聚甲基丙烯酸基托樹(shù)脂材料抗菌性能研究新進(jìn)展

楊楊，石磊，宮海環(huán)，宋艾陽(yáng)，方滕嬌子，朱松

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130021)

聚甲基丙烯酸基托樹(shù)脂材料抗菌性能研究新進(jìn)展

楊楊，石磊，宮海環(huán)，宋艾陽(yáng)，方滕嬌子，朱松

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130021)

聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)基托樹(shù)脂抗菌新方法和獨(dú)特的抗菌材料，例如可循環(huán)使用感染反應(yīng)性抗真菌基托樹(shù)脂材料、光分解過(guò)氧化氫抗菌體系、新型抗菌單體和抗菌有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化涂層材料，能夠有效解決患者長(zhǎng)期佩戴可摘義齒、活動(dòng)矯治器導(dǎo)致的義齒口炎、牙周炎等。這些研究成果代表了樹(shù)脂基托材料抗菌性能研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展，文章將對(duì)此進(jìn)行綜述。

義齒基托樹(shù)脂；抗菌性；雜化涂料；抗菌單體

聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)是目前最常用的塑料基托材料，廣泛應(yīng)用于可摘局部義齒、全口義齒和活動(dòng)矯治器等的制作。PMMA基托長(zhǎng)期佩戴，細(xì)菌真菌極易定植其表面，菌斑大量粘附，成為口腔健康隱患。許多研究表明：義齒性口炎是佩戴活動(dòng)義齒后常見(jiàn)并發(fā)癥狀，并且患者長(zhǎng)期佩戴的發(fā)病率較高[1-3]。長(zhǎng)久以來(lái)研發(fā)具有良好抗菌性能和力學(xué)性能的塑料基托材料是廣大學(xué)者孜孜以求的目標(biāo)。幾種比較有代表性方法為：(1)物理化學(xué)法；(2)增強(qiáng)基托自身抗菌能力——加入納米抗菌劑[4-5]；(3)基托表面處理——抗菌涂料等。目前在這些方法的基礎(chǔ)上又有改進(jìn)和提高，本文就近年國(guó)內(nèi)外塑料基托材料抗菌性研究新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 物理化學(xué)法——光解過(guò)氧化氫抗菌體系

2010年日本學(xué)者為更好地解決口腔感染性疾病，研制出一種新型化學(xué)抗感染方法——光分解過(guò)氧化氫體系。通過(guò)人為操作的光分解反應(yīng)產(chǎn)生活性氧，主要為羥基自由基，作用于口腔組織表面尤其是狹窄部位，可將難以去除的牙菌斑有效去除，并且光分解反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基具有終止可控的優(yōu)點(diǎn)[6]。最為普遍的義齒清潔方法如使用牙膏、牙粉，由于高度磨擦基托表面而產(chǎn)生大量微小孔隙，可為微生物提供良好的定植場(chǎng)所，顯然是不夠理想的。基于光分解過(guò)氧化氫產(chǎn)生的羥基能夠高效殺滅口腔致病菌的原理，研制出光分解過(guò)氧化氫新型高效義齒基托清潔抗菌劑。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)：波長(zhǎng)405 nm的LED光照射沉浸在濃度為500 mM H2O2溶液的義齒基托抗菌效果優(yōu)于無(wú)光照組，在10 min內(nèi)細(xì)菌減少了5個(gè)數(shù)量級(jí)。同樣的LED光照沉浸于濃度1 000 mmol/L H2O2溶液義齒基托30 min可殺滅白色念珠菌。此外優(yōu)勢(shì)還包括：抗菌過(guò)程只形成少量的PMMA基托樹(shù)脂的降解；使用前后對(duì)樹(shù)脂材料的撓曲強(qiáng)度和顏色的影響也較小[7-9]。

然而這種新型抗菌體系也存在著不足。譬如可摘義齒長(zhǎng)期使用這種抗菌清潔體系會(huì)導(dǎo)致義齒金屬構(gòu)件反復(fù)暴露于反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基環(huán)境中而被腐蝕。因?yàn)榱u基自由基具有孤對(duì)電子，將奪取金屬電子，導(dǎo)致氧化腐蝕。此外研究顯示LED光照強(qiáng)度過(guò)高(超過(guò)16 mW/cm2)和過(guò)多的清洗次數(shù)都會(huì)加速基托本身老化降解[9-10]。

