齲齒和牙周病是常見的牙齒疾病，給世界醫療衛生系統帶來了巨大的經濟負擔。目前，全世界的齲齒和牙周炎的發病率和患病率均很高。對早期的齲齒和牙周病（尤其是隱蔽病變）進行篩查和治療可有效避免其對牙齒及神經造成的永久性傷害。檢測揮發性硫化物（Volatile sulfur compounds，VSCs）是一種篩查早期齲齒和牙周病的方法，目前主要包括氣相色譜法及熒光/比色傳感器法。然而，這些檢測方式主要針對呼出氣體，并不能提供牙齒病變位置及病變程度的詳細信息。因此，開發出一種能精確定位牙齒病變（尤其是隱蔽病變）的方法非常具有應用價值。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種具有彈性、化學惰性和光學透明性的高分子材料，通過溶劑澆鑄可對PDMS材料的形狀、厚度及力學性質進行精確控制。中山大學的周建華教授團隊聯合哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang教授團隊通過將熒光氧化鋅（ZnO）納米顆粒混入PDMS基質中制備ZnO-PDMS納米復合材料，開發出一種透明、彈性的可穿戴ZnO-PDMS牙墊。這種ZnO-PDMS牙墊可對局部釋放的VSCs產生響應，實現對患者牙齒病變部位的精確定位（圖1）。
圖1. 病變部位局部釋放的VSCs淬滅ZnO-PDMS牙墊的熒光
制備的ZnO-PDMS納米復合材料熒光發射波長位于~560 nm（圖2B），在未固化時具有良好的透明性和流動性，可以方便地制造成各種形狀（圖2D）。使用ZnO-PDMS納米復合材料制備的牙墊透明度較高，在紫外光照射下可發射強烈的熒光（圖2E和F）。與此同時，ZnO-PDMS牙墊表現出良好的柔韌性和可拉伸性能（圖2G和H）。
圖2. ZnO-PDMS牙墊的制備
幾種代表性的VSCs氣體成分（尤其是H2S）均能迅速引起ZnO-PDMS牙墊的熒光淬滅（圖3A-E），且這種淬滅響應具有較好的特異性（圖3F）。除此之外，所制備的ZnO-PDMS牙墊在不同模擬生理環境下均具有較好的穩定性（圖3G-I），亦表現出良好的生物相容性及較低的生物毒性（圖3J和K）。
圖3. ZnO-PDMS牙墊的性質表征
受試者佩戴實驗結果表明，ZnO-PDMS牙墊不僅能準確地定位出受試者的齲齒位置，還能顯示出一些隱蔽的牙齒病變，可為臨床診斷提供更多的信息（圖4）。
圖4. ZnO-PDMS牙墊用于定位人體牙齒病變
本文通過在PDMS基質內混入ZnO納米顆粒制備ZnO-PDMS納米復合材料，開發了一種透明的可穿戴牙墊，以實現對牙齒病變部位的便捷、靈敏檢測。ZnO-PDMS納米復合材料的特點賦予了牙墊：
-
1）成本低、制備簡單、穩定性高；
-
2）可對牙齒病變精確定位；
-
3）透明、柔軟、患者適應性高的優點。
該牙墊的使用有助于對齲齒及牙周炎進行預防及早期治療。此外，PDMS的多孔結構使牙墊具有載藥的潛力，有望進一步發展出兼具診斷和治療功能的診療平臺。該技術的應用也可擴展到其他領域以開發出更多涉及公眾健康的可穿戴檢測裝置。
該研究成果以“A Transparent, Wearable Fluorescent Mouthguard for High-Sensitive Visualization and Accurate Localization of Hidden Dental Lesion Sites”為題，發表于Advanced Materials（2020，DOI: 10.1002/adma.202000060）。論文的第一作者為中山大學生物醫學工程學院特聘副研究員李雪萌，第二作者為廣州市婦女兒童醫療中心口腔外科羅崇岱醫生。通訊作者為哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang教授和中山大學周建華教授。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000060
- 暫無相關新聞
