【摘要】 　　目的 研究3種不同形貌氧化鋅（ZnO）對復合樹脂抗菌性能的影響。方法 液體稀釋法測試納米級ZnO粉、四針狀氧化鋅晶須（T-ZnOw）和微米級ZnO粉對變異鏈球菌的最小抑菌濃度（MIC）和最小殺菌濃度（MBC）。然后按5％的比例分別將3種ZnO添加于化學固化型復合樹脂粉劑中，用薄膜覆蓋法測定老化處理前后樹脂的抗菌率，并比較其差異。結果 納米級ZnO粉、T-ZnOw和微米級ZnO粉的MIC分別為78.13、312.50、1 250.00 μg/mL；MBC分別為156.25、625.00、1 250.00 μg/mL。添加了納米級ZnO粉、T-ZnOw和微米級ZnO粉的復合樹脂老化處理前的抗菌率分別為（93.58±5.95）％、（89.42±4.11）％、（78.97±3.90）％；老化處理后的抗菌率分別為（89.01±7.91）％、（84.63±4.72）％、（72.27±3.89）％。結論 添加3種不同形貌的ZnO均能增強復合樹脂的抗菌活性，其中納米級ZnO的抗菌性最強，微米級ZnO最弱，而T-ZnOw在比表面積較小的情況下仍表現出較強的抗菌作用。

【關鍵詞】 復合樹脂 四針狀氧化鋅晶須 氧化鋅 變異鏈球菌

Effects of three different zinc oxide incorporation on the antibacterial activity against Streptococcus mutans of omposite resin NIU Li-na1, CHEN Ji-hua1, FANG Ming1, YANG Ju-cai1, XIAO Yu-hong1, NI Feng2. （1. Dept. of Prosthodontics, College of Stomatology, The Fourth Military Medical University, Xi′an 710032, China; 2. Dept. of Stomatology, PLA Organ Hospital of Nanjing Military Region, Nanjing 210016, China）

[Abstract] Objective To investigate the effects of incorporating three different zinc oxide（ZnO） on the antibac-terial activity of composite resin. Methods The minimal inhibitory concentration（MIC） and minimal bactericidal concentration（MBC） of nano-ZnO, tetrapod-like zinc oxide whiskers（T-ZnOw）, micro-ZnO against Streptococcus mutans were examined by the broth dilution test. Then the three different ZnO were added to the powder of one kind of bicomponent self-cured composite resin at 5% respectively, and the antibacterial activities of the resin specimens were evaluated using the membrane covering method before and after 3-month accelerating aging. Results The MIC values of the three different ZnO against Streptococcus mutans were 78.13, 312.50 and 1 250.00 μg/mL respectively and the MBC values were 156.25, 625.00, 1 250.00 μg/mL respectively. The antibacterial ratios of the resin specimens incorporating with 5% of the three different ZnO were （93.58±5.95）％, （89.42±4.11）％ and （78.97±3.90）％ respectively, while after 3-month accelerating aging those were （89.01±7.91）％, （84.63±4.72）％ and （72.27±3.89）％. Conclusion The three different ZnO could improve the antibacterial activity of the composite resin. The nano-ZnO exhibit the strongest antibacterial activity, while the micro-ZnO weakest. The T-ZnOw presents comparatively strong antibacterial activity although with smaller specific surface area.

[Key words] composite resin； tetrapod-like zinc oxide whiskers； zinc oxide； Streptococcus mutans

復合樹脂由于眾多的優越性而在臨床上得到廣泛的應用，但是因其聚合收縮而引發的微滲漏及繼發齲問題仍未能得到根本解決[1]。學者們嘗試將各種抗菌劑如季銨鹽、洗必泰[2]、載銀抗菌劑[3]等添加到復合樹脂中，取得了一定的抗菌效果，但還是存在如抗菌壽命短、變色、機械性能下等問題。近期有報道指出氧化鈣、氧化鎂、氧化鋅（zinc oxide，ZnO）具有較強的抗菌性，其中ZnO具有更多優點：在中性環境中無需光照即表現出顯著的抗菌性，顏色和化學穩定性好，同時鋅還是一種人體所必需的礦物元素[4]。本實驗擬將3種不同形貌的ZnO，即納

米級ZnO粉、四針狀氧化鋅晶須（tetrapod－like zincoxide whiskers，T-ZnOw）、微米級ZnO粉添加到化學固化型復合樹脂中，研究其對復合樹脂抗菌性能的影響。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

T-ZnOw（成都交大晶宇科技有限公司），納米級ZnO粉、微米級ZnO粉（陜西省師范大學化學與材料科學學院），化學固化型復合樹脂（粉液型）由第四軍醫大學口腔材料實驗室提供，變異鏈球菌ATCC 25175由第四軍醫大學口腔醫院檢驗科提供，比表面積測試儀（北京精微高博科學技術有限公司），腦心浸出液（brain-heart infusion，BHI）（Sigma公司，美國），人工唾液（第四軍醫大學口腔醫院藥劑科），聚乙烯薄膜（Interscience公司，法國）。

