树枝状聚合物诱导牙釉质仿生再矿化的体外实验研究

牙齿硬组织脱矿一导致的龋病是人类的常见病和多发病，由龋病引起的牙体缺损是不可自愈的损伤。因此，促进脱矿牙釉质的再矿化是防止早期龋病的重要方法之一。目前，最为少泛的使牙釉质再矿化的方法是使形成的磷灰石晶体在表面沉积，以达到修复牙釉质的目的。 树状聚合物PAMAM是一种有机大分子，具有独特的结构和易于改性的表面官能团，并且其分子内部大量的酞胺基团，好似蛋白质中的多肤键的链接，并比大小与生物大分子匹配，可以设计成小同的代数和空间结构，从而与多种蛋白质的结构类似并可模拟蛋白质的功能。 本研究是以PAMAM为模版，控制无机物的形成，模拟牙釉质的矿化成核和结晶过程，从而制备出具有独特幂微结构特点和生物学性能的材料。

材料和方法

1实验材料和仪器 离体牙釉质块:收集广西医科大学口腔外科门诊因正畸而拔除的新鲜离体前磨牙l0颗，经显微镜观察无白斑、无缺损、无裂纹者，先用去离子水清洗表面，后置入1 mol / L的高氯酸中1 min用来去除表面有机物，去离子水清洗。在母个牙釉质表面作出个2 mmX2 mm的开窗区，其余部分用抗酸指甲油封闭。 酸蚀凝胶液:0.1 mol / L的乳酸，lOg/L的轻乙基纤维素， pH=4.0人工唾液:根据TSO/TR10271标准，其主要成分NaCL 0.4 g, KCL 0.4 g, CaCL= 02H,0 0.795 g, NaH}PO4·H=0 0.78 g, Na2S ·9H20 0.005 g, KSCN 0.3 g, U rea 1.0 g去离子水1000 mL, pH=6.1,(所使用试剂均为分析纯)。PAMAM-G3:威海市晨源有机硅新材料提供。扫描电镜(TESCAN公司，捷克)0N射线能谱仪 EDAX(美国)。37℃智能生化培养箱SPX(宁波江南仪器厂)pH 计DELTA320(上海梅特勒一托利多公司)。

2实验力一法和步骤:

2.1改性PAI\LAVI的合成:选用3代整代的PAMAM，对其进行狡基改性.制备方法见参考文献，用去离子水配制成浓度为5X10-9的水溶液。 实验分组:去离子水对照组((A组)和PAMAM实验组(B 组)，每组5个标本 。

2.2釉质脱矿:将釉质块放置在酸蚀凝胶液中7天，形成人工龋的模型，然后用超声荡洗5 min。

2.3牙齿脱矿再矿化过程:把A组和B组样木分别放置在去离子水和改性PAMAM水溶中，在37℃水浴箱中振荡20 min，然后用PBS冲洗，最后把两组样本分别放置在人工唾液中 4周(每周按7天计算)，每两大更换一次人工唾液。

2.4样本检测:处理结束后对每组5个标木，临界点干燥，真空镀膜仪喷镀金膜，SEM观察牙釉质表面形态.把所有样本表而的矿化成分通过EDS分析表面元素含量。

结果

1脱矿组扫描电镜结果:脱矿后的牙釉质表面可以看到釉柱结构单元以及围绕釉柱的间质部分，釉柱单元结构近似平行排列，釉柱之间凹陷部分为釉柱间质(图1) .

2再矿化组扫描电镜和电子能谱仪结果:脱矿牙釉质只接受去离子水处理，放置在人工唾液中4周后表面形成了许多片状并目_形态不规则的晶体结构，也可以从较高倍数的SEM图观察到在人工唾液中生长的片状晶体呈完全无序的方式排列，宽度约为3 m（图2)通过能谱分析显示Ca/P为1.07低于径基磷灰石中Ca/P值1.67。而脱矿牙釉质经过梭基改性PAMAM 处理20 min，放置在人f唾液中4周的SEM结果，在其表面形成了许多短棒状的品体结构，晶体形貌与不含PAM:}M诱导形成的形貌有很大区别，长径比很大的棒状晶体紧密堆积在一起呈簇状:形态与空白组中的釉柱结构很相似，同时生长方向基本相同，并且晶体的尺度更小(图3)能谱分析显示Ca/P约为 1.56人于去离子水对照组中的Ca/P值，接近经基磷灰石中的 Ca/P比值 讨论 牙釉质的形成过程是典型的有机基质模板介导下的生物矿化过程，即矿物相的成核、生长、晶型、取向、大小、形状、有序排列等。牙釉中的矿物相，化学组成都属于以碳酸磷灰石为主的钙磷酸盐系统，但晶体尺寸、形貌及排列方式则完全不同，这正体现了有机基质模板的调控功能在矿化过程中的关键作用。 改性后的PAMAM在侧基上有一COOH存在，同时表面为狡基的PAMAM树枝状聚合物在溶液中电离带负电。研究表明[3]，表面带有一COOH的功能基团具有诱导矿化的能力.在本研究中梭基改性的PAMAM具有类似蛋白质的三级结构，他们结构外侧的C00一既能与脱矿釉质表面的Cat十也能与溶液中的Ca2+通过静电相互作用，使得新形成的钙磷盐以PAMAM为模版通过自组装在其表面成核、沉积。Ca2+表面电子的结合状态是与改性PAMAM分子表面的RC00一配位成键，Cat+- C00-键的结合能力比C a2十一P034一无机键的结合能要大。因此，改性后的PAMAM上的C00一成为能与Ca2十配位形成离子化合物特别活跃的位点，这些离子化合物由于过饱和效应进一步与P034作用形成具有临界尺度的晶核，当钙磷离子浓度达到成核所需要的临界浓度时，即可在牙釉质表面形成新的磷灰石晶核，进而继续一长大，新生成的磷灰石晶体按其c轴与高分子有机物纤维分子纵向平行排列。随后HA开始生长成具有规则取向且结晶度低的晶体，随着反应的继续，晶体逐 渐成熟最后形成轻基磷灰石，同时也可以形成致密的矿化层。 本研究中通过SEM观察到经去离子水处理后的牙釉质表面可以看到许多片状的形态不规则的晶体。而经改性PAMAM处理后的牙釉质表面同样实现了轻基磷灰石晶体的再矿化，在其表面可观察到许多形态规则，短棒状，平行排列的致密矿化层，这种形貌与自然牙釉质中的晶体形貌相似，此实验部分结果与Yang [4-5]口李兰英[6]的结果相似。

在本研究中通过能谱分析仪得出两组样本中的 Ca/P值，其中实验组((B组)高于A组，说明所得的晶体矿化程度较高。A组样本在仿生矿化过程中HAP晶化程度比较低，存在一定程度的钙缺陷，在矿化过程中也有可能引入了其他离子。而实验组Ca/P值更接近于轻基磷灰石晶体中的Ca /p值，推测矿化物为新生的经基磷灰石晶体。但是对于其物质成分鉴定还需要进一步借助其他辅助工具。 龋病己经被公认为最常见的慢性疾病，而龋病形成过程为不可逆转的。寻找一种具有相似牙体硬组织的生物材料，诱导牙体硬组织的自愈性修复将具有重要的临床意义。通过本研究可以证明，在生理环境中通过树枝状聚合物诱导的牙釉质有可能实现其仿生矿化，进而达到牙体硬组织原位再生的目的，为治疗龋病提供一定的参考依据。