納米磷酸鈣在口腔護(hù)理產(chǎn)品中的應(yīng)用初探

童 星 杜永衛(wèi) 張 咪

江蘇雪豹日化有限公司，江蘇無錫，214400

納米粒子具有特定的物理化學(xué)、生物、光學(xué)、電學(xué)和催化性能，氧化鐵、二氧化硅、金、磷酸鈣等無機(jī)納米粒子，因其機(jī)械穩(wěn)定性和完整性、易制備、尺寸可調(diào)、表面化學(xué)多樣等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的高度關(guān)注[1]。與其他人造納米粒子不同，納米磷酸鈣廣泛存在于生物礦化的硬組織中，是人體牙齒的主要無機(jī)成分，約占牙釉質(zhì)中無機(jī)物的90%，以納米羥基磷灰石相的形式存在，賦予牙齒良好的力學(xué)硬度和生物學(xué)功能。納米磷酸鈣粒子具有很高的生物相容性、內(nèi)在的無毒性和生物降解性，在植入物的制造和生物礦化等生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，已被應(yīng)用于治療骨缺損、牙齒修復(fù)等領(lǐng)域。

本文主要介紹納米磷酸鈣的種類、合成方式及在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，探討納米磷酸鈣在口腔護(hù)理產(chǎn)品中的應(yīng)用前景。

1 納米磷酸鈣的種類

雖然羥基磷灰石納米晶體是牙釉質(zhì)最基本的組成單元，但研究發(fā)現(xiàn)，早期牙釉質(zhì)中的礦物質(zhì)是無定形磷酸鈣，接著是結(jié)晶性比較差的羥基磷灰石、磷酸八鈣、非磷灰石磷酸鈣[2]，最終才形成成熟牙釉質(zhì)的羥基磷灰石晶體。

基于磷酸根離子（PO43-，HPO42-，H2PO4-）質(zhì)子化狀態(tài)不同，以及磷酸鈣離子取代其他離子的能力不同，磷酸鈣納米材料通常含有不同磷酸鈣相，如納米羥基磷灰石、納米無定形磷酸鈣等。

1.1 納米羥基磷灰石

納米羥基磷灰石是具有生物相容性和生物活性的材料之一，在牙體硬組織上具有良好的再礦化作用和根管封閉性，可以作為防齲、根管沖填材料[3]。化學(xué)合成的納米羥基磷灰石具有一定的骨傳導(dǎo)性能，但骨誘導(dǎo)性能較低，達(dá)不到替代骨組織功能的標(biāo)準(zhǔn)要求，所以，在合成過程中必須采取相應(yīng)措施加以改進(jìn)，而其中降低鈣磷比至關(guān)重要，例如羥基磷灰石的理論組成為Ca10(PO4)6(OH)2，鈣磷比為1.67，人工合成的納米羥基磷灰石鈣磷比應(yīng)低于1.67[4]。此外，納米羥基磷灰石難以用傳統(tǒng)的化學(xué)方法制備，其晶體形貌會受溶液pH、溫度、離子強(qiáng)度、反應(yīng)物溶劑、反應(yīng)物配比、材料結(jié)晶行為等諸多因素的影響。

1.2 納米無定形磷酸鈣

無定形磷酸鈣是結(jié)晶羥基磷灰石的前驅(qū)體，通過釋放Ca2+、PO43-在脫礦牙齒上沉積，抑制礦物質(zhì)的流失從而實(shí)現(xiàn)再礦化作用，同時，納米無定形磷酸鈣的尺寸、相互作用面積、離子釋放性都優(yōu)于普通無定形磷酸鈣，再礦化能力強(qiáng)[5]，所以納米無定形磷酸鈣可以作為再礦化劑應(yīng)用。

2 納米磷酸鈣的合成方式

納米磷酸鈣的合成方式有很多種，如火焰噴霧熱解法、微波輔助法、溶膠—凝膠法、模板合成法等，合成的方法不同，合成產(chǎn)物在粒徑、化學(xué)成分、結(jié)晶度等方面會有所差異，這些差異又會影響納米顆粒在應(yīng)用過程中的吸收率、礦化作用等。

研究發(fā)現(xiàn)，以無機(jī)磷酸鹽作為磷源，前驅(qū)體溶液中高濃度的鈣離子和磷酸鹽離子會導(dǎo)致磷酸鈣快速成核、無序生長，難以控制合成產(chǎn)物的形貌和尺寸；而以含磷生物分子作為磷源，可以通過水解參數(shù)來控制磷酸根離子的水解速率，從而決定合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸，避免磷酸鈣的快速成核和無序生長[6]。