1.2 最小抑菌濃度和最小殺菌濃度的檢測

將3種ZnO粉用無菌BHI液體培養基按二倍稀釋法制成10個濃度梯度的抗菌劑應用液。將傳代培養的變異鏈球菌ATCC 25175配制成1.5×107 CFU/mL的菌懸液。每個試管中加入抗菌劑應用液1 mL、菌液100 μL及無菌BHI液體培養基900 μL后，置于37 ℃培養箱中厭氧培養24～48 h。試管內液體清亮的抗菌劑最低濃度為該抗菌劑的最小抑菌濃度（minimal inhibitory concentration，MIC）。接種環挑取清亮試管中的培養物，劃線接種于BHI瓊脂平板上，孵育48 h，無細菌生長的最低抗菌劑濃度為該抗菌劑的最小殺菌濃度（minimal bactericidal concentration，MBC）。重復3次，同時設陰性、陽性對照。陽性對照即不加實驗藥液，只加入等量的BHI培養液和稀釋后的菌懸液；陰性對照即只加入等量的實驗藥液和BHI培養液而不加菌懸液。

1.3 樹脂抗菌率的檢測

1.3.1 樣本的制備 按5％的添加比將3種不同形貌的ZnO分別加于復合樹脂中作為實驗組，未添加ZnO的復合樹脂為空白對照組，聚乙烯薄膜為陽性對照組。按上述比例將抗菌劑添加到復合樹脂的粉劑中，手工混勻后按7∶3的粉液比進行調拌，充填于內徑10 mm、厚2 mm的聚四氟乙烯模具中，覆蓋聚乙烯薄膜，并用玻璃板加壓。每組3個試件，均新鮮使用，并于實驗前用70%乙醇溶液擦拭樣品表面，1 min后用無菌水沖洗，無菌環境下干燥備用。將陽性對照組的聚乙烯薄膜制備成直徑為10 mm的圓片，紫外光消毒2 h后備用。

1.3.2 樣本的抗菌率檢測 將樣本置于無菌瓊脂 平板上，稍加壓使樣品嵌入瓊脂中，并保持其上表面高于瓊脂平面，以固定樣品，防止其在實驗過程中移動。制備濃度約為1×106 CFU/mL的菌懸液，分別取15 μL滴加在樣品表面（陽性對照組將菌液加于聚乙烯薄膜上），覆蓋聚乙烯薄膜，鋪平，使細菌均勻接觸樣品，同時防止菌液揮發[5]。37 ℃厭氧孵育24 h后用無菌生理鹽水充分洗脫附于樣本及覆蓋膜表面的細菌。混勻洗脫液，倍比稀釋后取100 μL接種至BHI瓊脂平板上，厭氧孵育24～48h后行菌落計數。以平板上菌落數為30～300的平板為準進行活菌計數，并根據稀釋倍數計算樣品及對照組的回收菌數。以上實驗重復3次，取平均值。將測定的菌落數按如下公式計算抗細菌率：r（%）=（b－c）/b×100％。r為抗細菌率（%）；b為空白對照樣品平均回收菌數；c為添加抗菌劑的樹脂樣品平均回收菌數。

1.3.3 抗菌長效性實驗 實驗分組同1.3.1，每組制備3個試樣，消毒后浸泡于2 mL無菌人工唾液中。所有試樣在37 ℃恒溫水浴箱內老化處理3個月，每3 d更換1次人工唾液。抗菌率的測試同1.3.2。本實驗重復3次，實驗結果與未經老化處理的試件相比較。

1.4 統計學分析

抗菌率及長效性實驗數據用x±s表示，采用 SPSS 11.5軟件進行方差分析及組間SNK-q檢驗。

2 結果

納米級ZnO粉、T-ZnOw、微米級ZnO粉對變異鏈球菌的MIC分別為78.13、312.50、1 250.00 μg/mL；MBC分別為156.25、625.00、1 250.00 μg/mL。抗菌率及長效性實驗中，空白對照組和陽性對照組未表現出任何抗菌作用。添加了納米級ZnO粉、T-ZnOw、微米級ZnO粉的樣本老化前抗菌率為（93.58±5.95）％、（89.42±4.11）％、（78.97±3.90）％。添加了微米級ZnO粉的復合樹脂抗菌率較低，與其他2組相比差異有統計學意義（P＜0.05）。老化后3組復合樹脂的抗菌率為（89.01±7.91）％、 （84.63±4.72）％、（72.27±3.89）％，與老化前的抗菌率相比，添加了微米級ZnO粉的復合樹脂抗菌率下降明顯（P＜0.05）。

