納米尺寸無(wú)定形磷酸鈣修復(fù)脫礦牙本質(zhì)對(duì)其微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響.pdf

1、近年來(lái)的研究表明骨骼和牙齒是無(wú)定形磷酸鈣(amorphous calcium phosphate，ACP)在生物大分子生調(diào)控下經(jīng)歷一系列相變而生成的生物體典型礦化組織。無(wú)定形相礦物作為生物礦物的前驅(qū)體，可憑借其各向同性和可塑性而在骨骼和牙齒的礦化過(guò)程中進(jìn)入膠原纖維網(wǎng)架，形成具有優(yōu)良機(jī)械性能的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體。但是，無(wú)定形磷酸鈣的表面能非常低，如果不是被穩(wěn)定劑穩(wěn)定或者儲(chǔ)存條件干燥，它很容易相交為熱力學(xué)更穩(wěn)定的羥基磷灰石而失去其各向同性和可

2、塑性，無(wú)法進(jìn)入膠原纖維內(nèi)部微空間。目前也鮮有關(guān)于穩(wěn)定劑濃度對(duì)于無(wú)定形磷酸鈣相交時(shí)間以及礦化效果的研究。另外，許多學(xué)者嘗試從仿生礦化的角度來(lái)修復(fù)脫礦牙本質(zhì)，以其恢復(fù)其天然的微觀結(jié)構(gòu)和足夠的力學(xué)性能。目前主流的研究采用兩種非膠原蛋白類似物，用含有鈣磷離子源的溶液已經(jīng)可以在脫礦的牙本質(zhì)膠原纖維網(wǎng)架上形成纖維內(nèi)和纖維外礦物。然而，再礦化的時(shí)間在4個(gè)月左右，因此其臨床應(yīng)用前景不佳。因此，嘗試用無(wú)定形磷酸鈣再礦化脫礦牙本質(zhì)將為解決這一問(wèn)題提供新的思

3、路。
　　目的:
　　本實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)部分，首先用不同濃度的聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)作為穩(wěn)定劑，合成納米尺寸無(wú)定形磷酸鈣顆粒，探索PAA濃度和ACP顆粒相變時(shí)間以及粒徑的關(guān)系;再將上述合成顆粒用于修復(fù)脫礦牙本質(zhì)，揭示相變時(shí)間和粒徑不同的ACP對(duì)再礦化牙本質(zhì)效果的影響，追蹤礦化良好樣本的礦化過(guò)程;最后用透射電鏡觀察牙本質(zhì)再礦化層的結(jié)構(gòu)，用納米壓痕檢測(cè)牙本質(zhì)再礦化層的力學(xué)性能，探討再礦化層牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)和力

4、學(xué)性能的關(guān)系。
　　方法:
　　1.經(jīng)過(guò)本組前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)，選用濃度分別為100μg/ml，500μg/ml以及1000μg/ml的PAA作為調(diào)控劑來(lái)合成ACP。然后，用傅里葉紅外分別追蹤其相變過(guò)程，用SEM表征相變后的ACP顆粒的形貌，得出PAA濃度對(duì)合成的ACP相交時(shí)間和粒徑大小的影響。
　　2.選取三個(gè)月內(nèi)拔除的無(wú)齲人類第三磨牙，用慢速切割機(jī)在水冷卻作用下垂直于牙長(zhǎng)軸切取厚度為1mm的牙本質(zhì)片，共計(jì)30個(gè)樣本。用濃

5、度為35％的磷酸酸蝕，大量二蒸水沖洗，得到脫礦牙本質(zhì)模型。將上述牙片分為三組(N=10)，置于不同PAA濃度下合稱的納米尺寸ACP溶液中再礦化，置于37.5℃恒溫箱中培養(yǎng)，按紅外所得相交時(shí)間取出樣本，篩選能修復(fù)脫礦牙本質(zhì)的ACP顆粒。并取另外10個(gè)樣本重復(fù)礦化效果最佳組的實(shí)驗(yàn)，分別于第1，3，5，7天，每次取出2個(gè)樣本，按照表征所需制樣，用SEM和TEM追蹤礦化過(guò)程。
　　3.在礦化第15天，取出最后2個(gè)樣本，其中一個(gè)用環(huán)氧樹(shù)脂包

6、埋，用超薄切片機(jī)切取厚度約為80 nm的切片，做TEM表征，觀察牙本質(zhì)再礦化層的結(jié)構(gòu)。另外一個(gè)取出后保持再礦化表面濕潤(rùn)，用納米壓痕檢測(cè)儀檢測(cè)牙本質(zhì)再礦化層的力學(xué)性能。
　　結(jié)果:
　　1.PAA的濃度和ACP顆粒的粒徑大小成反比，和相變時(shí)間成正比，SEM表征可見(jiàn)500μg/ml的PAA可以調(diào)控合成15nm左右的ACP顆粒，且相交時(shí)間約為15天。
　　2.500μg/ml的PAA調(diào)控合成ACP顆粒可以有效修復(fù)脫礦牙本質(zhì)，

7、第15天所取樣本可見(jiàn)再礦化層的礦物密度與天然牙本質(zhì)近似，高分辨透射可見(jiàn)纖維內(nèi)礦物和纖維外礦物均有形成。而高濃度PAA調(diào)控合成的ACP顆粒15天后未見(jiàn)明顯礦化，低濃度PAA調(diào)控合成的ACP顆?？梢?jiàn)僅脫礦層表面有一層礦物質(zhì)。
　　3.通過(guò)對(duì)礦化效果良好的樣本進(jìn)行追蹤，按照1，3，5，7天取樣，可見(jiàn)再礦化是由脫礦層基底逐漸向外層生長(zhǎng)的過(guò)程，纖維內(nèi)礦物和纖維外礦物均可見(jiàn)，且ACP在這一過(guò)程中逐漸相變?yōu)镠AP。
　　4.再礦化15天樣

8、本的TEM表征可見(jiàn)，再礦化層同時(shí)有纖維內(nèi)礦物和纖維外礦物形成，這是成功修復(fù)脫礦牙本質(zhì)，恢復(fù)天然牙本質(zhì)等級(jí)結(jié)構(gòu)的有力而直接的證明。輔助的納米壓痕測(cè)試可見(jiàn)再礦化牙本質(zhì)的硬度和彈性模量與天然牙本質(zhì)相當(dāng)。
　　結(jié)論:
　　PAA的濃度可以影響ACP顆粒的粒徑和相變時(shí)間，通過(guò)調(diào)整PAA的濃度可以配置能既能利用ACP流動(dòng)性滲透進(jìn)入膠原纖維內(nèi)部，又能在合適時(shí)間內(nèi)相變?yōu)镠AP的礦化液，從而達(dá)到修復(fù)脫礦牙本質(zhì)的目的。脫礦牙本質(zhì)的再礦化是一個(gè)由