xì)胞系(YS1813C，上海雅吉生物)等。

儀器：磁力加熱攪拌器(泊頭市科析儀器有限公司)；馬弗爐(GW1200，北京雅格隆科技)、鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9030，廣州宏展科技)；恒溫水浴箱、超聲清洗器、酶標(biāo)儀(BioTek，美國(guó))；倒置顯微鏡(CKX53，OLYMPUS，日本)。

1.2 裝載緩釋凝膠的熱壓膜材料制備

用CTAB模板法及堿催化溶膠-凝膠法制備介孔二氧化硅納米粒子。將制得的介孔二氧化硅納米粒子與一定量的多巴胺和海藻酸鈉混合，通過多巴胺的界面聚合及海藻酸鈉的離子交聯(lián)反應(yīng)在熱壓膜材料表面構(gòu)建穩(wěn)定的互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠，將大量介孔二氧化硅納米粒子束縛在凝膠內(nèi)部，制備完成裝載緩釋凝膠的熱壓膜材料。新型材料置于4 ℃保存，浸潤(rùn)過氧化氫的材料用于過氧化氫濃度檢測(cè)、透光性能測(cè)試及力學(xué)性能測(cè)試，未浸潤(rùn)過氧化氫的材料用于細(xì)胞毒性檢測(cè)。

1.3 過氧化氫濃度檢測(cè)

采用過氧化氫測(cè)定試劑盒(南京凱基生物,KGT018)檢測(cè)浸提液中過氧化氫濃度。按照說明書測(cè)定空白管、標(biāo)準(zhǔn)管及測(cè)定管在405 nm處的吸光度，根據(jù)公式：樣本H2O2含量(mmol/L)=(測(cè)定管吸光度-空白管吸光度)/(標(biāo)準(zhǔn)管吸光度-空白管吸光度)×標(biāo)準(zhǔn)品濃度( 163 mmol/L), 計(jì)算出樣本的過氧化氫濃度并繪制濃度-浸泡時(shí)間曲線。

1.4 熱壓膜材料標(biāo)準(zhǔn)試樣的制備

按照ASTM D638標(biāo)準(zhǔn)制備用于檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)試樣。通過儀器切割并制備符合該要求的試樣。其中裝載過氧化氫緩釋凝膠的熱壓膜材料試樣為實(shí)驗(yàn)組，普通熱壓膜材料試樣為對(duì)照組。

1.5 透光性能測(cè)試

透光性能遵循國(guó)標(biāo)GB/T 2410-2008，通過透光率/霧度測(cè)定儀對(duì)熱壓膜片試樣進(jìn)行測(cè)定。

1.6 力學(xué)性能測(cè)試

在常溫條件下，拉伸速率設(shè)定為5 mm/min，通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組熱壓膜片試樣的最大力、拉伸強(qiáng)度、彈性模量、拉伸屈服應(yīng)力、拉伸屈服應(yīng)變及斷裂伸長(zhǎng)率。

1.7 細(xì)胞毒性檢測(cè)

體外培養(yǎng)人牙齦成纖維細(xì)胞，分別用未浸潤(rùn)過氧化氫新型材料的培養(yǎng)基浸提液、普通材料的培養(yǎng)基浸提液處理細(xì)胞。于培養(yǎng)第0、 2、 4、 6、 8和10 天進(jìn)行CCK-8檢測(cè)。以“處理組A值/空白對(duì)照組A值”的比值結(jié)果作為細(xì)胞存活率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 實(shí)驗(yàn)組材料過氧化氫緩釋效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)組材料浸泡于人工唾液中，前3 d每12 h檢測(cè)一次浸提液中過氧化氫濃度，后續(xù)每1 d檢測(cè)1 次并制作濃度曲線。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組材料浸提液中過氧化氫濃度會(huì)緩慢增加，表明裝載凝膠的實(shí)驗(yàn)組材料能實(shí)現(xiàn)過氧化氫緩釋效果(圖 1)。

圖 1 實(shí)驗(yàn)組材料浸提液中過氧化氫濃度曲線

2.2 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組材料力學(xué)性能比較

力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組材料裝載緩釋凝膠后厚度僅增加0.01 mm。相比于對(duì)照組材料，實(shí)驗(yàn)組材料彈性模量增加(P<0.05)，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率減小(P<0.05)，而拉伸屈服應(yīng)力和拉伸屈服應(yīng)變無明顯差異(P>0.05)(表 1)。

表 1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組材料力學(xué)性能對(duì)比

2.3 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組材料透光性能比較

透光性能檢測(cè)結(jié)果表明相比于對(duì)照組材料，實(shí)驗(yàn)組材料的透光率較低，而霧度較高(P<0.05)。但附加凝膠的實(shí)驗(yàn)組材料透光率仍大于82%，具有良好的透明度(圖 2)。

圖 2 2 組材料的透光性能比較

2.4 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組材料細(xì)胞毒性比較

通過CCK-8檢測(cè)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組材料浸提液對(duì)人牙齦成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)情況的影響。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組材料對(duì)人牙齦成纖維細(xì)胞的增殖影響與對(duì)照組材料無明顯差異(P>0.05)，且細(xì)胞10 d內(nèi)的成活率均大于90%(圖 3)。