2.1 火焰噴霧熱解法

火焰噴霧熱解法是一種通過霧化的前體溶液燃燒來合成納米顆粒的過程，是制備大量具有特定性能磷酸鈣納米顆粒的一種通用方法[7]。在制備過程中，溶劑或前驅(qū)體、局部溫度和火焰停留時間，都會影響燃燒反應(yīng)。

Jung等[8]通過高溫火焰噴霧熱解法，制備了具有尺寸可控的納米羥基磷灰石粉末，鈣磷比為1.67。當(dāng)噴霧溶液的濃度從0.05 mol/L提高為2 mol/L時，納米羥基磷灰石的平均尺寸從21 nm增加到81 nm；隨著燒結(jié)溫度的增加，納米羥基磷灰石晶粒的尺寸增加，在1200 ℃、1300 ℃、1400 ℃的溫度下，燒結(jié)粒料的平均晶粒尺寸為0.93 μm、4.9 μm、18 μm，所以，可以通過改變噴霧溶液的濃度和燒結(jié)溫度來控制合成顆粒的平均尺寸。

2.2 微波輔助法

微波加熱是一種快速容積加熱方法 ，與常規(guī)加熱方法相比，反應(yīng)速率更高，通常反應(yīng)在幾分鐘內(nèi)完成，能夠節(jié)省時間、降低能耗。

S.Turk等[9]以磷酸氫二銨作為磷源，氯化鈣、硝酸鈣四水合物、氫氧化鈣作為鈣源，以800 W功率進(jìn)行微波輔助加熱15 min，可以合成球形和六方棒納米羥基磷灰石，鈣磷比為1.5，合成納米羥基磷灰石的結(jié)晶度和晶體尺寸分別在0.53～2.37、29.5～45.4 nm之間變化，表明微波輔助合成是一種在較短的工藝時間內(nèi)獲得納米羥基磷灰石的有效方法。

2.3 溶膠—凝膠法

溶膠—凝膠法合成納米磷酸鈣是基于一種鈣源和一種磷源的反應(yīng)，通常在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，具有簡單、通用性強(qiáng)、產(chǎn)物組成（鈣磷比）相對均勻、合成溫度低等優(yōu)點(diǎn)。

K.P. Sanosh等[10]分別以硝酸鈣、磷酸二氫鉀為鈣、磷的前體，雙蒸水作為稀釋介質(zhì)制備β-磷酸三鈣溶膠，用氨水調(diào)節(jié)pH；老化后，將β-磷酸三鈣凝膠在40 ℃下干燥，然后煅燒至200~800 ℃，隨著溫度的升高，β-磷酸三鈣顆粒的結(jié)晶度和微晶尺寸均增加。該研究表明，使用簡單的溶膠—凝膠法技術(shù)可以獲得高結(jié)晶納米β-磷酸三鈣粒子。

2.4 模板合成法

近年來，利用模板控制晶體生長方向的仿生合成，是獲得與天然礦化硬組織中磷酸鈣結(jié)構(gòu)、成分相似的納米磷酸鈣的一個重要方法。模板合成可以得到結(jié)晶度和鈣磷比相對較低的納米磷酸鈣，目前研究較多的模板主要是聚磷酸酯、聚乙二醇等有機(jī)聚合物模板和明膠、硫酸軟骨素、殼聚糖等生物模板。

2.4.1 有機(jī)聚合物模板

聚磷酸酯具有良好的可降解性和生物相容性，Linjing jing等[11]通過原位熔融聚合的方法，將納米羥基磷灰石/聚氨基酸（n-HA/PAA）與環(huán)磷酸酯（CPE）復(fù)合，來改善n-HA/PAA的降解性能。研究結(jié)果顯示，納米羥基磷灰石/聚磷酸酯-氨基酸（n-HA/PPE-AA）復(fù)合材料在模擬體液中浸泡1周后，表面形成了類磷灰石層；細(xì)胞在n-HA/PPEAA復(fù)合材料表面鋪展良好，表型正常延伸，無細(xì)胞毒性和高增殖，表明n-HA/PPE-AA復(fù)合材料具有可控的降解性能、良好的生物活性和細(xì)胞相容性。

