周澤瑛，張靜月，牛菊，劉丹丹，趙文迪，劉曉秋

吉林大學口腔醫(yī)院修復科，吉林 長春（130021）

牙科樹脂材料因其生物相容性、美觀性、低成本和易塑性等優(yōu)點，近年來在臨床齲病治療中廣泛用于替代銀汞合金進行牙體缺損修復［1-2］。但由于樹脂的聚合收縮率大易形成微滲漏，細菌進入微滲漏間隙進而易引起繼發(fā)齲。隨著臨床上樹脂材料應用的增多，繼發(fā)齲也隨之增加。因此，越來越多的研究致力于探討如何增強添加于牙科樹脂中的抗菌劑的抗菌性能，并且延長其抗菌的有效性，從而提高修復體的使用壽命。本文從抗菌劑的種類、抗菌效果的影響因素及抗菌劑的改性方法三個方面對近年來牙科樹脂材料的抗菌性能進行綜述。

1 抗菌劑的分類

1.1 人工合成抗菌劑

牙科樹脂中添加的人工合成抗菌劑主要有金屬及其氧化物、季銨鹽類、抗生素類，依據其抗菌性能的作用方式可以將這些抗菌劑分為非釋放型、釋放型及混合型。

1.1.1 非釋放型抗菌劑 賦予牙科樹脂材料抗菌活性的一種方法是加入非釋放型抗菌劑，例如甲基丙烯酰氧基十二烷基溴化吡啶（methacryloyloxydodecyl pyridinium bromide，MDPB）、季銨二甲基丙烯酸酯（quaternary ammonium dimethacrylate，QADM）、甲基丙烯酸二甲氨基十二烷基酯（dimethylaminododecyl methacrylate，DMADDM）等季銨鹽類化合物［3］。

季銨鹽類化合物的抗菌機制為帶負電的細菌細胞膜接觸樹脂的帶正電荷的（N+）位點時，通過滲透和擴散作用進入細胞膜，使細胞酶鈍化，不能產生蛋白質酶，從而使蛋白質變性達到殺死細菌細胞的作用，具有接觸殺滅的特征［4］。Wu等［5］利用繼發(fā)齲齒動物模型研究了含有DMADDM的粘接劑在動物體內的抗齲性能，研究結果表明不含DMADDM的商業(yè)對照組病變深度（lesion depth，LD）和礦物質損失（mineral loss，ML）明顯大于含DMADDM組，證明含DMADDM的粘接劑在體內具有顯著的防齲效果。

目前臨床上已有商業(yè)化的抗菌粘接劑系統，所使用的抗菌材料為MDPB。已有研究表明MDPB對各種口腔細菌和生物膜有較強的抗菌作用，其對7種致齲性口腔鏈球菌的最低抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）和最低殺菌濃度（minimum bactericidal concentration，MBC）的范圍在31.3～62.5μg/mL［6］。Li等［7］將具有抗菌性能的單體甲基丙烯酰氧乙基十六烷基二甲基氯化銨（methacryloxylethyl cetyl dimethyl ammonium chloride，DMAE-CB）加入粘接劑中，發(fā)現固化后的DMAE-CB粘接劑可以通過調控變形鏈球菌中gtf基因的表達來抑制生物膜的積累。與MDPB相比，DMAE-CB對變形鏈球菌的MIC、MBC（3.91μg/mL、7.81μg/mL）較低［6］，表明DMAE-CB具有較強的抗菌活性。盡管季銨鹽抗菌單體具有廣闊的臨床應用前景，有研究發(fā)現其具有細胞毒性，毒性機制與細胞內氧化應激有關［8-9］。

非釋放型抗菌劑與樹脂單體共聚，不會隨時間的釋放而造成抗菌效率及機械性能的降低［10］，并且添加劑量合適不會對細胞毒性產生影響。但是非釋放型抗菌劑對于遠離樹脂表面的細菌抑制作用較弱［11］，其抗菌機制為：非釋放型抗菌劑促進的細菌裂解作用使生物膜進入應激狀態(tài)，可觸發(fā)周圍細菌的程序性細胞死亡，即細菌種群的行為就像一個多細胞有機體，其中一個亞群死亡，從而使細菌種群作為一個整體存留下來，具體還需要進一步研究［12］。

