再矿化对人牙釉质纳米力学性能和微摩擦学行为的影响

摘要

人体天然牙是人体内最重要的咀嚼器官，在人的一生中行使重要功能。牙冠最外层的牙釉质是人体内最硬的组织，对咀嚼磨耗具有较好的抵抗力。人体口腔环境十分复杂，除常见的因咀嚼需要产生的机械行为外，牙齿最外层的牙釉质还经常遭受内源性或外源性酸性介质引起的酸蚀，进而诱发牙齿过度磨损。随着酸性饮料摄入量的增大和人类平均寿命的提高，牙齿酸蚀问题日趋严重，酸蚀已经成为现代社会人类牙齿过度磨损的主要诱因。因此，开展人牙釉质酸蚀损伤及再矿化修复行为的系统研究具有非常重要的理论意义和现实意义。
　　本文主要采用纳米压痕/划痕仪，试验研究了体外再矿化对酸蚀人牙釉质纳米力学性能和微摩擦学行为的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDX)、表面轮廓仪、激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)、X射线衍射分析(XRD)等材料表面分析测试设备，对牙釉质的再矿化表面进行了详细的观察和分析。所取得的主要结论如下:
　　(1)在0.001 M柠檬酸介质(pH=3.25)中，当人牙釉质的酸蚀时间不大于10 min时，牙釉质次表层由于酸蚀脱矿形成的软化层厚度为微纳米尺度，约为500～1000nm。随着酸蚀时间增加，酸蚀的软化层厚度呈现非线性增大。软化层的厚度与牙釉质表面酸蚀损伤程度密切相关，牙釉质表面酸蚀损伤越严重，软化层厚度越大。
　　(2)在人工唾液介质中经过12h体外再矿化处理后，在酸蚀人牙釉质试样表面生成一层与原始人牙釉质成分相似、但生长方向不同的矿化结晶，这层晶体在C轴无明显生长取向。体外再矿化处理后，酸蚀人牙釉质表面的纳米力学性能和微观摩擦学性能均有显著提高，再矿化表面的纳米压痕硬度和弹性模量显著高于酸蚀表面，磨损量明显低于酸蚀表面。但是，再矿化表面的纳米力学性能和微摩擦学性能仍明显低于人牙釉质原始表面，这说明在给定的实验条件下，人牙釉质表面的酸蚀损伤可以通过再矿化得到一定程度的修复，但无法完全修复。
　　(3) CPP-ACP具有修复牙釉质酸蚀损伤的能力。在2.0％ w/v CPP-ACP溶液中经12 h体外再矿化处理后，酸蚀人牙釉质表面形成一层不均匀的无定型态矿物沉积，表面矿物质含量、硬度及弹性模量均增大，表面摩擦力、摩擦系数和磨损量均下降。但是，再矿化表面的纳米力学性能和耐磨性仍明显低于牙釉质原始表面。由于无定型态的再矿化沉积物和健康牙釉质的HAP晶体之间存在明显的结构差异，因此，尽管CPP-ACP溶液中钙、磷酸根离子浓度高于人工唾液，但是它对酸蚀人牙釉质表面纳米力学性能和微摩擦学行为的修复依然不彻底。
　　(4)由于化学组成、微观结构和晶体特性的差异，乳牙釉质的酸蚀耐受性较恒牙釉质差，在相同的酸蚀条件下，乳牙釉质的酸蚀损伤重于恒牙釉质。在2.0％ w/vCPP-ACP溶液中经过12h的体外再矿化处理后，乳牙釉质表面由于酸蚀导致的形貌损伤、纳米力学性能下降和微摩擦学行为改变均得到了一定程度的修复。鉴于乳牙釉质的酸蚀耐受性较恒牙釉质差，相同酸蚀时间乳牙釉质表面脱矿较恒牙釉质严重，因此，乳牙釉质的再矿化修复作用弱于恒牙釉质。
　　(5)酸蚀时间、再矿化工况和生命活性物质均会影响牙釉质表面酸蚀损伤的再矿化修复。酸蚀时间越短，牙釉质的再矿化表面越平整，再矿化沉积物的分布越均匀致密。搅拌不利于酸蚀牙釉质的再矿化修复，和静止工况相比，搅拌工况下酸蚀牙釉质再矿化表面的再矿化沉积物排列疏松，分布不均匀，脱矿导致的蜂窝结构仍然隐约可见。延长酸蚀人牙釉质在人工唾液介质中的再矿化处理时间，有助于再矿化表面生成排列有序的片状HAP晶体。人体天然全唾液中的蛋白等有机物对酸蚀人牙釉质的再矿化修复存在诱导和促进作用，和人工唾液介质相比，酸蚀牙釉质在人体天然全唾液介质中再矿化处理12h后，再矿化表面生成的晶体更均匀，排列更整齐，表面耐磨性较好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 生物摩擦学概述