聚乙二醇（PEG）是一種具有良好的水溶性有機(jī)物，Huaifa Zhang等[12]以PEG為輔助，采用化學(xué)沉淀法合成納米羥基磷灰石（n-CHAp），發(fā)現(xiàn)在球形n-CHAp中加入2%～6% PEG，可得到粒徑30～50 nm的球形n-CHAp，n-CHAp的結(jié)晶度隨著PEG濃度的增加而增大，表明PEG能夠促進(jìn)n-CHAp的生成，調(diào)節(jié)顆粒形貌和尺寸，并且能有效降低n-CHAp粉體的團(tuán)聚，排除反應(yīng)副產(chǎn)物。

2.4.2 生物模板

自然界中礦化物質(zhì)的成核和生長往往通過蛋白質(zhì)、多糖等有機(jī)大分子來控制,硫酸軟骨素（ChS）也是這些生物大分子的一種，在骨和牙齒形成的早期階段就存在。Dan He等[13]以Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)3PO4·3H2O為試劑，ChS為模板，合成納米羥基磷灰石（nHAP）。研究發(fā)現(xiàn)，以ChS為模板劑，低濃度時可以得到纖維狀nHAP，而在高濃度（≥0.5wt.%）時可以得到片狀nHAP，并且nHAP結(jié)晶度隨ChS含量不斷增加，說明HAP的成核和生長依賴于nHAP與ChS之間的化學(xué)作用，ChS濃度會影響HA的生長行為和形態(tài)。

明膠是膠原的局部水解產(chǎn)物，是肌腱和骨組織的主要有機(jī)成分，含有氨基酸等多個功能基團(tuán)，具有典型的三維螺旋結(jié)構(gòu)。Yue Liu等[14]將一種明膠水溶液與納米羥基磷灰石（nHAP）顆粒進(jìn)行戊二醛化學(xué)交聯(lián)，制備了明膠/nHAP支架；然后將骨形成蛋白-2（BMP-2）負(fù)載的纖維蛋白膠（FG）引入多孔明膠/nHAP支架中，制備了rhBMP-2負(fù)載的明膠/nHAP/FG雜化支架。研究結(jié)果顯示，明膠可以調(diào)控納米羥基磷灰石，使其定向沿著一定的方向生長，所制備的復(fù)合支架在成分上與天然骨相似，具有三維多孔結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)新生骨組織的形成，解決nHAP單獨(dú)作為支架材料的脆性問題。

3 納米磷酸鈣在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，納米磷酸鈣在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用研究主要集中在抑制口腔致病菌生長、牙體硬組織再礦化、預(yù)防和修復(fù)齲病、過敏等口腔問題。

3.1 抑菌作用

牙齦炎、齲齒、牙周炎等口腔慢性疾病都與口腔內(nèi)微生物菌落的組成和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，當(dāng)菌群失調(diào)時，變異鏈球菌、牙齦卟啉單胞菌、牙髓卟啉單胞菌、韋榮氏球菌、放線菌等致病菌就會大量繁殖，引發(fā)口腔疾病。

Victoria M.Wu等[15]研究了納米無定形磷酸鈣和納米羥基磷灰石對革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、糞腸球菌）、革蘭氏陰性菌（銅綠假單胞菌、大腸桿菌）這些常見菌株和多重耐藥菌（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌等）的抗菌作用，結(jié)果顯示：納米無定形磷酸鈣對革蘭氏陽性菌更有效，納米羥基磷灰石對革蘭氏陰性菌更有效，與常規(guī)菌株相比，納米無定形磷酸鈣對多重耐藥菌的抑菌活性弱，而納米羥基磷灰石對多重耐藥菌的抑菌活性則高。除了納米磷酸鈣的固有抗菌作用外，Zainab等[16]還研究了納米顆粒與抗生素之間的協(xié)同作用，研究發(fā)現(xiàn)采用化學(xué)沉淀法合成的磷酸鈣納米顆粒對多重耐藥菌（銅綠假單胞菌和肺炎克雷伯菌）無抗菌活性，但將其與抗生素環(huán)丙沙星（CIP）結(jié)合后，對多重耐藥菌具有了抗菌活性，并且隨著CIP濃度增加和納米顆粒粒徑的減小，抗菌活性有所增強(qiáng)。這些發(fā)現(xiàn)使具有良好生物活性的納米磷酸鈣在臨床應(yīng)用過程中，可以避免出現(xiàn)細(xì)菌感染，有望成為藥物和治療應(yīng)用的靶點(diǎn)。

