二、生物活性玻璃治疗牙本质敏感的应用与研究

牙本质敏感是暴露的牙本质对外界刺激产生的一种短暂、尖锐的疼痛，一般是由磨损、机械摩擦、饮食的酸蚀、牙龈退缩、牙周手术等造成牙本质小管的暴露引起的。治疗牙本质敏感的方法，一是通过封闭牙本质小管降低牙本质的渗透性，二是降低牙髓神经的兴奋性。通过封闭牙本质小管来治疗牙本质敏感是比较有效的方法，主要包括氯化锶、氟化钠、硝酸钾、草酸钾，牙本质粘接剂等试剂，以及激光治疗等。然而，这些脱敏剂主要是通过与牙本质的机械结合而不是化学结合来完成的。当暴露于酸性条件或刷牙时，容易从牙本质表面被去除，疗效并不持续。

作为一种具有特殊组分的钠钙磷硅酸盐玻璃，生物活性玻璃因具有良好的生物活性和化学稳定性，可与骨组织产生直接的化学结合而应用于骨组织缺损的修复。20世纪90年代中期，生物活性玻璃开始用于牙本质敏感症的治疗。关于生物玻璃促进牙本质表面矿物形成的机制，目前比较一致的看法认为，生物玻璃在口腔内接触唾液后可释放硅离子并聚集在牙本质表面，通过凝缩作用形成硅醇基，作为磷灰石的成核中心，硅醇基分裂形成带负电的Si-O单位同时，生物玻璃中的钙离子迅速与唾液中的氢离子交换，pH可瞬间升高，使钙离子和磷酸根离子从生物玻璃中释放出来，带负电的Si-O单位可吸收唾液中的钙离子，形成硅酸钙，带正电荷，与唾液中的磷酸根结合，形成无定形的磷酸钙结构，进而结晶形成磷灰石，并不断吸附周围的钙和磷酸根离子聚集形成晶体。这种新形成晶体的化学成分和结构与生物体内的磷灰石类似，进一步的研究证实为透钙磷石晶体（CaHPO₄•2H₂O）。因此，用生物玻璃处理暴露的牙本质后，在牙本质表面形成的针状或片状结构的磷灰石沉淀可与牙本质小管形成机械嵌合，封闭开放的牙本质小管，从而使牙本质渗透性明显降低，从而达到治疗牙本质敏感症的目的。

（一）生物活性玻璃治疗牙本质敏感症的应用

2004年，研究者首次将直径约18μm的生物玻璃45S5（商品名为诺华敏）添加到牙膏中，用于治疗牙本质敏感。含诺华敏的牙膏最早应用于美国，为不含氟的脱敏牙膏。

用含有诺华敏的牙膏刷牙后，牙膏中的生物活性玻璃能够附着在牙本质表面形成羟基磷灰石层。诺华敏还替代传统牙膏中的氧化铝作为摩擦剂，可降低牙龈出血的发生率，减少牙面菌斑生长。除了牙膏中应用，诺华敏还可以作为抛光膏用于临床牙本质敏感的治疗和牙齿漂白治疗后脱矿牙釉质的再矿化。

Orsini等将临床上患牙本质敏感症的患者随机分组，分别用含生物玻璃的牙膏，或含有氟化钠/硝酸钾的普通脱敏牙膏处理敏感部位，在8周后通过冷水测试、探诊的主观反应来比较两种牙膏的脱敏效果，结果表明含生物玻璃的脱敏牙膏的效果更好。研究者Tirapelli通过对临床患牙本质敏感的患者进行为期6个月的研究，统计患者对吹气、冷水和探诊的反应分级，也证实生物玻璃有良好的脱敏效果。

（二）生物活性玻璃治疗牙本质敏感症的研究及进展

口腔中的唾液能溶解附着在牙本质表面的物质，日常饮食中的酸可清除牙本质表面的玷污层，开放牙本质小管，这些因素都使得牙本质敏感容易治疗后再次复发。因此，理想的脱敏剂不仅能够即刻封闭牙本质小管，降低牙本质的渗透性，还应该能够耐受酸和唾液的长期侵蚀。

对生物活性玻璃封闭牙本质小管的稳定性的研究表明，矿物沉淀进入牙本质小管的深度可达55.8～62.6μm，最多可以达到 270μm，且形成的磷灰石棒状结构与牙本质小管的结构相适应，固位力较强；在经酸处理后，牙本质表面的矿物质仍存在。这可能与玻璃可以持续在口内环境中释放离子以及唾液含有饱和的钙磷离子有关。因此，生物玻璃用于治疗牙本质敏感症有良好的稳定性。

近年来，随着生物活性玻璃制备工艺的改进和研究的深入，研究者发现生物活性玻璃的形貌影响其促进牙本质矿化的效果。

生物活性玻璃粒径的大小影响其比表面积和表面能。粒径越小，材料的比表面积越大，可加快离子的释放，促进矿化。因此，研究者希望通过减小生物玻璃的粒径来改善脱敏效果。与传统的熔融法制备生物玻璃相比，利用溶胶凝胶法获得的生物玻璃直径可小至几十纳米。纳米生物玻璃中离子的释放速度快，3小时即可形成磷灰石晶体；Na⁺和H⁺的置换使溶液中pH升高，有利于Si的释放和Ca、P的沉积，促进再矿化过程，所形成的矿物沉积在牙本质小管内是连续的，与牙本质小管的外形相适应。牙本质脱矿后胶原结构不被破坏，胶原支架脱矿后的间隙在20～25nm，在中性条件下，胶原的静电荷为0，而酸性条件时，静电荷为正值。当材料的粒径大于支架间隙时，就不能深入到胶原支架中。因此，当粒径小于20nm时，能够有效进入胶原间隙，进一步证明了粒径大小的重要性。

