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冷常压等离子体在口腔医学中的应用进展

2019-6-13 15:06  来源:中国实用口腔科杂志
编辑:葛鑫 赵宝红 阅读量:2421

    冷常压等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)属于等离子体中的一种。等离子体是指基础气体在加热或强电磁场等条件作用下,形成的高度电离的气体云,气体云的外层电子获得巨大能量,摆脱原子核的束缚成为自由电子,原子核所带正电荷与电子所带负电荷总量相等,整体近似电中性,故称为等离子体。等离子体具有较多产物,包括电子、离子、原子及活性自由基等,均以气体状态存在,产物中大量活性物质可使细菌、真菌、病毒及寄生虫失活。等离子体可通过在材料表面引入活性基团的方式,产生表面改性作用。等离子体分类方式较多。

     (1)按照产生的气压条件可分为三类:高压等离子体、低压等离子体和常压等离子体,这三类等离子体是分别在高于、低于及等于大气压条件下产生的。在医学领域应用较多的是常压等离子体。

    (2)按照温度可分为两类:高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体是指温度为108~109K且完全电离的等离子体,如恒星等离子体和热核聚变反应中的等离子体。低温等离子体是指温度为103~105K的等离子体,在低温等离子体中质量较大的离子和分子决定整体温度,质量较小的电子对整体温度影响较小。因此,尽管电子吸取能量更快、温度更高,等离子体的整体温度仍保持低温状态(接近室温)。

    低温等离子体根据产生方式的不同,又可分为热等离子体和冷等离子体两类。热等离子体是在稠密高压(>0.1MPa)条件下产生,温度为103~105K,如电弧、高频和燃烧等离子体等;冷等离子体是在稀薄低压条件下产生,温度为103~104K,如辉光放电等离子体、电晕放电等离子体和DBD介质阻挡放电等离子体等。本文主要讨论的是CAP在口腔医学中的应用进展。

    随着科学技术的发展,CAP装置逐渐简化,不再需要配备昂贵的真空系统,体积逐渐减小,大气压、低温(接近室温)条件下产生的CAP应用增多。CAP最初应用于空气及污水净化,医疗器械及活体组织的灭菌,现逐步应用于口腔材料表面改性、牙齿美白及止血等领域。

    1.CAP在口腔灭菌方面的应用

    CAP的灭菌机制包括热效应、紫外线作用及细菌胞膜破裂学说等,其中细菌胞膜破裂学说一直居于首要地位。大多数学者认为,革兰阴性细菌死亡是由于带电粒子产生的静电力可引起胞膜破裂、胞质外溢;而革兰阳性细菌死亡则是由于含氧活性粒子具有氧化作用,破坏了细菌薄膜的屏障保护作用。等离子体处理时产生的温度接近室温,产生的紫外线辐射也非常微弱。因此,热效应及紫外线作用均不是杀灭微生物的主要机制。

    CAP可应用于口腔器械、修复模型和根管内的消毒,对于种植体周围炎和牙周炎也有治疗效果。王丹杨等证实CAP处理15s可杀灭变形链球菌,5min可杀灭嗜酸乳杆菌,对于由菌斑生物膜引起的龋病、牙周病及种植体周围炎等均有治疗效果;对伴放线放线杆菌、白色念珠菌也有明显灭菌效果,因此可用于治疗牙周病和义齿性口炎。

    在根管治疗方面,CAP联合药物治疗效果更佳。CAP产生的活性产物能扩散至根管细小弯曲的末端结构,在较短时间内即可达到较好的杀菌效果,并且不产生有毒气体和热伤害等副反应,治疗效果优于次氯酸钠冲洗、氢氧化钙消毒及超声清洗等传统治疗方法。有报道称使用CAP联合5.25%次氯酸钠处理根管12min,根管内粪肠球菌(根管治疗失败的常见菌群)全部被杀灭。

    在口腔种植、牙周手术及正颌手术等治疗中,CAP可用于手术室及手术器械的消毒。对于不耐高温的医疗器械,CAP消毒避免了高压蒸汽灭菌造成的热变形等损害。CAP设备小巧便携、移动方便,因此也可用于术中消毒。

    2.CAP的表面改性作用

    2.1CAP对牙体组织的表面改性作用

    CAP对牙釉质和牙本质的表面改性作用体现为亲水性的增强。有研究证实:(1)与不处理组相比,经CAP处理的牙釉质表面亲水性及极性物质显著增加,与粘接剂的粘接强度增强;CAP有望应用于自酸蚀,在窝沟封闭及冠的粘接中替代常规酸蚀。(2)与不处理组相比,经CAP处理的牙本质表面亲水性增强,粘接剂中渗入胶原纤维和牙本质小管的亲水性单体增多,形成的树脂突较长且混合层较厚,因此牙本质与粘接剂之间的微机械固位更好,CAP的应用提高了粘接剂与牙本质的粘接强度和耐用性。