1.1.2 釋放型抗菌劑 另一種抗菌方法是在牙科樹脂材料中加入可釋放型抗菌劑，如銀納米粒子（Ag nanoparticles，AgNPs）、氧化鋅（ZnO）納米粒子、氯己定（chlorhexidine，CHX）等可釋放型抗菌劑［13-14］。其抗菌機制為：①釋放的金屬離子滅活細菌細胞的重要酶，導致DNA復制中斷；②納米粒子（nanoparticles，NPs）金屬氧化物產生活性氧（reactive oxygen species，ROS），隨后對細胞結構造成氧化損傷；③細菌膜滲透性的增加（脂多糖、膜蛋白和細胞因子的逐步釋放）和納米粒子在膜中的積累和溶解而使質子動力勢損失［15］；④抗菌劑通過吸附到細菌表面，與細菌細胞壁的陰離子作用，增加了細胞壁的通透性，從而使抗菌劑容易進入細胞內，使胞質沉淀而殺滅細菌［14］。

釋放型抗菌劑不僅可抑制樹脂表面的細菌生長，而且還可抑制懸浮在培養(yǎng)基中遠離樹脂表面的細菌［16］。但是伴隨抗菌劑的全部釋放，釋放型抗菌劑的抗菌性能將消失，而牙科樹脂需要長期穩(wěn)定的抗菌效果，快速釋放影響了這些材料的長期抗菌效果，并且短期釋放量過大會增大材料的細胞毒性。

1.1.3 混合型抗菌劑 由于釋放型與非釋放型各有優(yōu)缺點，近年來，學者們致力于混合型抗菌劑的開發(fā)，通過其優(yōu)勢互補達到雙重抗菌效果。

Cheng等［17］將無定形磷酸鈣納米粒子（nanoparticles of amorphous calcium phosphate，NACP）、QADM和AgNPs 3種不同抗菌劑引入到樹脂材料中，樹脂表現出QADM非釋放抗菌和AgNPs釋放抗菌的協同抗菌效應。QADM和AgNPs的摻入抑制了生物膜的生長，NACP的摻入能將酸性溶液的pH值從4迅速提高到6以上，從而有助于抑制齲齒的產生。

混合型抗菌劑通過將釋放型與非釋放型抗菌劑作用互補，抑制了樹脂材料表面細菌和游離細菌的增殖。然而，由于牙科樹脂材料在口腔內修復保留時間較長，改性材料的長期抗菌效果還需要進一步研究驗證。

1.2 天然抗菌劑

目前用于牙科樹脂材料的天然抗菌劑主要包含植物提取物和抗菌肽。植物提取物和人體口腔液中固有的抗菌肽等具有較弱的細胞毒性，無染色效果，并且細菌耐藥率較低，因此被認為是人工合成抗菌材料的良好防齲替代品。

1.2.1 植物中提取抗菌劑 Peralta等［18］從植物中提取出Butia capitata精油作為抗菌劑加入自酸蝕粘接劑中，該精油是由幾種具有不同抗菌活性的化合物組成，能夠阻礙微生物的耐藥性。此外，Butia capitata精油含有豐富的抗菌脂肪酸：月桂酸和油酸等。含有Butia capitate精油的粘接劑體系與具有抗菌單體的商業(yè)粘接劑在抗菌性、生物相容性及細胞毒性方面相似，并且其單體轉換率、吸水性和溶解度及微拉伸粘接強度與商業(yè)粘接劑相似。

1.2.2 抗菌肽 已有研究證明天然的抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs）表現出對S.mutans的抑制作用［19］。Xie等［20］將賴氨酸摻入商業(yè)牙科粘接劑中，通過添加單一氨基酸-賴氨酸來調節(jié)牙科粘接劑的pH值，可以克服酸性微環(huán)境的不利影響，并增強復合修復體的耐久性。其結果證明了含有抗菌肽的粘接劑對S.mutans具有顯著的抗菌活性。

2 抗菌劑的影響因素

已有研究報道，不同尺寸和比例的同種抗菌劑具有不同的抗菌效果。同樣，抗菌劑或其載體的物質結構對抗菌效果也有影響。

2.1 抗菌劑的尺寸和比例

Chen等［21］研究表明，加入抗菌劑粒子的體積越小，比表面積越大，抗菌活性越高。納米粒子的小粒徑和高比表面積使得抗菌離子在低填充量時釋放，從而使樹脂具有抗菌性能同時又不損害其機械性能。此外，添加的抗菌劑濃度越高，其抗菌能力越強［22］。但是納米填料含量越高，納米粒子就越趨向于聚集，從而降低了樹脂的機械性能，因而適宜的納米填料含量至關重要［23］。