2 增強(qiáng)塑料基托自身抗菌性——新型抗菌單體

2.1 季銨甲基酰氧基硅酸鹽季銨甲基酰氧基硅酸鹽(Quaternary ammonium methacryloxy silicate，QAMS)是通過(guò)溶膠-凝膠法獲得的大分子抗菌單體，采用可聚合甲基丙烯酸官能團(tuán)有機(jī)改性硅酸鹽和含有季銨基團(tuán)的抗菌劑，通過(guò)溶膠-凝膠有機(jī)雜化反應(yīng)合成[11]，具有較好力學(xué)性能和高轉(zhuǎn)化率及聚合收縮小等特點(diǎn)。其抗菌性已通過(guò)單種類(lèi)生物膜如Streptococcusmutans(ATCC 36558)、Actinomyces naeslundii(ATCC 12104)和Candida albicans(ATCC 90028)抗菌試驗(yàn)得到證實(shí)。通過(guò)樹(shù)脂基質(zhì)中水誘導(dǎo)有機(jī)改性硅酸鹽凝聚反應(yīng)，QAMS樹(shù)脂還具有自我修復(fù)潛能[12]。長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的老化試驗(yàn)后仍能夠維持其抗菌活性，顯示其具有良好應(yīng)用前景[11，13]。但季銨鹽型抗菌單體固化前表現(xiàn)出強(qiáng)效、快速的殺菌作用，而固化后則僅能抑制細(xì)菌的代謝和生長(zhǎng)。季銨鹽型抗菌單體固化前后的抗菌機(jī)理，目前仍不十分明確[14]。

2.2 甲基丙烯酸叔丁基氨基乙酯甲基丙烯酸叔丁基氨基乙酯(2-tertbutylaminoethyl methacrylate，TBAEMA)是一種含有側(cè)鏈氨基的抗菌單體，將其添加到塑料基托，氨基成分分布在基托表面可以抑制表面細(xì)菌的粘附增殖。有研究表明，添加10%～25% TBAEMA的基托樹(shù)脂對(duì)金黃葡萄球菌和變形鏈球菌顯示出強(qiáng)烈的抑制生物膜形成作用[15]，但是對(duì)白色念珠菌生物膜形成無(wú)抑制作用，并且添加TBAEMA會(huì)降低義齒基托的力學(xué)性能[16]。

3 基托表面處理——新型抗菌有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化涂層材料

對(duì)義齒基托表面進(jìn)行處理，從而獲得抗菌能力，是一種較為理想的方法，其優(yōu)點(diǎn)是將抗菌成分有效地分布在基托表面，增加了與細(xì)菌接觸的機(jī)率。有學(xué)者研制出一種新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化抗菌涂層材料。這種抗菌涂層體系包括：通過(guò)溶膠-凝膠反應(yīng)制得的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化涂料和介孔二氧化硅載銀抗菌劑兩大部分。雜化涂料主要由有機(jī)聚合物涂料和有機(jī)雜化硅溶膠組成。有機(jī)聚合物涂料由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸三種單體共聚而成；有機(jī)雜化硅溶膠由正硅酸乙酯和縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷共水解縮合生成。涂層材料對(duì)基托附著力強(qiáng)，具有較高的耐磨損硬度和長(zhǎng)時(shí)間的耐水性。氯化銀負(fù)載到具有空心核-介孔殼層結(jié)構(gòu)的硅鋁氧化物微球內(nèi)制成抗菌劑，然后將其分散到雜化涂料中，制備得到最終的抗菌涂層材料。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種新型抗菌有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化涂層材料提高了基托表面光澤度，透明性能較好，有利于減少口腔細(xì)菌粘附及色素沉著，具有良好的抗菌性能，可發(fā)揮義齒上光劑的作用，同時(shí)降低基托樹(shù)脂的吸水性和溶解性并減少單體滲出，生物安全性能良好。這種雜化膜制備方法也簡(jiǎn)便易行(僅需要涂布基托材料表面后加熱固化)[17-19]。

