新型大气压冷等离子体处理对脱矿牙本质交联化及再矿化的机制研究

Improvements in dentin bonding are crucial for the long-term clinical retention of composite resins to dentin. Hybrid layer is the fundamental of dentin bonding. The organic dentin collagen is an important component of the hybrid layer. To a great extent, the intact microstructure and mechanical properties of dentin collagen and its long-term stability decide the resin-dentin bond strength and its longevity. The properties of mineralized collagen fibers are very stable, and can exist for hundreds of years without any denaturation. Therefore, it is a good solution to improve the durability of dentin-resin bonding that the exposed collagen fibers in the hybrid layer can be remineralized. Our preliminary study has confirmed that the novel cold plasma jet treatment can improve the self-strength of collagen fibers, increase the content of ester functional groups of the dentin collagen fibers. It could provide a stable environment for demineralized dentin to remineralize. It is assumed that the novel cold atmospheric plasma treatment of demineralized dentin can improve the degree of dentin cross-linking and promote the bonding, growth and nucleation of seed crystals on the collagen fibers. We will study the physical and chemical properties and micro-structure of dentin collagen fibers at molecular level, explore the mechanism of cross-linking of dentin collagen fibers by the novel cold atmospheric plasma treatment, and further study its application in the field of dentin remineralization, so as to provide theoretical and research basis for the ultimate realization of dentin-bonding durability.

粘接老化是当前牙本质粘接领域亟待解决的重要科学问题。牙本质粘接界面形成的混合层是保证粘接性能稳定的基础。胶原纤维是混合层的重要组成部分，各种因素导致其变性都会造成粘接耐久性的降低。矿化的胶原纤维性能十分稳定，可以长期保存而不发生变性。因此，将混合层中裸露的胶原纤维再矿化，是一种彻底解决牙本质粘接老化问题的方法。本课题组采用新型大气压冷等离子体处理脱矿牙本质，证实其可以提高胶原纤维的自身强度，增加其末端酯类官能团的含量，可以为脱矿牙本质再矿化提供一个稳定的牙本质胶原环境。本课题假设新型大气压冷等离子体处理脱矿牙本质可以提高牙本质交联度，促进籽晶在胶原纤维表面的结合、生长和成核。我们将从牙本质胶原纤维的理化性能、构象特征等分子水平进行研究，探索新型大气压冷等离子体处理对牙本质胶原纤维交联化的机制，并进一步研究其在牙本质再矿化领域的应用效果，为最终实现牙本质粘耐久性提供理论和研究基础。

牙本质是一种高度矿化的胶原组织，一旦其再矿化循环受阻，牙本质就会发生持续的脱矿，胶原纤维裸露且脆弱。研究发现，促进胶原纤维的交联化可以为牙本质再矿化提供一个良好的生物环境。然而，由于口腔环境的特殊性，目前国内外各种提高牙本质胶原纤维交联化和再矿化的方法均未取得理想效果。本研究应用大气压射频辉光放电等离子体(在本文中简称为 RF-CAP) 处理牙本质胶原纤维，以期能够促进胶原纤维交联化，为牙本质胶原纤维仿生再矿化创造有利条件，探究其处理对牙 本质胶原纤维的改性和促进再矿化机制。 .研究目的:研究 RF-CAP 处理对牙本质胶原纤维三维结构、物理性能、化学性质和抗酶解性能的影响;探究其在牙本质胶原纤维交联化中的作用机制;探讨其处理实现胶原纤维再矿化的可行性和机制。 .研究结果:SEM 和 TEM 结果表明 RF-CAP 处理组牙本质胶原纤维表面形貌及微观结构与对照组无明显差异; RF-CAP 处理组牙本质胶原纤维接触角显著降低，且 RF-CAP 处理 30 s 组牙本质胶原纤维 C-O 及 C-N 官能团含量增高。 RF-CAP 处理 20 s、30 s 及 40 s 组胶原纤维的二级构象与对照组一致，且处理 30 s 组胶原纤维交联化程度最高，热稳定性和抗酶解性能较对照组显著提高，RF-CAP处理 30 s 组弹性模量是无处理组的 3.4 倍。SEM 和 TEM 结果表明 RF-CAP 处理组再矿化 1 d、7 d 及 14 d 后，胶原纤维直径增粗，可以观察到无定形磷酸钙纳米颗粒的存在，再矿化后胶原纤维表面 出现羟基磷灰石晶体，且处理 30 s 组表面磷酸根含量最多，表明再矿化效果最好。 .研究结论:RF-CAP 处理可以在保存良好的牙本质胶原纤维表面形貌和微观结构的前提下，有效实现对牙本质胶原纤维的物理、化学和机械性能的改性，促进牙本质胶原纤维交联化，为牙本质再矿化提供良好的生物环境基础；进一步研究发现 RF-CAP 处理可以促进牙本质胶原纤维仿生再矿化。.科学意义：RF-CAP 处理具有独特的“多功能性”的优势，相比于 现有的仅能实现“单一功能”的物理化学方法，RF-CAP处理可以同时实现胶原纤维表面改性和再矿化的作用。本研究为大气压冷等离子体在口腔领域的应用提供良好的理论依据，为临床中牙体缺损修复的解决方案提供了一个新的思路。