利用载抗菌性碳点聚多巴胺涂层修饰口腔正畸托槽的应用研究

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背景:在口腔临床领域,托槽等器件是口腔内常见的辅助装置。然而,这些装置的存在容易造成食物残渣滞留,导致牙菌斑在牙面附着,致病菌在局部微环境迅速增殖进一步造成牙齿脱矿、龋坏、牙龈红肿、出血等口腔问题。目前,利用抗菌涂层修饰在托槽等口腔治疗装置表面是解决致病菌黏附的有效策略之一。用哪种抗菌剂来开发抗菌性涂层,值得我们考虑。碳点(carbon dots,CDs)作为新型荧光纳米碳材料,与其它抗菌纳米材料有着相似的抗菌机制,不易诱导细菌耐药性产生,还具有荧光标记特性以及良好的生物相容性等优点。因此,以抗菌性碳点为基础,开发抗菌性涂层修饰托槽等装置,是解决口腔正畸托槽表面致病菌黏附滋生的理想方案。目的:本研究利用中药厚朴的主要活性成分-和厚朴酚(honokiol)为碳源合成和厚朴酚碳点(honokiol carbon dots,HCD),探究HCD的抗菌性能与抗菌机理。我们在成功合成抗菌性碳点的基础上,借助聚多巴胺(polydopamine,PDA)颗粒的黏附性能,在正畸托槽表面形成PDA-HCD抗菌性涂层,为解决口腔正畸托槽表面细菌黏附滋生提供新的思路和方法。方法:我们参照一步水热法来合成和厚朴酚碳点,并对其进行物理表征,探究其微观结构与光学性能。通过WST-8试剂盒检测HCD对大肠杆菌和变形链球菌的抗菌性能。通过zeta电位,扫描电镜,活性氧产生测定探究其抗菌机制。在上述基础上,借助聚多巴胺(polydopamine,PDA)颗粒优越的黏附性能,在托槽表面形成PDA-HCD涂层,通过扫描电镜以及X射线衍射图谱进行表征。利用人工唾液模拟口腔环境,将修饰有PDA-HCD涂层的托槽浸泡于人工唾液中,分别在浸泡0天、7天和14天后,通过WST-8试剂盒检测与细菌涂板计数法探究其抗菌性能。此外,通过制备不同厚度的PDA-HCD涂层,进一步探究涂层厚度与涂层稳定性之间的关系以及其对抗菌性能的影响。为了评估涂层的生物相容性,将涂层的浸泡液与L929细胞共培养,并用CCK8测定细胞活性。结果:透射电镜结果显示HCD具有纳米级尺寸,形貌呈球状,无明显团聚,粒径均匀。zeta电位结果显示HCD带正电荷(+27.63m V),荧光图谱体现了合成的HCD具有荧光特性,激发光波长改变,发射光波长随之改变,体现HCD的光致发光特性。在紫外光下,HCD具有肉眼可见的荧光。抗菌实验结果表明,HCD具有广谱且优良的抗菌性能,浓度为100μg/m L时对大肠杆菌和变形链球菌的抗菌率均在70%以上,HCD的抗菌机制是表面所带正电荷以及自然光下诱导活性氧产生对细菌产生杀灭作用。利用PDA-HCD涂层修饰的托槽在人工唾液中浸泡7天后仍保持良好的抗菌性能,对大肠杆菌和变形链球菌的抗菌率均在80%以上,浸泡14天后,涂层的抗菌率稍有下降。而且当托槽表面涂层厚度过厚时,经过人工唾液浸泡后,涂层的抗菌性能会明显减弱,这说明涂层过厚时,其在口腔环境中的稳定性会下降。细胞毒性实验表明,PDA-HCD涂层无明显的细胞毒性。因此,PDA-HCD抗菌性涂层对于控制口腔正畸托槽表面致病菌滋生具有良好的应用前景。结论:本研究合成了对革兰氏阴性菌-大肠杆菌和革兰氏阳性菌-变形链球菌均具有良好抗菌活性的和厚朴酚碳点(HCD),其抗菌机制主要是表面所带正电荷对细菌细胞膜的破坏,以及在自然光下诱导活性氧产生,对细菌产生不可逆的杀伤作用。借助HCD的抗菌性能以及PDA的黏附性能,在托槽表面形成了具有抗菌活性的PDA-HCD涂层,我们借助这种在口腔环境中具有良好且稳定的抗菌效果的新型涂层,可为解决口腔正畸托槽表面致病菌黏附滋生提供了新的思路与解决办法。
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