AM：帶熒光牙套可視化牙齒病變部位

來源： EngineeringForLife

通過檢測口腔中揮發(fā)性硫化合物(VSCs)的分泌，可以準(zhǔn)確檢測和早期診斷如齲齒和牙周炎等口腔疾病。目前VSCs的診斷方法可以檢測其存在和濃度，但還不能準(zhǔn)確定位病變部位。本文報道了一種獨特的精確定位牙齒病變部位的方法：用一種由氧化鋅-聚二甲基硅氧烷（ZnO-PDMS）納米復(fù)合材料組成的熒光牙套（又稱為咬合板）來檢測VSCs的局部釋放。ZnO-PDMS牙套對VSCs具有高敏感性和選擇性反應(yīng)，在正常生理環(huán)境下具有高熒光穩(wěn)定性、良好的生物相容性和低生物毒性�？纱┐鞯腪nO-PDMS牙套能夠準(zhǔn)確識別人體病變部位的位置也得到了證明。結(jié)合圖像分析，咬合板成功發(fā)現(xiàn)了齲齒的精確位置，使得方便篩檢常被牙醫(yī)忽略的隱藏齲齒病變部位成為可能。由于成本低、穩(wěn)定性好、患者依從性好，該可穿戴咬合板適合大規(guī)模生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于牙科臨床/常規(guī)體檢前初步但準(zhǔn)確的牙齒病變篩查。

相關(guān)論文以題為“A Transparent, Wearable Fluorescent Mouthguard for High‐Sensitive Visualization and Accurate Localization of Hidden Dental Lesion Sites”發(fā)表于“Advanced Materials”雜志，第一作者為Xuemeng Li博士，通訊作者為南方醫(yī)科大學(xué)的Cuiping Zhou博士、哈佛醫(yī)學(xué)院的Yu Shrike Zhang教授和中山大學(xué)的Jianhua Zhou教授。

研究人員發(fā)明的牙套是由ZnO-PDMS納米復(fù)合材料構(gòu)建而成，并通過檢測VSCs的局部釋放來準(zhǔn)確定位顯著的和隱藏的牙齒病變部位。該復(fù)合材料由PDMS和熒光氧化鋅量子點（ZnO QDs）組成。這種牙套可對VSCs（主要是H2S）有特異性反應(yīng)，導(dǎo)致熒光淬滅。

圖1 特異性病變部位的熒光可被局部釋放的VSCs高敏感性、選擇性淬滅

如圖2所示，通過石膏、臘多次澆筑、脫模的工藝，得到兩個石膏的模具(II)和(IV)，再將ZnO-PDMS混合溶液填充其中，經(jīng)80℃固化30min得到牙套。

圖2 A）ZnO-PDMS牙套的制造工藝；B）熒光激發(fā)光譜；C）氧化鋅量子點顆粒大�。籇）未固化混合溶液的透明度及流動性；E-H）ZnO-PDMS咬合板的柔韌性和熒光一致性

通過將ZnO-PDMS牙套暴露于不同的VSC氣體（H2S, CH3SH, CH3SCH3），研究者發(fā)現(xiàn)這三種VSC氣體都對牙套有著相當(dāng)程度的熒光淬滅反應(yīng)，而H2S氣體的影響尤為顯著。為了真實驗證口腔內(nèi)H2S部分溶解于唾液、部分揮發(fā)于口腔環(huán)境中的場景，研究者又進(jìn)一步檢測了氣態(tài)和溶液態(tài)的H2S的影響，結(jié)果顯示溶液態(tài)的H2S有著比氣態(tài)更為快捷的反應(yīng)速率。牙套的適合的化學(xué)惰性、良好的生理穩(wěn)定性，以及低生物毒性也得到了驗證。

圖3 ZnO-PDMS牙套的反應(yīng)敏感性、選擇性、穩(wěn)定性和細(xì)胞相容性

隨后，研究者對ZnO-PDMS牙套的定位病變部位的能力進(jìn)行了評估。

圖4 ZnO-PDMS牙套上不同牙齒位置(TPs)的疾病模擬/病變部位的定位

研究人員還進(jìn)一步在人類志愿者上測試了原位、體內(nèi)的齲齒定位。經(jīng)過對8名隨機(jī)志愿者（3名健康、5名有著不同程度的牙齒病變）的7h臨床監(jiān)測，試驗顯示該牙套不但能準(zhǔn)確顯示齲齒的位置，更能顯示隱藏的牙齒病變，為臨床診斷提供更多信息。

圖5 用ZnO-PDMS牙套對人體牙齒隱形病變部位的體內(nèi)篩查

表1 所有8名志愿者的牙齒狀況（通過牙套診斷，隨后經(jīng)牙醫(yī)仔細(xì)檢查）

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https://doi.org/10.1002/adma.202000060