發(fā)布時間：2017-06-29 00:01

  本文關(guān)鍵詞：不同粒徑羥基磷灰石對早期釉質(zhì)齲再礦化及吸附重金屬離子作用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：齲病是口腔最常見的疾病,嚴(yán)重影響人類的口腔乃至全身健康,并且隨著年齡的增長,其患病率和發(fā)病率都呈現(xiàn)上升的趨勢,因此一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。齲病是在以細(xì)菌為主的多種因素影響下,牙齒硬組織發(fā)生慢性進行性破壞的一種疾病。長期以來,人們認(rèn)為齲病是一個脫礦為主的病變,其發(fā)生發(fā)展的過程是不可逆的,牙齒內(nèi)的礦物質(zhì)是永久性丟失,最終形成了齲洞。而現(xiàn)代齲病學(xué)理論認(rèn)為：齲病的發(fā)生是一個脫礦與再礦化不斷交替變化的過程。再礦化是溶液中的鈣磷等離子重新沉積到部分溶解的晶體表面并誘導(dǎo)其重新增長的過程,它不但可以維持牙釉質(zhì)內(nèi)礦物質(zhì)丟失與獲得之間的動態(tài)平衡,而且還能促進齲損的自然修復(fù)或使其愈合。氟是目前最有效的阻止牙體組織脫礦,促進其再礦化的材料。盡管氟的防齲功效已得到大量的研究證明,但是過度使用氟化物也帶來了副作用,如氟斑牙、氟骨癥等。因此,在研究提高氟化物利用的同時,仍然有必要繼續(xù)探索其他有效的非氟防齲藥物。羥基磷灰石(hydroxyapatite, HA)是牙齒硬組織的主要無機成分,因其具有良好的生物相容性和生物活性,近年來是生物材料研究的熱點之一。隨著納米材料在吸附、光學(xué)、磁性、催化及化學(xué)活性等方面性能研究的深入,對HA的研究也進入了探索應(yīng)用納米羥基磷灰石(nano-hydroxyapatite, n-HA)性能的新階段�；趎-HA具有和人類牙齒近似的微晶結(jié)構(gòu),近年來有初步報道n-HA對牙齒的功效研究,表明其在早期釉質(zhì)齲再礦化、緩解牙本質(zhì)敏感及美白等方面有較好的效果。由于比表面積大、顆粒表面原子數(shù)多,n-HA具有較高的表面能、高靜電場等特性,可增加Ca2+的遷移,促進脫礦區(qū)的再礦化。另一方面,在環(huán)境功能礦物材料研究領(lǐng)域,n-HA作為一種無機材料,又是用來治理土壤污染及水污染的重要環(huán)境功能材料。隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展,包括水、空氣、土壤等的污染已成為許多國家所面臨且迫切需要解決的重大環(huán)境問題。重金屬是水的主要污染源之一。重金屬離子在自然環(huán)境中不能被生物降解,且具有生物累積性和富集性。當(dāng)重金屬攝入人體后,會和生物高分子發(fā)生相互作用而使它們失去活性,引起器官的病變；又由于重金屬的生物累積性,會造成慢性累積性中毒。近年來媒體披露的重金屬污染事件屢見不鮮,特別是我國絕大多數(shù)城市缺乏污水排放和集中處理設(shè)施,導(dǎo)致大量生活污水未經(jīng)處理就直接排入水體造成環(huán)境污染。因此,防治重金屬水污染刻不容緩!近年來大量研究顯示n-HA具有強大的吸附能力,對污染的水質(zhì)或土壤中的重金屬離子有良好的吸附去除效果,是一種優(yōu)異的吸附劑�；贖A在口腔保健用品和吸附重金屬離子中的作用,本課題組研究在牙膏中添加HA。一方面發(fā)揮其口腔保健功效,另一方面,在刷牙后,少量牙膏殘留于口腔,絕大多數(shù)牙膏廢液流入下水道,又可發(fā)揮HA吸附生活廢水中重金屬離子的作用,并由此在國際上率先提出“環(huán)保型功效牙膏”概念,且在前期研究中初步驗證了其可行性,從而為人們的刷牙行為賦予了環(huán)保意義,因此本研究具有重要的環(huán)保價值。