3 討論

復合樹脂因其自身理化性質的制約及聚合收縮而可能引起的微滲漏、繼發齲等問題影響了復合樹脂的臨床修復效果。在盡量減小其聚合收縮的同時如何使復合樹脂具有抗菌性成為解決這一問題的另一條途徑。無機抗菌材料ZnO既克服了有機抗菌劑耐熱性差、抗菌壽命短、易耐藥等缺點，又避免了銀系抗菌劑易變色的不足，同時還無需光照，是應用于口腔修復材料抗菌的理想選擇。

ZnO的抗菌機制還不是很明了，有學者[6-7]認為過氧化氫的產生是ZnO抗菌機制的主要因素，細菌的細胞膜對過氧化氫是可滲透的，從而引起細菌的某些損傷以抑制細菌的生長或殺死細菌。為了更有效地利用ZnO表面產生的過氧化氫來抗菌，發明了以活性炭為載體的納米ZnO，同時還闡明ZnO的抗菌活性與其粒徑大小、比表面積及結晶度有關[6，8]。

本實驗結果顯示納米級ZnO對變異鏈球菌的抗菌性最強，而微米級ZnO作用最弱，這可能與ZnO的粒徑及比表面積有關。因為微米級ZnO粒徑為0.3～0.5 μm，比表面積為7.02 m2/g；而納米級ZnO的粒徑為80～120 nm，比表面積達到了25.7 m2/g。隨著ZnO粒徑的減小，比表面積增大，單位體積的ZnO顆粒量增加，釋放的過氧化氫濃度隨之增高，表現出更好的抗菌作用[8]。另外也有可能因為納米ZnO具有較大的比表面積和較高的表面能，因而對細菌具有更強的吸附作用，從而表現出更好的抗菌效能。

T-ZnOw是一種新型材料，它具有一種空間正四面體構型，是迄今為止發現的唯一具有三維立體結構的晶須，并表現出多種獨特功能和用途。其獨有的外形、獨特的功能及其在廣譜抗菌的同時又能增強材料的特點使其成為目前的研究熱點。本實驗中使用的T-ZnOw針徑為0.5～2.5 μm，針長為25～100 μm，比表面積為7.74 m2/g。雖然它與微米級ZnO的比表面積近似，但卻表現出更強的抗菌作用，這可能與其獨特的四針狀結構有關。一方面T-ZnOw的針徑及針長雖都是微米級，但其尖端相當部分在納米量級，從而具有納米材料所具備的特殊的表面效應和高活性；另一方面T-ZnOw因其獨特的四針狀結構，分散后可形成立體導電網絡結構，為抗菌離子提供高效傳輸途徑[9]。

本研究結果表明，添加了納米級ZnO和T-ZnOw的復合樹脂均具有較強的抗菌作用；添加了微米級ZnO的復合樹脂抗菌作用較差，與其他2組相比，差異有統計學意義（P＜0.05）。這雖然與所測的MIC、MBC結果相同，但是納米ZnO組的抗菌率卻并未達到預計水平，這可能與納米材料較易團聚有關。因為表面處理過程可能會對ZnO抗菌性能產生影響，所以本實驗中各組抗菌劑均未經表面處理。由于納米ZnO顆粒表面能較高，在與有機材料混和時，易發生團聚，難以實現均勻分布，從而使其抗菌性的發揮受到影響。而T-ZnOw雖然比表面積較小，但T-ZnOw可在材料內部形成立體導電網絡結構，晶須間互相聯系，不僅試件表面晶須發揮抗菌作用更能動員試件內部晶須共同作用，從而大大提高了其抗菌效果，同時晶須尖端有納米活性抗菌作用，并且針尖部位不會產生團聚，是真正意義的可分散的納米材料，從而有利于其抗菌活性的發揮[9]。此外，

T-ZnOw的四針狀結構及高強度高模量性質，使其易在材料中獲得均勻分布并對材料具有較強的增強增韌作用，未經偶聯處理時，在少量添加的情況下應該不會對樹脂的機械性能產生較大的影響，這也是納米及微米ZnO所不具備的優點。有關添加3種ZnO對復合樹脂機械性能的影響及表面處理過程對ZnO抗菌作用及復合材料機械性能的影響仍需進一步研究。

老化前后的抗菌率相比，添加了納米級ZnO及T-ZnOw的樣本均表現出較好的抗菌長效性，且二者與添加了微米級ZnO的樣本間差異有統計學意義（P＜0.05），這可能與微米ZnO比表面積較小，樹脂基質對其包埋固定效果不好有關，也可能因為其粒徑與復合樹脂填料粒徑（1～5 μm）不匹配，從而增大了填料的孔隙率及材料的不穩定性，導致了ZnO溶出增多，樹脂抗菌效果下降明顯。

來源：《華西口腔醫學雜志》