    CAP在治疗牙周病方面,除灭菌机制外,还可增加裸露牙根表面的亲水性,促进成骨细胞黏附及增殖分化;另外,CAP可促进牙周韧带中间充质干细胞的成骨分化。

    2.2CAP对口腔修复材料的表面改性作用

    口腔修复材料如氧化锆牙冠和纤维桩,经CAP处理后与树脂粘接剂之间的粘接力增强。CAP处理氧化锆牙冠后,牙冠表面能及亲水性增强,进而增强其与树脂粘接剂之间的粘接强度;CAP处理纤维桩后,纤维桩可产生含氧基团,表面的极性官能团增多,湿润性增强,与树脂粘接剂之间的粘接效果更佳。

    纤维桩与牙本质弹性模量相近,不易造成根折,在牙体修复中应用广泛,应用CAP来增强纤维桩粘接性具有实际临床意义。CAP可使义齿基托和软衬材料表面改性。可摘及全口义齿基托材料为热固化丙烯酸树脂,CAP处理后基托与唾液间吸附力增强;软衬材料与基托材料相同,在CAP处理后形成高度交联的膜,从而增加软衬材料的耐磨、耐热和耐腐蚀性,减少对水的吸取并阻碍增塑剂低分子物质析出。Kim等证实,在修理断裂义齿时应用CAP,可增强基托树脂与填补树脂之间的粘接力。

    综上所述,CAP表面处理技术为口腔修复治疗提供了新思路。

    3.CAP在口腔种植方面的应用

    在口腔种植修复中,种植体与骨的结合能力是至关重要的。CAP可通过多种机制增强种植体与骨的结合能力。

    (1)生物学方面,在保证种植体钛矿晶体结构等物理特性的情况下,应用CAP可提高种植体表面的亲水性和自由能,从而改善了组织的相容性,促进成骨细胞在种植体表面的黏附。

    (2)物理机械作用方面,赵宝红等证实,种植体经CAP处理后表面呈粗糙的多孔结构,种植体的机械固位效果优于电解氧化、机械抛光和喷砂酸蚀等传统方法,同时粗糙多孔的表面结构有利于成骨细胞的附着、铺展及进一步增殖、生长,并且可增加磷酸钙盐的沉积,提高成骨细胞对蛋白质和钙离子的摄取能力,进而增强种植体与骨组织间的结合力。

    (3)早期软组织封闭方面,CAP可促进牙龈成纤维细胞在种植体表面的早期附着,增强种植体周围软组织密封效果,预防口腔来源的感染,减少早期种植体与骨结合的干扰,降低种植体失败风险。

    4.CAP在牙齿美白方面的应用

    在美白牙齿方面,使用CAP的方法与传统方法相比优势明显,美白效率更高且安全稳定。传统美白牙齿方法需使用光源活化高浓度的过氧化氢(35%~50%),产生的羟基与牙齿表面色素基团发生氧化还原反应,从而产生牙齿美白效果。CAP美白牙齿方法则通过高能带电粒子和活性自由基等产物,激发低浓度的过氧化氢分解并释放大量羟基,从而产生良好且稳定的美白效果,避免出现高浓度过氧化氢造成的牙体损伤和牙齿敏感现象;另外CAP处理的温度(<40℃)较低,对牙髓无热损伤,对牙釉质和牙本质的显微硬度及矿物含量均无影响。

    5.CAP在口腔外科手术方面的应用

    口腔颌面部血运丰富,快速有效地止血在口腔颌面外科手术中非常重要,CAP在止血效果方面优于高频电刀。高频电刀易造成组织烧焦并且在移除焦化部分后可引起新的出血。而CAP通过活化血小板,促进血小板聚集及促进血液脱水等机制加速血液凝固,止血过程中不产生热量、气化、碳化及细菌污染等负面效应。

    6.总结和展望

    CAP在活体组织消毒、材料表面改性、牙齿美白及止血等领域的应用已取得显著成效,但该技术在口腔医学中的应用研究仍是初步探索阶段。CAP的作用机制、长期效果及有无副反应等方面尚需长期临床观察验证。如何使CAP装置更加人性化,更易于椅旁操作,使用流程更加简化,处理时间和所需剂量更加精确化等方面值得继续深入研究。

编辑: 陆美凤

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