以往大多數(shù)研究的是單一粒徑的HA的再礦化作用,缺乏對不同粒徑HA的再礦化效果的比較研究。單純HA和摻HA牙膏對重金屬離子吸附效果的比較研究未見報道。且隨著納米粒徑的減少,其吸附性能是否更好?目的采用檸檬酸酸蝕牙釉質(zhì),掃描電鏡觀察釉質(zhì)表面脫礦不同時間后的形態(tài)學(xué)特征,獲得研究早期釉質(zhì)齲的實驗?zāi)Ｐ?為下一步的研究提供更接近自然齲損的化學(xué)脫礦實驗方法。在建立早期釉質(zhì)齲的基礎(chǔ)上,通過體外pH循環(huán)實驗,模擬口腔內(nèi)環(huán)境,采用顯微硬度儀及掃描電鏡研究不同粒徑HA對早期釉質(zhì)齲的再礦化作用,進一步探討其防齲機制。比較不同粒徑HA及其牙膏分別對模擬廢水中鎘離子及銅離子的吸附能力,同時研究摻HA牙膏對重金屬離子吸附的穩(wěn)定性及作用機制。方法(1)選取因正畸治療而拔除的人恒前磨牙,要求牙齒無白堊斑、無齲壞、無裂紋或其他缺損。使用金剛砂車針,在冷水冷卻下將牙冠切割制成釉質(zhì)塊,將釉質(zhì)表面拋光。自然干燥后用顯微硬度儀(Knoop壓頭,10g,15s)測量基線表面顯微硬度(surface microhardness, SMH),選擇硬度值范圍為305～355 KHN (Knoop hardness number,努氏硬度值)釉質(zhì)塊,釉質(zhì)塊表面開窗,面積約為4mm×4mm大小,其余部位涂布2層抗酸指甲油,自凝樹脂包埋。選取30個釉質(zhì)塊,隨機分為3組,每組10個樣本。將每組樣本置于100 mL10%的檸檬酸溶液中,酸蝕時間分別為90 s、120 s、150 s,去除檸檬酸溶液,再置于去離子水中超聲波清洗。從各組隨機抽取5個標(biāo)本作為掃描電鏡(SEM)觀察用。將各標(biāo)本按組編號,去離子水沖洗后,置于干燥箱中干燥。進行SEM觀察(每個標(biāo)本隨機選取3個不同區(qū)域),并在不同放大倍數(shù)下(×10000、×30000、×60 000)拍攝電鏡圖像并存儲。(2)將上述制備好的釉質(zhì)塊樣本放入10%的檸檬酸溶液中酸蝕120s,去除檸檬酸溶液,在釉質(zhì)塊上形成人工齲。測量脫礦后人工齲表面顯微硬度,選擇硬度值范圍為155～185 KHN釉質(zhì)塊60個用于pH循環(huán)實驗。本實驗將60個人工釉質(zhì)齲樣本隨機分為6組(即10個/組)：NaF組(陽性對照)：氟濃度為1g/L的氟化鈉溶液；DDW組(陰性對照)：去離子水；20 nm HA組；30 nm HA組；60 nm HA組和12 μm HA組。采用體外pH循環(huán)流程,在37℃恒溫水浴箱中持續(xù)處理12 d。每天的pH循環(huán)包括：實驗組處理4次,每次處理3 min,放入脫礦液中浸泡2 h,其余時間浸泡在再礦化溶液中。上述所用溶液均為每天新鮮配置。SEM觀察正常釉質(zhì)、脫礦后及再礦化后形貌。從各組隨機抽取5個標(biāo)本,每個標(biāo)本隨機選取3個不同區(qū)域進行掃描電鏡觀察,并在不同放大倍數(shù)下(×10000、×30000、×60000)拍攝電鏡圖像并存儲。各組另外5個標(biāo)本,在各釉質(zhì)塊窗口再次測量表面顯微硬度,然后對脫礦前、脫礦后及pH循環(huán)后測得的所有5個硬度值的平均值進行比較,并計算出表面顯微硬度恢復(fù)的百分比(%SMHR)。采用16.0版SPSS統(tǒng)計軟件包進行統(tǒng)計分析,選用配對t檢驗比較再礦化前后的顯微硬度值,選用單因素方差分析及其兩兩比較來比較各組表面顯微硬度恢復(fù)的百分比。(3)將20 nm HA、30 nm HA、60 nm HA、12 μm HA粉末分別配成4組系列濃度的HA懸液,再取上述HA懸液1 mL分別加入50 mL鎘、銅離子溶液中。靜置反應(yīng)1d后,離心、過濾,取上清液用電感藕合等離子發(fā)射光譜儀(Inductively coupled plasma emission spectrometer, ICP)測定剩余鎘、銅離子的濃度,計算吸附率。