量子点仿生矿化负载体系在正畸釉质脱矿预防中的作用及机制研究

Enamel demineralization (ED) is one of the most common adverse effects of orthodontic treatment. It not only affects patients’ dental esthetics; severe cases can also progress into dental cavities and impair dental health. Therefore, ED is now a pressing issue in orthodontics. Enamel biomimetic mineralization based on biomimetic intermediate precursors is a feasible strategy for improving the effectiveness of ED prevention. This project will use polyacrylic acid-stabilized amorphous calcium phosphate (PAA-ACP) as the biomimetic intermediate precursor, with amine-functionalized expanded pore mesoporous silica nanoparticle (AF-eMSN) as the carrier, to synthesize a biomimetic intermediate precursor delivery system (PAA-ACP@AF-eMSN). Then, ZnO quantum dots (ZnOQDs) will be used to cap this delivery system, to utilize their antimicrobial activity, bioactivity and the property to dissolve when reacting with acids, and thereby develop a quantum dot – biomimetic mineralization loading system (ZnOQDs@PAA-ACP@AF-eMSN) that can inhibit cariogenic bacteria, promote remineralization, and specifically release biomimetic intermediate precursors in an acidic environment. Modification of orthodontic adhesives with the above-mentioned loading system is expected to overcome issues with traditional preventive measures (i.e. limited effectiveness, lack of durability, dependence on patients’ compliance, and the existence of multiple side effects), and achieve thorough, long-term, convenient and safe prevention of orthodontically induced demineralization.

釉质脱矿是正畸治疗最常见的不良反应之一，不仅影响患者的牙齿美观，严重者还可发展为龋齿、破坏牙体健康，是正畸领域目前亟待解决的问题。基于仿生矿化前驱体的釉质仿生矿化是提高正畸釉质脱矿预防效果的可行策略。本项目拟采用聚丙烯酸稳定的无定形磷酸钙（PAA-ACP）作为仿生矿化前驱体，以氨基化扩孔介孔硅纳米颗粒（AF-eMSN）为载体，合成仿生矿化前驱体转运体系（PAA-ACP@AF-eMSN）；继而使用氧化锌量子点（ZnOQDs）包裹该转运体系，利用ZnOQDs的抗菌活性、生物活性以及遇酸分解特性，巧妙地构建一种能够抑制致龋菌、促进再矿化、并在酸性环境下特异性释放仿生矿化前驱体的量子点仿生矿化负载体系（ZnOQDs@PAA-ACP@AF-eMSN）。采用上述负载体系改性正畸粘接剂，有望克服传统预防措施效果有限、耐久性不足、依赖患者配合、副作用较多的问题，实现彻底、长效、方便、安全的正畸脱矿预防。

釉质脱矿是正畸治疗最常见的不良反应之一，不仅影响患者的牙齿美观，严重者还可发展为龋洞、破坏牙体健康，是正畸领域当前亟待解决的问题。对托槽粘接剂和隐形矫治附件树脂材料进行抗菌与再矿化改性，是提高正畸釉质脱矿预防效果的可行策略。本项目采用具有良好抗菌活性、长效荧光性能以及遇酸分解特性的氧化锌量子点（ZnOQDs）作为核心，结合其他具有长效抗菌或矿化性能的功能制剂，赋予托槽粘接剂和隐形矫治附件树脂釉质脱矿预防性能。研究内容有：首先，完成氧化锌量子点(ZnOQDs)的合成与表征，确认了含20wt.% ZnOQDs的正畸粘接剂具有良好的抗菌、荧光、粘接性能和良好的生物相容性；其次，成功合成PAA-ACP和氨基化扩孔介孔硅纳米微粒（AF-eMSN）并进行表征，完成了氧化锌量子点包裹的洗必泰控释体系(ZnO-capping-CHX@MSN-COOH)的构建与表征；此外，合成了氨基化氧化锌量子点（AF-ZnOQDs）和负载氯己定的介孔二氧化硅纳米颗粒(CHX@pMSN)，明确加入3wt.% AF-ZnOQDs和3wt.% CHX@pMSN的附件树脂具有长期的抗菌性能、较强的荧光性能、良好的美学性能、良好的机械性能以及良好的生物相容性；最后，利用AF-ZnOQDs、长效接触性抗菌药物甲基丙烯酸十六烷基二甲胺（DMAHDM）和矿化制剂生物玻璃（45S5 bioglass）改性常规畸粘接剂，确认含有3wt.% AF-ZnOQDs、5wt.% DMAHDM和7.5wt.% bioglass的新型多功能正畸粘接树脂具有良好的粘接性能、抗菌性能、矿化性能、生物相容性和荧光性能。本项目为正畸过程中致龋菌生物膜生长、釉质脱矿和粘接剂残留等难题的解决提供了一种新策略，有望通过临床转化促进正畸釉质脱矿的预防。