4 其他——可循環(huán)使用感染反應(yīng)性抗真菌基托樹(shù)脂材料

為賦予PMMA基托樹(shù)脂抗菌性，可將單體與陽(yáng)離子抗菌劑如咪康唑或氯己定形成共價(jià)結(jié)合。但這種方法具有一定局限性：首先抗菌性只能維持?jǐn)?shù)周或數(shù)月；其次在口腔酸性條件下(pH=5)結(jié)合的藥物釋放速度加快，導(dǎo)致材料抗菌性持續(xù)時(shí)間縮短，結(jié)果藥物耗盡，無(wú)法維持最小抑菌濃度，而且材料無(wú)法根據(jù)是否存在活動(dòng)性感染而控制藥物的釋放。新型可循環(huán)使用感染反應(yīng)性抗真菌基托樹(shù)脂材料有效地改善了這些缺陷。可循環(huán)使用感染反應(yīng)性抗真菌基托樹(shù)脂包含二脲烷二甲基丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯共聚合形成可循環(huán)充藥載體，可供加載的抗真菌藥物成分咪康唑或氯己定，EDTA藥物去除劑三部分。當(dāng)患者患有活動(dòng)性義齒口炎時(shí)，可選擇合適藥物添加到基托樹(shù)脂上，重復(fù)充藥從而保證抗菌的長(zhǎng)期性(數(shù)年至更長(zhǎng))；當(dāng)口腔內(nèi)無(wú)活動(dòng)性口炎時(shí)則使用EDTA將加載的藥物洗出，維持口腔生態(tài)平衡[20]。這種樹(shù)脂經(jīng)證實(shí)具有高效穩(wěn)定的抗真菌活性，生物安全性可靠[21]。后來(lái)在此基礎(chǔ)上，Sun等[22]改進(jìn)合成了新型聚N-乙烯基吡咯烷酮-枝接纖維基托樹(shù)脂，可選擇更多種類(lèi)的載體藥物，維持更長(zhǎng)時(shí)間的抗菌藥物釋放，并且還具備了控制生物膜形成的功能。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：這類(lèi)樹(shù)脂可充分吸收抗真菌藥物然后緩慢釋放數(shù)周至數(shù)月，維持對(duì)真菌和生物膜形成的抑制作用，并且可以根據(jù)需要重復(fù)添加抗菌藥[22]。

這種具有加載藥物、發(fā)揮藥效和終止作用三種功能的新概念基托樹(shù)脂，今后有可能會(huì)成為治療義齒性口炎、修復(fù)體矯治器相關(guān)性感染材料的發(fā)展方向。目前因其操作的特殊性，患者必須在醫(yī)生幫助下使用而導(dǎo)致其不能廣泛應(yīng)用，若能簡(jiǎn)化操作步驟和設(shè)備，將會(huì)擁有更好的應(yīng)用前景。

5 小結(jié)

現(xiàn)階段基托樹(shù)脂抗菌領(lǐng)域無(wú)法做到對(duì)基托本身力學(xué)性能、顏色美觀性、抗菌成分長(zhǎng)期有效性等各方面地協(xié)調(diào)發(fā)展，并且所添加抗菌成分的生物安全性也有待提高。目前暫無(wú)各方面均令人滿(mǎn)意的方法，然而我們有理由相信隨著材料技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)階段的難題將會(huì)被攻克，義齒基托樹(shù)脂材料抗菌性研究能夠突破瓶頸，其成果也終將造福廣大患者。

[1]Sesma N,Rocha AL,Lagana C,et al.Effectiveness of denture cleanser associated with microwave disinfection and brushing of complete dentures:In vivo study[J].Braz Dent J,2013,24(4): 357-361.

[2]Gendreau L,Loewy ZG.Epidemiology and etiology of denturestomatitis[J].J Prosthodont,2011,20(4):251-260.

[3]Zomorodian K,Haghighi NN,Rajaee N,et al.Assessment of Candida species colonization and denture-related stomatitis in complete denture wearers[J].Med Mycol,2011,49(2):208-211.

[4]李哲,藍(lán)菁,亓慶國(guó).納米載銀無(wú)機(jī)抗菌劑對(duì)白色念珠菌生物膜形成的影響[J].口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志,2012,13(3):137-141.

[5]陶建祥,宋秀麗,姚元元,等.甲基丙烯酸偶聯(lián)TiO2/PMMA基托樹(shù)脂的自潔抗菌性能[J].上?？谇会t(yī)學(xué),2012,21(2):130-133.

[6]Ikai H,Nakamura K,Shirato M,et al.Photolysis of hydrogen peroxide,an effective disinfection system via hydroxyl radicalformation [J].AntimicrobAgents Ch,2010,54(12):5086-5091.

