黄原胶纳米结构保护牙齿抗酸性腐蚀的机理研究

Acidic foods or acidic substances produced by bacteria will corrode the teeth and result in teeth caries. To protect teeth from acidic erosion, recently people have proposed to coat the dental enamel surfaces with a layer of biodegradable xanthan gum, but so far the mechanism of the teeth protection by the xanthan gum has not been explored. The aim of this project is firstly to use Atomic Force Microscope (AFM) to study the morphology of the nano-structure of the xanthan gum assembled on dental enamel under different conditions, including the solution concentration of xanthan gum, annealing temperature and annealing time. Then we will use the Single-Molecule Force Spectrum (SMFS) technology based on AFM to study the mechanical properties of the nano-structure of xanthan gum on the tooth surface and obtain the adhesion of the xanthan gum under different conditions on the surface of the tooth; Finally, in consideration of the cause of caries, the acidoresistance and bacteriostatic properties of the xanthan nano-structure will be tested and the mechanism of the xanthan gum against acid corrosion will be revealed on a microscopic scale, which will contribute to application of xanthan gum and other macromolecule to be used for teeth protection. Our previous work on the topography and SMFS of xanthan gum on mica and resin surfaces implies the feasibility of the project and provides experience for this study, which will be carried out on dental enamel.

酸性食物或细菌产生的酸性物质将腐蚀牙齿并导致产生龋齿。人们近期提出在牙齿表面镀上一层薄膜来保护牙齿，并利用生物可降解的黄原胶来对抗酸性物质对牙齿的腐蚀作用，但尚缺乏对其作用机理的深入研究。本项目首先利用原子力显微镜(AFM)研究黄原胶纳米结构在牙齿表面的形貌特征及形成条件，包括黄原胶的溶液浓度、退火温度、退火时间等条件；然后利用基于AFM的单分子力谱技术(SMFS)，研究黄原胶纳米结构在牙齿表面上的力学特性，获取不同条件下黄原胶在牙齿表面的粘附性；最后，针对产生龋齿的原因，即酸性食物腐蚀和细菌不断产生的酸性物质的腐蚀，研究牙齿表面黄原胶纳米结构的抗酸腐蚀性和抑菌性，在微观尺度上揭示黄原胶对牙齿抗酸性腐蚀的机理，为更有效地利用黄原胶等高分子保护牙齿提供参考。我们前期已经研究了云母和树脂表面上黄原胶纳米结构的形貌和力学性质，为本项目提出的在牙齿表面进行的相应研究提供了可行性探索和借鉴经验。

牙釉质中的磷酸钙和碳酸钙在酸性物质作用下容易被腐蚀并最终产生龋齿,龋齿已成为影响人类健康的一个全球性问题。口腔中的双歧杆菌、变形链球菌、乳酸菌、酵母菌等细菌在不断地产生酸性物质，使得牙齿经常处于酸性环境中。为此，抑制细菌的生长繁殖、减少口腔中酸性物质的才生才是有望解决龋齿的可靠方案。.研究人员近期提出在牙齿表面镀上或沉积上一层薄膜来抵抗酸性物质对牙齿的腐蚀作用。例如，从临床医学角度提出，在牙齿表面构筑一层生物可降解且无毒副作用的黄原胶薄膜来抵抗酸性物质的腐蚀作用。我们已经能够成功制备黄原胶稳定的网络纳米薄膜结构。在此基础上提出的研究目标是探索黄原胶纳米材料对牙齿的保护作用。.围绕此目标，我们首先开展了黄原胶纳米材料基本性质的研究。主要包括黄原胶自组装纳米材料在衬底表面形成的薄膜结构和网络结构。黄原胶分子内和分子间存在大量的氢键相互作用，经过室温下长时间的培养，分子间的弱相互作用力促使单体之间相互接近，并形成较大的结构。我们可以通过控制培养时间的方法来控制薄膜在衬底表面的覆盖率和高度。为下一步制备复合薄膜材料，药物载体，开辟了道路。.其次，利用单分子力谱技术研究黄原胶网络结构这种复杂体系的纳米力学性质。研究发现了三种组成复杂力谱的基本力学响应：针尖将单个分子从基地上拉起最后断开形成的力谱、将两个重叠的分子分开时得到的力学响应和两个吸附在针尖上的分子同时从针尖断开时的力学响应。众多复杂的力谱都是由这三种基本的力学响应随机组成的。.然后是研究了黄原胶与银胶形成的复合纳米材料的结构及其抑菌性。结果表明黄原胶与银胶形成的复合纳米材料具有比单独纳米银颗粒具有更好的抑菌性，从而能够有效地降低细菌引起的酸性物质对于牙齿的腐蚀作用，并且，该复合材料还将能够用于对伤口康复过程中的细菌抑制作用。最后研究了负电性的黄原胶和正电性的可移植材料壳聚糖的复合纳米结构。