圖 3 2 組材料的細(xì)胞毒性比較

3 討 論

隱形矯治器的材料兼具有一定的彈性和剛性，需要長(zhǎng)時(shí)間佩戴在口內(nèi)。這種材料如果可以緩釋藥物，對(duì)一些需要長(zhǎng)期釋藥的治療中是一種很好的藥物載體。前期研究發(fā)現(xiàn)，佩戴牙導(dǎo)致牙齒變色，同時(shí)越來越多的隱形矯治器患者，在佩戴牙套中提出對(duì)牙齒美白的需求。變色、外源性染色和牙齒漂白是臨床上常用的變色牙體治療方法，一般分為診室漂白，家庭漂白等，漂白過程可配合或不配合冷光照射[8]。不論是診室外漂白還是診室內(nèi)漂白，過氧化物都是關(guān)鍵[9]。過氧化氫和過氧化脲是最常用的兩種牙齒漂白劑，美白牙貼、托盤漂白術(shù)等均是利用這類過氧化物實(shí)現(xiàn)短期牙齒漂白作用[10]。但高濃度的過氧化物會(huì)對(duì)牙齒表面結(jié)構(gòu)造成損傷，帶來牙齒敏感、牙齦炎癥等漂白副作用，因此單次使用劑量往往較小，持續(xù)漂白時(shí)間較短[11-12]。有研究報(bào)導(dǎo)，隱形矯治器可作為漂白凝膠的載體，并取得了一定的治療效果，但是就家庭漂白所使用的凝膠而言，需要患者自行涂抹于矯治器或漂白牙托內(nèi)，用量及用法無法精確控制，且漂白所用的過氧化物凝膠具有流動(dòng)性，在使用過程中可能與牙齦組織接觸甚至流入口腔內(nèi)隨吞咽進(jìn)入消化系統(tǒng)，為患者帶來了安全隱患[13]。因此，設(shè)計(jì)能夠緩釋過氧化物的隱形矯治器對(duì)于解決這一系列問題具有重要意義，而研發(fā)對(duì)應(yīng)的新型熱壓膜材料則是關(guān)鍵的第一步。

熱壓膜材料是目前隱形矯治器最常用的制備材料[6]。一般符合制備隱形矯治器條件的熱壓膜材料需要具有良好的透明性、合適的力學(xué)性能、較低的唾液吸收率及良好的生物相容性[14-15]。隱形矯治器的高透明性能保證患者佩戴矯治過程中不影響整體口腔美觀，這就要求制作隱形矯治器的熱壓膜材料的透明性高于80%，霧度低于10%[16]。相比于傳統(tǒng)矯治器，隱形矯治器對(duì)患者牙齒的矯治力主要取決于材料變形后的回彈力[17]?；貜椓υ诓牧蠝y(cè)試試驗(yàn)中往往以彈性模量作為計(jì)算指標(biāo)，彈性模量越大，則說明材料產(chǎn)生形變后的回彈力越大，對(duì)牙齒的矯治能力越強(qiáng)，越有利于保障患者按預(yù)期計(jì)劃進(jìn)行逐步矯正[18]。同時(shí)，出于對(duì)口腔安全性的考慮，隱形矯治器的材料硬度、脆性適中[19]。這就要求隱形矯治器的材料具有一定的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，但不應(yīng)過高，防止在佩戴、摘除過程中因短期劇烈形變而斷裂，造成患者口腔損傷[20]。由于隱形矯治器長(zhǎng)期處于口腔唾液環(huán)境中，且會(huì)與牙齦、口腔粘膜等直接接觸，矯治器本身會(huì)受到唾液中成份的影響，也會(huì)對(duì)佩戴者口腔內(nèi)接觸部位產(chǎn)生長(zhǎng)期影響[21]。因此，制備矯治器的熱壓膜材料需具有良好的生物相容性，尤其是較低的細(xì)胞毒性[22]。

本研究通過CTAB模板法及堿催化溶膠-凝膠法制備介孔二氧化硅納米粒子，將其與多巴胺、海藻酸鈉混合制備成能吸附過氧化氫的凝膠，并裝載于熱壓膜材料上。通過過氧化氫濃度測(cè)定表明裝載凝膠的熱壓膜材料能夠緩釋過氧化氫，其效果至少可維持168 h。且相比于普通熱壓膜材料，該材料厚度僅增加0.01 mm；彈性模量增加，說明具有合適的抵抗彈性形變能力；拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率減小，說明具有合適的硬度和脆性；拉伸屈服應(yīng)力和拉伸屈服應(yīng)變無明顯變化，說明柔韌度未降低。光學(xué)性能方面由于受凝膠層的影響，透光率有所下降，但仍大于80%；霧度相對(duì)提高，但仍小于10%，說明材料的整體透明度良好。細(xì)胞毒性檢測(cè)結(jié)果也表明裝載凝膠的材料不會(huì)影響人牙齦成纖維細(xì)胞的增殖。除了裝載過氧化氫等美白藥物外，介孔二氧化硅由于其表面可功能化修飾、納米粒子孔徑可調(diào)控及良好的生物安全性，其在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸廣泛，如作為口腔潰瘍、口腔頜面部腫瘤等治療藥物的重要載體[23]。

本研究設(shè)計(jì)的過氧化氫緩釋凝膠不影響熱壓膜材料的力學(xué)性能、透光性能和生物相容性，裝載該凝膠的新型熱壓膜材料符合制備隱形矯治器的材料要求，能用于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期美白效果的隱形矯治器的設(shè)計(jì)，為矯治器的臨床效果及應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)。