AM：带荧光牙套可视化牙齿病变部位

来源： EngineeringForLife

通过检测口腔中挥发性硫化合物(VSCs)的分泌，可以准确检测和早期诊断如龋齿和牙周炎等口腔疾病。目前VSCs的诊断方法可以检测其存在和浓度，但还不能准确定位病变部位。本文报道了一种独特的精确定位牙齿病变部位的方法：用一种由氧化锌-聚二甲基硅氧烷（ZnO-PDMS）纳米复合材料组成的荧光牙套（又称为咬合板）来检测VSCs的局部释放。ZnO-PDMS牙套对VSCs具有高敏感性和选择性反应，在正常生理环境下具有高荧光稳定性、良好的生物相容性和低生物毒性。可穿戴的ZnO-PDMS牙套能够准确识别人体病变部位的位置也得到了证明。结合图像分析，咬合板成功发现了龋齿的精确位置，使得方便筛检常被牙医忽略的隐藏龋齿病变部位成为可能。由于成本低、稳定性好、患者依从性好，该可穿戴咬合板适合大规模生产，可广泛应用于牙科临床/常规体检前初步但准确的牙齿病变筛查。

相关论文以题为“A Transparent, Wearable Fluorescent Mouthguard for High‐Sensitive Visualization and Accurate Localization of Hidden Dental Lesion Sites”发表于“Advanced Materials”杂志，第一作者为Xuemeng Li博士，通讯作者为南方医科大学的Cuiping Zhou博士、哈佛医学院的Yu Shrike Zhang教授和中山大学的Jianhua Zhou教授。

研究人员发明的牙套是由ZnO-PDMS纳米复合材料构建而成，并通过检测VSCs的局部释放来准确定位显著的和隐藏的牙齿病变部位。该复合材料由PDMS和荧光氧化锌量子点（ZnO QDs）组成。这种牙套可对VSCs（主要是H2S）有特异性反应，导致荧光淬灭。

图1 特异性病变部位的荧光可被局部释放的VSCs高敏感性、选择性淬灭

如图2所示，通过石膏、腊多次浇筑、脱模的工艺，得到两个石膏的模具(II)和(IV)，再将ZnO-PDMS混合溶液填充其中，经80℃固化30min得到牙套。

图2 A）ZnO-PDMS牙套的制造工艺；B）荧光激发光谱；C）氧化锌量子点颗粒大小；D）未固化混合溶液的透明度及流动性；E-H）ZnO-PDMS咬合板的柔韧性和荧光一致性

通过将ZnO-PDMS牙套暴露于不同的VSC气体（H2S, CH3SH, CH3SCH3），研究者发现这三种VSC气体都对牙套有着相当程度的荧光淬灭反应，而H2S气体的影响尤为显著。为了真实验证口腔内H2S部分溶解于唾液、部分挥发于口腔环境中的场景，研究者又进一步检测了气态和溶液态的H2S的影响，结果显示溶液态的H2S有着比气态更为快捷的反应速率。牙套的适合的化学惰性、良好的生理稳定性，以及低生物毒性也得到了验证。

图3 ZnO-PDMS牙套的反应敏感性、选择性、稳定性和细胞相容性

随后，研究者对ZnO-PDMS牙套的定位病变部位的能力进行了评估。

图4 ZnO-PDMS牙套上不同牙齿位置(TPs)的疾病模拟/病变部位的定位

研究人员还进一步在人类志愿者上测试了原位、体内的龋齿定位。经过对8名随机志愿者（3名健康、5名有着不同程度的牙齿病变）的7h临床监测，试验显示该牙套不但能准确显示龋齿的位置，更能显示隐藏的牙齿病变，为临床诊断提供更多信息。

图5 用ZnO-PDMS牙套对人体牙齿隐形病变部位的体内筛查

表1 所有8名志愿者的牙齿状况（通过牙套诊断，随后经牙医仔细检查）

论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202000060