3.2 再礦化作用

釉質(zhì)是人體最硬、最礦化的組織，可以抵抗機(jī)械損傷、擦傷和化學(xué)攻擊。當(dāng)口腔環(huán)境pH＜5.5時，牙釉質(zhì)中的磷酸鈣會發(fā)生溶解，即脫礦過程開始發(fā)生；隨著酸的消耗以及口腔唾液的緩沖作用，pH逐漸上升到中性，脫礦過程被抑制，唾液中的鈣磷離子又重新在牙釉質(zhì)表面結(jié)合形成新的磷灰石，這個過程就是再礦化。釉質(zhì)在口腔內(nèi)不斷受到再礦化和脫礦的過程，如果脫礦相持續(xù)較長時間，會造成礦物質(zhì)的過度流失，從而導(dǎo)致釉質(zhì)結(jié)構(gòu)喪失和空化[2]。

目前多項研究顯示，納米無定形磷酸鈣（NACP）與傳統(tǒng)磷酸鈣顆粒相比，具有較大的比表面積、體積比和高離子釋放性能，可作為脫礦劑用于促進(jìn)脫礦牙釉質(zhì)再礦化[17-18]。Siying Tao等研究了包含NACP納米粒子的粘合劑，在牙科生物膜環(huán)境中對人牙本質(zhì)的再礦化作用，結(jié)果顯示，NACP粘合劑可以減少生物膜的菌落數(shù)、生物膜的乳酸生成，并增加生物膜的鈣、磷酸鹽含量，與市售的氟釋放膠粘劑相比，NACP膠粘劑的再礦化值更高，表明NACP粘合劑在受到生物膜挑戰(zhàn)的環(huán)境下，對粘合界面仍具有保護(hù)能力，可以保護(hù)牙齒結(jié)構(gòu)、抑制繼發(fā)齲齒。

3.3 脫敏劑

牙本質(zhì)過敏癥是指牙齒在受到溫度（冷、熱）、化學(xué)物質(zhì)（酸、甜）、機(jī)械作用（摩擦或咬硬物）這些外界刺激引起的酸、軟、痛等癥狀[19]，是成年人的常見口腔問題?？拷例X表面的牙本質(zhì)小管直徑約0.5 μm，通常被釉質(zhì)層或牙骨質(zhì)層所覆蓋，當(dāng)失去保護(hù)層時，牙本質(zhì)小管便暴露出來，繼而引發(fā)牙本質(zhì)敏感。目前牙本質(zhì)過敏癥的治療集中于封閉牙本質(zhì)小管、牙髓神經(jīng)纖維去極化兩個方面，近年來，酪蛋白磷酸多肽—非結(jié)晶型磷酸鈣（CCP-ACP）、納米羥基磷灰石等新興生物材料也被作為脫敏劑應(yīng)用于臨床治療牙本質(zhì)過敏癥[20-21]。

Jutharat等以油酸為外相、十二烷基硫酸鈉為表面活性劑，加入5%～15%重量的明膠，用乳液法合成了凝膠形式的磷酸鈣納米顆粒，從研究結(jié)果中可以看出，隨著明膠添加量的增加，磷酸鈣納米顆粒的尺寸逐漸減??；含15%明膠的磷酸鈣納米顆粒過夜應(yīng)用后可以完全封閉牙本質(zhì)小管，并且可以通過重新溶解和再沉淀過程來抵抗酸性溶液侵蝕。Vano等比較了含2%納米羥基磷灰石無氟牙膏與氟化物牙膏對牙本質(zhì)過敏的治療功效，受試者每天使用測試牙膏兩次，每次10 min，在2周和4周時，測試組的冷空氣敏感度、觸覺敏感度、視覺模擬評分均顯著降低；與氟化物牙膏相比，使用含2%納米羥基磷灰石的無氟牙膏敏感性更低，說明納米羥基磷灰石是一種有效的脫敏劑，可以緩解牙本質(zhì)過敏癥狀。

4 展望

納米磷酸鈣在抑制口腔致病菌生長、牙體硬組織再礦化、預(yù)防和修復(fù)齲病、過敏等口腔問題上的研究，為口腔臨床治療開辟了新途徑。隨著對納米磷酸鈣性質(zhì)、合成方法和作用機(jī)制的深入研究，具有更多型式和功效的納米磷酸鈣材料將應(yīng)運(yùn)而生，納米磷酸鈣在口腔護(hù)理產(chǎn)品中會得到更廣泛的應(yīng)用。