將摻20 nm HA、30 nm HA、60 nm HA、12 μm HA牙膏及空白牙膏分別配成5組系列濃度的牙膏懸液,取上述牙膏懸液1 mL分別加入50 mL鎘、銅離子溶液中。靜置反應(yīng)1d后,離心、過濾,取上清液用ICP測定剩余鎘、銅離子的濃度,計算吸附率。重復(fù)上述方法配置反應(yīng)體系,靜置14 d、28 d,再次測量殘余鎘、銅離子濃度,并計算吸附率。結(jié)果(1對牙釉質(zhì)進行脫礦處理后,釉質(zhì)表面呈現(xiàn)明顯的酸蝕狀外觀,呈典型的蜂窩狀、多孔隙的缺損。酸蝕時間為90 s時,釉質(zhì)表面的孔狀結(jié)構(gòu)增多、加深且形態(tài)不規(guī)則,高倍鏡下(×30000)見孔狀結(jié)構(gòu)附近的釉質(zhì)表面粗糙,僅見小部分釉柱晶格脫礦溶解,脫礦能力有限。繼續(xù)酸蝕至120 s,低倍鏡下呈典型的魚鱗狀,頭部溶解脫礦,逐步向尾部擴展,邊界清晰,形成中央較淺的凹陷區(qū)域；高倍鏡下,釉柱排列不緊密,比較疏松,原有的釉柱結(jié)構(gòu)部分消失,可見微孔和明顯的釉柱端凹陷,同時周圍不規(guī)則的多孔狀結(jié)構(gòu)增多,蜂窩狀結(jié)構(gòu)明顯。酸蝕處理至150s時,牙釉質(zhì)表面呈現(xiàn)明顯的腐蝕狀形貌,晶體中央溶解造成晶體中心區(qū)穿孔,晶體溶解區(qū)不斷擴大,相鄰晶體的穿孔溶解區(qū)相互融合,形成大面積的晶體結(jié)構(gòu)崩解區(qū)。(2實驗各組均能提高脫礦釉質(zhì)的表面顯微硬度(P0.05),各組間pH循環(huán)前后釉質(zhì)表面顯微硬度的提高有顯著不同,通過方差分析及兩兩比較得到,納米級HA明顯優(yōu)于微米級HA,20 nm HA組顯微硬度恢復(fù)的百分比為70.5%,高于30 nm HA組(64.3%),但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05),其余各組之間表面顯微硬度恢復(fù)的百分比都具有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05),其中NaF組硬度恢復(fù)的百分比最高達81.8%,DDW組最低為16.9%。納米HA組礦化后的釉質(zhì)表面外觀比氟化物組,更加規(guī)則、均勻,高倍鏡下,進一步觀察在脫礦面上可見均勻密集的,有許多針狀或短棒狀的晶體顆粒沉積封閉,與正常釉質(zhì)結(jié)構(gòu)鑲嵌緊密。蜂窩結(jié)構(gòu)消失,少見或不見釉面脫礦孔隙,20 nm HA組和30 nm HA組未見明顯差別。60 nm HA組稍欠均勻平整,有少數(shù)脫礦孔區(qū)可見。12 μm HA組：釉質(zhì)表面僅有小部分沉積物形成,低倍鏡下可見大顆粒懸浮于表面,高倍鏡下其外觀與DDW組相似,且因晶體粒度大,不能進入脫礦釉質(zhì)深層,仍有部分蜂窩狀結(jié)構(gòu)可見。(3不同粒徑HA對模擬廢水中的鎘離子具備較強的吸附能力,其吸附率隨著HA懸液濃度的增加而升高,平均吸附率達80%左右,納米級HA的吸附能力優(yōu)于微米級。不同粒徑HA牙膏對模擬廢水中的鎘離子具備一定的吸附能力,其吸附率也隨著HA懸液濃度的增加而升高,但平均吸附率比單純HA降低了19%左右,摻HA牙膏組的吸附能力均高于空白牙膏組。摻20 nm HA和摻30 nmHA牙膏組對鎘離子的吸附效果較為穩(wěn)定,隨時間的推移吸附率未出現(xiàn)解吸附現(xiàn)象。HA吸附鎘離子的可能機制為離子交換、溶解-沉淀、表面絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)過程。