研究还发现生物玻璃的形貌也对其性能有影响。利用介孔硅酸盐生物材料（nano CaO mesoporous silica，NCMS）处理脱矿的牙本质，能够明显降低牙本质的导电率，牙本质表面会形成20～30μm的磷灰石层，其主要成分为CaHPO₄•2H₂O，并可深入牙本质小管100μm。NCMS以介孔纳米级硅材料作为CaO的载体，由于介孔硅有较高的比表面能，CaO颗粒能够快速溶解在磷酸溶液中。将NCMS与磷酸混合，能够快速释放钙离子，所获得的悬浮液中含有饱和的Ca²⁺和，而且随着NCMS中碱性的CaO的溶解，pH升高，深入到牙本质小管后，Ca²⁺和就慢慢形成 CaHPO₄•2H₂O。Ca²⁺和浓度越高，进入到小管的就越多，沉淀就越深，当pH达到4.0时，小管壁上的羟基磷灰石就会成核。在这个过程中，介孔材料只作为载体，不参与反应。介孔越小，比表面积越大，越有利于离子的释放，磷灰石形成的加快，加快了再矿化的速率。球形的生物玻璃颗粒因能够与牙本质小管的外形相适应，减少材料与小管之间的缝隙，也可以更好地封闭牙本质小管。

鉴于生物活性玻璃的形貌对牙本质矿化的影响，进而将会对治疗牙本质敏感症的效果产生影响，北京大学口腔医院董艳梅教授课题组观察了不同粒径、孔隙和分散性的微纳米生物活性玻璃（华南理工大学陈晓峰教授课题组制备，见表9-3）在牙本质表面形成矿物层的速度、质量及其稳定性，分析生物活性玻璃的形貌对牙本质表面形成矿物层的影响。研究发现，粒径小、比表面积大的纳米生物活性玻璃（n-BG）在处理人牙本质后，在牙本质上形成矿物质的速度快（图9-12）、对牙本质小管的封闭率高（图9-13），具体分别为 n-BG组[（68.02±4.22）%]>亚微米生物活性玻璃（sm-BG）组[（48.01±6.85）%]>微米生物活性玻璃（m-BG）组[（38.63±7.5）%]>未处理组[（25.38±8.53）%]；且在可口可乐中浸泡后，n-BG组牙本质表面仍保留大量矿物质（图9-14），表面粗糙度较低且三维形貌规整（图9-15），说明n-BG处理牙本质后，增加了牙本质的耐酸性。这项研究证实了粒径小、比表面积大的纳米生物活性玻璃矿物形成速度更快、更稳定，且矿物耐酸性更强，有可能成为更为理想的脱敏材料。

表9-3　3种58S生物活性玻璃的化学组成及形貌特征

n-BG.纳米生物活性玻璃；sm-BG.亚微米生物活性玻璃；m-BG.微米生物活性玻璃。

图9-12　扫描电镜观察三种不同形貌生物活性玻璃介导下牙本质矿化

A～D.各组横断面的扫描电镜图像；E～H.表面元素组成；I～L.牙本质小管的纵剖面图像，图I所示为sm-BG组小管内有新形成的矿物质，图K箭头所示为n-BG组牙本质小管内形成约10μm的矿物层；wk.周。

图9-13　扫描电镜观察不同形貌生物活性玻璃介导牙本质矿化的耐酸性

A～D.为图9-12中A～D高倍镜下图像，箭头所示为各组牙本质小管内均有明显的矿物形成；E～H.为2周后牙本质表面图像，箭头所示为sm-BG组牙本质表面有明显的矿物形成，n-BG组小管内有栓状矿物形成；I～L.各组样本浸入可乐2分钟后的表面图像；wk.周。

图9-14　激光三维形貌显微镜下牙本质表面的三维形貌

A～D.2周后牙本质表面的三维形貌；E～H.样本在可乐中浸泡2分钟后表面的三维形貌；wk.周。

图9-15　微纳米生物玻璃盖髓剂调和后经模具成形的外观图

牙本质的矿化分为纤维内矿化和纤维间矿化，前者指矿化晶体沉积在胶原分子结构内间隙且沿微纤维间隙生长；后者指矿化晶体沉积在微纤维表面以分隔胶原纤维。天然的矿化牙本质是通过纤维内和纤维间的磷灰石晶体保护其不被基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs） 和半胱氨酸组织蛋白酶（cysteine cathepsins）降解的，其中纤维内晶体起着关键作用，并决定着牙本质的机械性能。

研究表明，尽管生物活性玻璃可促进牙本质表面的矿物形成，但仅能增加牙本质表面的微硬度，牙本质的机械性能没有明显改善，可见牙本质的矿化过程只发生在表面，而胶原纤维内并没有矿物形成。为实现脱矿牙本质胶原纤维内和纤维间矿化，恢复牙本质的机械性能，董艳梅课题组还探索了使用牙本质非胶原蛋白的多肽片段RGDS与n-BG共同处理脱矿牙本质，结果发现较单独使用n-BG，增加了牙本质的机械强度，推测在RGDS介导下，进入牙本质小管的n-BG形成的矿物质可进入牙本质胶原纤维内，实现牙本质胶原纤维内再矿化。这为进一步研究制备增强牙本质机械性能的脱敏剂提供了新途径。