[7]Kanno T,Nakamura K,Ikai H,et al.Novel denture-cleaning system based on hydroxyl radical disinfection[J].Int J Prosthodont,2012, 25(4):376-380.

[8]Oyamada A,Ikai H,Nakamura K,et al.In vitro bactericidal activity of photo-irradiated oxydol products via hydroxyl radical generation [J].Biocontrol Sci,2013,18(2):83-88.

[9]Nakahara T,Harada A,Yamada Y,et al.Influence of a new denture cleaning technique based on photolysis of H2O2the mechanical properties and color change of acrylic denture base resin[J].Dent Mater J,2013,32(4):529-536.

[10]Nakamura K,Yamada Y,Takada Y,et al.Corrosive effect of disinfection solution containing hydroxyl radicals generated by photolysis of H2O2on dental metals[J].Dent Mater J,2012,31(6):941-946.

[11]Gong S,Epasinghe J,Zhou B,et al.Effect of water-aging on the antimicrobial activities of an ORMOSIL-containing orthodontic acrylic resin[J].Acta Biomater,2013,9(6):6964-6973.

[12]Gong S,Niu L,Kemp LK,et al.Quaternary ammonium silane-functionalized,methacrylate resin composition with antimicrobial activities and self-repair potential[J].Acta Biomater,2012,8(9):3270-3282.

[13]Gong S,Epasinghe J,Rueggeberg F A,et al.An ORMOSIL-containing orthodontic acrylic resin with concomitant improvements in antimicrobial and fracture toughness properties[J].PLos One,2012,7 (8):e42355.

[14]Imazato S,Ebi N,Tarumi H,et al.Bactericidal activity andcytotoxicity of antibacterial monomer MDPB[J].Biomaterials,1999,20 (9):899-903.

[15]Marra J,Paleari AG,Rodriguez LS,et al.Effect of an acrylic resin combined with an antimicrobial polymer on biofilm formation[J]. J.Appl Oral Sci,2012,20(6):643-648.

[16]Rodriguez LS,Paleari AG,Giro G,et al.Chemical characterization and flexural strength of a denture base acrylic resin with monomer 2-tert-butylaminoethyl methacrylate[J].J Prosthodont,2012,22 (4):292-297.

[17]Li XL,Zuo WW,Luo M,et al.Silver chloride loaded mesoporous silica particles and their application in the antibacterial coatings on denture base[J].Chem Res Chinese U,2013,29(6):1214-1218.

[18]左偉文,黃華莉,石磊,等.義齒樹(shù)脂基托表面有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜的制備與研究[J].材料工程,2013,10:71-75.

[19]羅夢(mèng).納米二氧化硅載銀抗菌涂料制備與其抗菌性和生物安全性研究[D].吉林:吉林大學(xué),2013.

[20]Cao Z,Sun X,Yeh C K,et al.Rechargeable infection-responsive antifungal denture materials[J].J Dent Res,2010,89(12):1517-1521.

[21]Villar CC,Lin AL,Cao Z,et al.Anticandidal activity andbiocompatibility of a rechargeable antifungal denture material[J].Oral Dis, 2013,19(3):287-295.

[22]Sun X,Cao Z,Yeh CK,et al.Antifungal activity,biofilm-controlling effect,and biocompatibility of poly(N-vinyl-2-pyrrolidinone)-grafted denture materials[J].Colloid Surface B,2013,110 (1):96-104.

Advances in anti-bactericidal approaches of PMMA denture base resins.

YANG Yang,SHI Lei,GONG Hai-huan,

SONG Ai-yang,FANG-Teng Jiao-zi,ZHU Song.
College of Stomatology,Jilin University,Changchun 130021,Jilin CHINA

Long period usage of PMMA denture base follows denture stomatitis,periodontitis and some other oral infectious diseases.A series of anti-microbial approaches have been invented with the properties of self-repair and anti-microbial,such as rechargeable infection responsive denture materials,photolysis of hydrogen peroxide bactericidal system,quaternary ammoniumilane-functionalized,methacrylate resin and organic/inorganic hybrid antibacterial coating.These research achievements represent the latest advances in this field and they will be described in this review.

Denture base resin;Anticandidal activity;Hybrid coating;Anticandidal monomer

R783.1

A

1003—6350（2014）17—2566—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.17.1002

2014-03-19)

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：81070865)

朱松。E-mail：zhusong1965@163.com