1．1．1 摩擦学

1．1．2 人体生物摩擦学

1．1．3 微／纳米生物摩擦学

1．2 人牙釉质的摩擦磨损

1．2．1 牙齿的形态与功能

1．2．2 人体天然牙的口腔环境

1．2．3 人牙釉质的组成、结构和组装

1．2．4 人牙釉质的力学性能及摩擦磨损性能

1．3 人牙釉质的酸蚀

1．3．1 酸性物质的来源

1．3．2 酸蚀的危害

1．3．3 酸蚀磨损的影响因素

1．4 人牙釉质的再矿化

1．4．1 牙齿的再矿化

1．4．2 牙齿再矿化现象的研究现状

1．4．3 影响酸蚀人牙釉质再矿化的因素

1．4．4 酸蚀人牙釉质再矿化研究中存在的问题

1．5 选题意义及研究内容

1．5．1 选题意义

1．5．2 研究内容

第2章 试验方法

2．1 样品制备与处理

2．1．1 样品的制备

2．1．2 样品的处理

2．2 体外试验

2．2．1 纳米压痕试验设备及参数

2．2．2 纳米划痕试验设备及参数

2．2．3 其它微观分析方法

第3章 酸蚀牙釉质软化层厚度的测量研究

3．1 试验简介

3．1．1 样品制备

3．1．2 试验方法

3．2 结果与讨论

3．3 小结

第4章 酸蚀牙釉质在人工唾液介质中的再矿化行为研究

4．1 试验方法

4．1．1 样品和材料制备

4．1．2 试验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 牙釉质表面形貌和晶体特性

4．2．2 纳米力学性能

4．2．3 微摩擦磨损行为

4．3 小结

第5章 酸蚀牙釉质在CPP-ACP介质中的再矿化行为研究

5．1 试验方法

5．1．1 样品和材料制备

5．1．2 试验方法

5．2 结果和讨论

5．2．1 表面形貌

5．2．2 纳米力学性能

5．2．3 微摩擦磨损行为

5．3 小结

第6章 乳牙釉质的酸蚀和再矿化行为研究

6．1 试验方法

6．1．1 样品制备

6．1．2 试验方法

6．2 乳牙釉质的酸蚀行为

6．2．1 表面形貌

6．2．2 纳米力学性能

6．2．3 微摩擦行为

6．2．4 讨论

6．3 酸蚀乳牙釉质的再矿化行为

6．3．1 表面形貌

6．3．2 纳米力学性能

6．3．3 微摩擦磨损行为

6．3．4 讨论

6．4 小结

第7章 牙釉质表面酸蚀损伤再矿化修复的影响因素研究

7．1 试验方法

7．1．1 样品和材料制备

7．1．2 试验方法

7．2 结果与讨论

7．2．1 酸蚀时间的影响

7．2．2 搅拌的影响

7．2．3 再矿化时间的影响

7．2．4 人体天然唾液的再矿化作用

7．3 小结

结论和展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果