2.2 抗菌劑的結構

Dias等［24］研究了ZnO三維結構對于樹脂抗菌性能的影響，發(fā)現ZnO顆粒的形狀不同，抗菌效果也存在差異，ZnO的棒狀結構有（111）面，增加了ROS的生成，因而其棒狀結構較球形結構的抗菌活性更強。此外，在力學性能方面，該研究結果表明添加少量ZnO不會影響樹脂的抗壓強度和抗拉強度。

2.3 抗菌劑載體

將抗菌填料直接加入樹脂中會降低樹脂-填料界面結合強度，從而降低復合材料的力學性能。由于硅烷和酯鍵可以被水降解，即使填料表面進行硅烷化處理，牙科樹脂材料的使用壽命仍會受到樹脂-填料界面不良結合強度的影響。多孔填料載體的使用可以有效改善這一問題，在有機基質與多孔填料載體之間形成微機械鎖結，提高牙科樹脂材料力學性能［13，25］。同時，載體獨特的介孔結構能為抗菌離子提供緩釋通道［4］，并且使用載體負載抗菌劑可以有效的解決納米粒子團聚的問題［25］。

2.3.1 納米線結構載體 Ai等［26］將負載有AgNPs的聚多巴胺（polydopamine，PDA）包裹的羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）納米線加入牙科樹脂材料中。PDA改性填料對樹脂基體具有良好的親和力，這是由于多巴胺與樹脂大分子之間通過氫鍵或相互作用而形成的牢固鍵合，既提高了填料的分散性，又提高了不同相之間的有效界面應力轉移，使得HA納米線在樹脂基質中具有高分散性，并與樹脂基質具有良好的粘接性［27］。與純有機樹脂相比，當HA-PDA-Ag納米線添加量為6%～8%時，固化復合材料的彎曲強度和模量均有顯著提高。

2.3.2 核-介孔殼載體 Cao等［4］合成了一種添加了陽離子聚合物包裹溴化銀（AgBr）納米復合物（核-殼結構）的牙科樹脂材料，接觸殺菌的陽離子聚合物和釋放殺菌的Ag+協同殺菌作用增強了樹脂的抗菌能力。同時，AgBr核封裝在陽離子聚合物殼中，延遲了Ag+從核內到外部環(huán)境的釋放，從而提供可持續(xù)釋放的Ag+，提高了抗菌性能的長效性。此外，陽離子聚合物載體可與甲基丙烯酸酯單體聚合，對牙科樹脂的機械性能影響較小。

Chen等［13］采用簡便的模板萃取法合成了新型ZnO介孔二氧化硅（SiO2）納米粒子。該復合材料具有最佳的綜合性能，包括優(yōu)異的機械性能和抗菌活性、可接受的聚合物轉化率和固化深度，以及較低的收縮率。ZnO納米粒子通過釋放Zn2+破壞細菌細胞膜的完整性達到抗菌作用，SiO2的介孔殼可為Zn2+提供良好的緩釋通道，增強其抗菌長效性；同時，介孔填料為一類多孔填料，能夠使樹脂基質與填料機械有效嵌合，從而使粒子與基質接觸表面積增大來增強其機械性能［25］。

2.3.3 納米管結構載體 納米管為單壁或多壁結構，它在硬度、強度和韌性方面具有獨特的性能，并具有出色的生物活性［28］。Barot等［29］將不同質量分數的埃洛石納米管（Halloysite Nanotubes，HNT）/Ag摻入牙科樹脂中，樹脂材料呈現出顯著的抗菌作用、良好的生物相容性和無細胞毒性的特點，且HNT/Ag濃度越高，抗菌效果越好。此外，當質量分數由1 wt%增加至5 wt%時，與未加抗菌劑的空白對照組相比，牙科樹脂材料的力學性能得到顯著改善。而繼續(xù)添加較大質量分數（7.5 wt%和10 wt%）的HNT/Ag使樹脂材料力學性能降低，這可能是由于HNT/Ag添加量的增加導致了HNT/Ag的團聚，影響了材料的機械性能［23］。

