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Nano Res.│南昌大学王小磊、廖岚团队:由“漆齿”文化启发的隐形多效护齿喷雾

本篇文章版权为王小磊、廖岚团队所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


我们会给手机做“加法”,通过增加贴膜来保护屏幕,哪怕手机使用很少超过五年;我们会给汽车做“加法”,通过增加镀膜来保护漆面,哪怕汽车使用很少超过十五年;然而,随着人均寿命的日益提升,需要陪我们一辈子的牙齿,却依旧长年裸露在复杂的口腔微环境中,且表面一旦受损,难以再生。那么,我们是不是也应该考虑给牙齿做个“加法”呢?

牙齿是人体最坚硬的组织,主要负责咀嚼食物、协助发音、保持面部协调美观,同时也是细菌、色素、酸性刺激等外来因素入侵的前沿部位,一旦受损会导致龋齿、牙体缺损、牙本质敏感、牙齿变色等一系列极度影响大众生活质量的病症。随着社会生活水平的不断提高,牙齿健康问题受到越来越多的关注,其中最显著的变化是人们对于口腔疾病的观念逐渐从“疾病治疗”转向“疾病预防”。由于牙齿不具有再生功能,因此对于牙齿健康的维护就变得非常重要。

早在2001年,世界卫生组织就提出了“8020”计划,即80岁的老人至少应该拥有20颗功能牙。但是第四次全国口腔流行病学调查显示,至2020年我国口腔患者已突破7.03亿人,全民口腔患龋病率高达80%。目前,我们的日常护理方法(刷牙、牙线、牙签等)只是清除牙齿表面的污垢,清洁完成后牙齿直接接触丰富复杂的各类食物,抗菌防污效果不理想。由于生活节奏的加快,人们很难做到在每次进食后及时刷牙或应用牙线等,而不恰当的护理方式实际上是在给牙齿做“减法”,有时甚至会造成牙齿的损伤。因此亟需一个更加便捷高效的策略用于大众的日常牙齿护理。

王小磊教授团队近年来一直致力于光健康生物材料的开发与医学应用,并在牙齿日常护理的研究与成果转化上取得了阶段性的成果。一次偶然的旅行经历,王小磊教授在云南某部落发现,当地86岁的土著居民牙齿依然保存完好。经过一番了解,在当地有一种古老的“漆齿”文化,即用某些“染料”或“漆料”(如梨木、紫梗)通过一定的方法使牙齿改变颜色,如同给牙齿加上一层保护漆。虽然这类方法在美观性和科学性上都存在明显缺陷,但是这种对牙齿做“加法”的保护方式给了我们启示:即能否通过改进漆齿的工艺,使之像手机贴膜、汽车镀膜一样,制造一种隐形,且具有防污、耐腐蚀和自清洁等功能的保护膜呢?




成果简介


为了解决上述问题,南昌大学王小磊教授团队联合南昌大学附属口腔医院廖岚教授团队首次提出了一种可喷涂的牙齿保护剂,该保护剂由银耳状氧化锌(TreZnO)、氟改性纳米二氧化硅(FSNs)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成(ZFP)。该保护剂可喷涂于牙齿表面,经过固化后形成一层具有微纳结构的保护膜。因ZFP具有超疏水特性,能够防止细菌、蛋白质和食物残渣等黏附于牙齿表面,防止口腔疾病的发生和色素沉着;同时保护剂中的FSNs和PDMS还可以形成“混凝土”样的结构从而提高保护膜的硬度、耐磨性、耐热性和耐酸性;除此之外,ZFP中的TreZnO可以有效杀灭口腔主要致龋菌—变异链球菌(Streptococcus mutans,S. mutans),配合黄光照射时保护膜的杀菌效果能够进一步增强(图1)。