不同粒徑的HA及其牙膏對模擬生活廢水的銅離子均具有良好的吸附能力,并隨著其濃度增加而增大,且摻入牙膏后吸附能力增強,均以粒徑20 nm HA的吸附能力最大。HA及其牙膏對銅離子的吸附效果都比較穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)解吸附現(xiàn)象。HA對銅離子的去除機制可能是離子交換吸附為主并有物理吸附的作用。摻HA牙膏懸液對銅離子的去除可能是離子交換吸附協(xié)同物理吸附作用。本研究得出,隨著HA懸液或牙膏懸液濃度的增加,其對鎘、銅離子的吸附能力逐漸下降。通過對HA懸液及其牙膏懸液的吸附能力倍數(shù)與其濃度倒數(shù)倍數(shù)進行線性擬合,首次發(fā)現(xiàn)HA和牙膏懸液的吸附能力倍數(shù)與其濃度倒數(shù)倍數(shù)呈良好的線性相關(guān)關(guān)系。因此,作為吸附劑來吸附生活污水中的重金屬離子,HA的濃度不是越高越好,推測HA的濃度增大后,可能影響其表面的結(jié)合位點。結(jié)論(1首次運用檸檬酸溶液對牙釉質(zhì)進行酸蝕,采用掃描電鏡進行觀察不同時間脫礦后的表面形貌,結(jié)果表明10%的檸檬酸溶液脫礦牙釉質(zhì)120 s,可獲得高效、可靠早期人工釉質(zhì)齲模型。(2n-HA對早期牙釉質(zhì)齲有較好的再礦化作用,能顯著提高早期人工釉質(zhì)齲的表面顯微硬度,以20 nm HA的效果最好。(3)HA及摻入牙膏后都對鎘離子具有較強的吸附作用,摻入牙膏后其吸附率有所下降。HA及摻入牙膏后都對銅離子具有較強的吸附作用,摻入牙膏后其吸附率明顯提高,其中以20 nm HA及摻20 nm HA牙膏后的吸附能力最佳。首次發(fā)現(xiàn)HA和牙膏懸液對鎘、銅離子的吸附能力倍數(shù)與其濃度倒數(shù)倍數(shù)呈良好的線性相關(guān)關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：齲齒 納米羥基磷灰石 檸檬酸 牙膏 重金屬離子
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R781.1
【目錄】：

• 摘要3-9
• ABSTRACT9-19
• 前言19-31
• 1 齲病的研究趨勢19-21
• 2 HA的作用21-22
• 3 HA在口腔保健方面的應(yīng)用22-24
• 4 水體中重金屬離子的污染24-27
• 參考文獻27-31
• 第一章 檸檬酸致牙釉質(zhì)脫礦的掃描電鏡研究31-41
• 1.1 材料與方法31-33
• 1.2 結(jié)果33-35
• 1.3 討論35-39
• 參考文獻39-41
• 第二章 不同粒徑羥基磷灰石對早期人工釉質(zhì)齲再礦化作用的研究41-61
• 2.1 材料與方法42-46
• 2.2 結(jié)果46-52
• 2.3 討論52-57
• 2.4 小結(jié)57-58
• 參考文獻58-61
• 第三章 不同粒徑羥基磷灰石及摻入牙膏后對鎘離子吸附作用的研究61-82
• 3.1 材料與方法62-65
• 3.2 結(jié)果65-78
• 3.3 討論78-80
• 3.4 小結(jié)80
• 參考文獻80-82
• 第四章 不同粒徑羥基磷灰石及摻入牙膏后對銅離子吸附作用的研究82-102
• 4.1 材料與方法82-86
• 4.2 結(jié)果86-98
• 4.3 討論98-100
• 4.4 小結(jié)100
• 參考文獻100-102
• 全文總結(jié)102-104
• 附錄 英文縮寫詞104-105
• 在校期間研究成果105-106
• 致謝106-108
• 統(tǒng)計學(xué)審稿證明108

  本文關(guān)鍵詞：不同粒徑羥基磷灰石對早期釉質(zhì)齲再礦化及吸附重金屬離子作用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：495737