3 抗菌劑的改性

除了物理性質的調整，抗菌劑在經過分子水平的改性之后同樣可以增強其抗菌效果。Zhang等［30］測試了烷基鏈長變化對其抗菌效果的影響。該研究結果表明，疏水的、帶正電荷的長聚合物鏈可以有效殺死細菌，含有一定鏈長烷基的抗菌劑具有疏水性，因此具有穿透疏水性細菌膜的能力。這些長陽離子聚合物穿透細菌細胞，類似于針頭使氣球破裂，從而以這種方式殺死細菌［31］。實驗結果表明烷基鏈長為16的甲基丙烯酸二甲基氨基十六烷基酯（dimethylaminohexadecyl methacrylate，DMAHDM）抗菌效果最佳，與商業(yè)對照復合材料相比，使樹脂材料上的生物膜減少了兩個數量級，顯著降低了生物膜的代謝活性和產酸量，并且未對樹脂材料的力學性能產生負面影響［30］。Wang等［32］對烷基鏈長為16的DMAHDM進行了耐藥性測試，并與烷基鏈長為12的DMADDM進行比較，發(fā)現烷基鏈長為12的DMADDM誘導了格氏鏈球菌（Streptococcus gordonii，S.gordonii）的耐藥性，而烷基鏈長為16的DMAHDM對S.mutans、血鏈球菌（Streptococcus sanguinis，S.sanguinis）及S.gordonii均未產生耐藥性。實驗結果表明較長的烷基鏈不僅增強了抗菌效果，并且可以穿透疏水性細菌膜來引起細菌裂解，使細菌難以獲得對較長烷基鏈抗菌劑的抵抗能力［32-33］。

一些研究發(fā)現官能團的位置對季銨鹽類抗菌劑的抗菌能力有影響。Liang等［34］為了探討烷基鏈的位置對于季銨鹽類抗菌劑的影響，合成了與DMADDM相似的抗菌單體：三乙基氨基十二烷基丙 烯 酸 酯（triethylaminododecyl acrylate，TEADDA）。TEADDA與DMADDM的區(qū)別是TEADDA抗菌單體烷基鏈位于主鏈中間，而DMADDM抗菌單體烷基鏈位于主鏈的末端。該研究者將TEADDA抗菌單體加入樹脂粘接劑中，發(fā)現其粘接性能顯著提高，但抗菌性能并不理想。表面電荷密度試驗結果顯示含有TEADDA的粘接劑表面電荷密度較低，這意味著改變烷基鏈的位置會限制帶正電荷的季銨基團在樹脂粘接劑表面的分布，從而限制了季銨鹽類化合物的抗菌作用。此外，季銨基團的位置對樹脂的抗菌性能也產生了影響［3］。納米復合材料中季銨鹽的存在是造成聚合物在初始階段加速分解的原因，有機分子的熱分解主要發(fā)生在鍵解能最小的位點，季銨基團位于主鏈的聚合物較位于側鏈上更容易降解，主鏈的斷裂會發(fā)生聚合物解離，相比側鏈更易造成分子量的降低，從而降低了其抗菌性能［35］。

Manouchehri等［36］合成了雙季銨二甲基丙烯酸酯抗菌單體，并將其加入粘接材料中，季銨鹽的抗菌機制之一是來自氮原子的正電荷與帶負電荷的細菌細胞膜之間的靜電相互作用，而雙季銨鹽是由兩個對稱的季銨基團通過不同的烷基鏈連接而成的一類表面活性劑，這種結構特征決定了雙季銨鹽單體的抗菌作用。研究結果表明即使在非常低的濃度（1 wt%）下，雙季銨鹽單體也具有高抗菌活性。由于在分子的兩端均有甲基丙烯酸酯基團，可以與樹脂基質單體形成共價結合，提高了復合材料的力學性能，并且不會對粘接性能產生不利影響。

4小結

盡管近年來抗菌劑的研究已經取得一定進展，抗菌效果得到顯著提升，適當添加非釋放型抗菌劑對于樹脂材料的機械性能影響也較小，但良好的抗菌劑應同時具備長期有效的抗菌性能與良好的生物相容性。隨著樹脂內抗菌劑的研究增多，學者們發(fā)現抗菌劑的使用可能會使細菌產生耐藥性，甚至產生持留菌［37］。由于生物膜更能耐受不利的生長條件，如抗菌藥物、應激反應和宿主防御系統，而且樹脂材料表面易積聚菌斑生物膜。因此，細菌產生耐藥性及持久性的問題不容忽視［10］。此外，抗菌劑的最優(yōu)添加量也需要繼續(xù)探討，理想的添加量需在達到最佳抗菌效果的同時不影響材料的機械性能甚至能增強其機械性能。天然抗菌劑具有良好的生物相容性，但其作為添加劑用于牙科樹脂抗菌劑在體外研究中并未獲得理論上的顯著效果，還需要進一步研究來尋找解決辦法。如何通過改變抗菌粒子的形狀增強抗菌效果或者使用生物活性劑用來抑制致齲細菌，促進良性菌種的生長，優(yōu)化抗菌性能，也是未來的研究方向。

【Author contributions】Zhou ZY wrote the article.Zhang JY，Niu J，Liu DD，Zhao WD collected the references.Liu XQ reviewed the article.All authors read and approved the final manuscript as submitted.