智能种植牙能抵抗细菌生长

在美国有超过300万的人牙科种植体，用来代替因蛀牙、牙龈疾病或损伤而脱落的牙齿。植入物与假牙或桥相比，这是一个飞跃，安装更加安全，设计寿命可达20年或更长。

但植入物往往达不到预期的效果，而是由于局部炎症或牙龈疾病，需要在5到10年内更换，这就需要患者重复昂贵的侵入性手术。宾夕法尼亚大学牙科医学院助理教授Geelsu Hwang说:“我们想解决这个问题，所以我们想出了一种创新的新植入物。”他拥有工程学背景，并将其用于口腔健康问题的研究。

黄教授说，这种新型植入物将实现两项关键技术。一个是纳米颗粒注入材料这可以抵抗细菌的定植。第二种是由咀嚼或刷牙等口腔自然运动驱动的嵌入式光源进行光疗。

在论文中光疗可以解决一系列不同的健康问题，”Hwang说。“但一旦植入生物材料，更换或充电电池是不现实的。我们使用了一种压电材料，它可以通过口腔的自然运动产生电能，提供光来进行光疗，我们发现它可以成功地保护牙龈组织免受细菌的侵袭。”

在本文中，研究人员探索的材料是钛酸钡(BTO)压电这些特性在电容器和晶体管等应用中得到了利用，但尚未作为抗感染可植入生物材料的基础进行探索。为了测试其作为植牙基础的潜力，研究小组首先使用了嵌有BTO纳米颗粒的圆盘，并将其暴露于变形链球菌中。变形链球菌是导致蛀牙的细菌生物膜的主要成分，通常被称为牙菌斑。他们发现椎间盘以剂量依赖的方式抵抗生物膜的形成。BTO浓度较高的圆盘能更好地防止生物膜的结合。

虽然早期的研究表明，BTO可能会使用光催化或电极化反应产生的活性氧物种直接杀死细菌，但由于这些方法的短期效力和脱靶效应，Hwang和同事们没有发现这是事实。相反，这种材料产生增强的表面负电荷，排斥带负电荷的细菌细胞壁。研究人员说，这种排斥效应可能会持续很长时间。

“我们想要一种能够长时间抵抗细菌生长的植入材料，因为细菌的挑战不是一次性的威胁，”Hwang说。

这种材料的发电特性是持续的，而且在测试中，随着时间的推移，这种材料不会沥滤。它还证明了机械强度的水平可与其他材料用于牙科应用。最后，在研究人员的实验中，这种材料不会损害正常的牙龈组织，这支持了这样一种观点，即这种材料在口腔中使用不会产生不良影响。

在未来的工作中,他们希望继续改进“智能”牙科植体系统,测试新材料类型,甚至使用不对称属性的两侧植入组件,集成在一个鼓励组织面临的牙龈和面临的一个抗细菌形成的其余的嘴。

黄教授说:“我们希望进一步开发这种植入系统，最终看到它商业化，这样它就可以用于牙科领域。”