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图1. ZFP的灵感来源及使用示意图


图文导读


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图2. ZFP的合成与表征

首先,团队通过扫描电镜(SEM),原子力显微镜(AFM),元素分析(EDS),傅里叶红外光谱(FTIR),X射线光电子能谱(XPS)等分析证明了ZFP的成功制备。


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图3. ZFP的超疏水性和抗色素沉着

接下来,通过接触角、滚动角实验验证了ZFP的超疏水性,并通过刷牙、温度、pH循环处理验证了ZFP的稳定性;此外,还验证了ZFP对抗色素沉着的能力。


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图4. ZFP的光催化作用及抗菌性

随后,团队对ZFP的光催化作用及抗菌性进行了分析,如图4所示,ZFP在黄光作用下会产生活性氧,从而增强对S. mutans的抗菌效果。


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图5. ZFP的抗黏附作用及细胞相容性
为了进一步分析ZFP的抗黏附性,团队将ZFP处理后的牙片与细菌共培养,发现其对细菌具有很强的抗黏附作用。CCK-8实验和活/死细胞染色实验均表明ZFP具有良好的细胞相容性。

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图6. ZFP的体内应用
最后,团队将ZFP应用于小鼠牙齿,发现经过ZFP喷涂后的小鼠切牙对酸蚀具有很强的耐受力,可有效保护牙齿结构不被破坏;经过ZFP灌胃处理后的小鼠体重、血生化指标、组织学染色与对照组均无明显差异。
综上,为了解决人们进食后牙齿表面的食物残渣和细菌黏附,以及大众难以按照规范刷牙和使用牙线导致的一系列口腔问题,我们设计了一款用于日常牙齿防护的光响应抗菌-超疏水防污保护剂。虽然这项工作还处于起步阶段,但我们在此提出对牙齿做“加法”的ZFP可喷涂式保护剂有望作为一种新的口腔护理方式应用于日常生活中,为老龄化社会长寿人群牙齿的健康和美观增添保障。


作者简介


南昌大学附属口腔医学院博士研究生赵思语、本科生杨学涛为文章的共同第一作者,南昌大学王小磊教授以及南昌大学附属口腔医院廖岚教授为共同通讯作者。


王小磊,南昌大学未来科技学院院长,发改委生物工程药物及其技术国家地方联合中心副主任、二级研究员教授,国家级百千万人才、国家有突出贡献中青年专家、江西省九三学社青工委副主任、江西省省青年科技协会会长。主要研究方向为光响应材料在生物医药领域的应用,以第一作者或通讯作者在Advanced Materials等国际顶尖期刊发表论文67篇。与德国西门子和中国国药集团等国内外公司合作申请专利20项,并获2类医疗器械注册证一份。获省自然科学学术成果奖一等奖、二等奖和省医学技术奖一等奖,青年科技奖各一次。


廖岚,南昌大学附属口腔医院党委书记、主任医师。中华口腔医学会口腔医学教育专业委员会常委、中华口腔医学会口腔修复专业委员会委员、中华口腔医学会第六届口腔颌面放射专业委员会委员、江西省口腔医学会副会长、江西省研究型医院学会第二届理事会副会长。江西省口腔生物医学重点实验室-口腔生物材料方向学科带头人,江西省口腔疾病临床医学研究中心口腔修复方向学科带头人。教育部学位与研究生教育发展中心评审专家、国家自然科学基金委会评审专家、国家留学基金委评审专家和《口腔疾病防治》编委。主要研究方向为口腔生物材料研发及口腔鳞癌基础与临床研究,主持国家自然科学基金课题3项,省重点自然科学基金1项,发表SCI论文14篇,获国家发明专利2项。获得首届江西省医学科技奖(一等奖)。


文章信息


Siyu Zhao, Xuetao Yang, Yingying Xu, Zhenzhen Weng, Lan Liao* & Xiaolei Wang*A sprayable superhydrophobic dental protectant with photo-responsive anti-bacterial, acid-resistant, and anti-fouling functions. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-022-4136-6.

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