中空ZIF-8纳米颗粒递送PAH-ACP用于多功能牙本质修复：同步再矿化、抗菌及成牙诱导

本研究针对树脂粘结修复体长期存在的纳米渗漏、继发龋及牙髓病变等问题，开发了一种新型多功能生物材料HZN@PAH-ACP。研究人员通过单宁酸蚀刻ZIF-8制备中空结构HZN，并负载聚烯丙胺稳定的无定形磷酸钙(PAH-ACP)，成功实现了胶原纤维内矿化、脱矿牙本质再矿化，显著降低混合层纳米渗漏。该材料同时抑制变形链球菌活性，促进人牙髓干细胞成牙分化，展现出良好的生物相容性，为牙体修复提供了创新性解决方案。

　　

当我们的牙齿出现缺损时，树脂修复是目前最常用的治疗方式。然而，这些修复体在长期使用过程中面临着一个隐形杀手——纳米渗漏。在牙齿和树脂的粘结界面，微小的缝隙会成为细菌入侵的通道，导致继发龋坏和牙髓病变。更棘手的是，口腔中的基质金属蛋白酶(MMPs)会不断降解暴露的胶原纤维，使这些缝隙越来越大。传统的修复材料往往只能解决单一问题，难以同时实现矿化、抗菌和生物活性等多重功能。

为了突破这一瓶颈，南京医科大学的研究团队在《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》上发表了一项创新研究。他们巧妙地将目光投向了金属有机框架材料ZIF-8，通过单宁酸(TA)蚀刻技术，将其改造成中空结构的HZN纳米颗粒，然后装载上具有矿化能力的无定形磷酸钙(PAH-ACP)，最终成功制备出多功能生物材料HZN@PAH-ACP。

研究团队主要采用了分子动力学模拟揭示材料形成机制，通过透射电镜、X射线衍射等技术进行材料表征，利用体外矿化模型评估胶原纤维矿化效果，采用氨性硝酸银染色法检测纳米渗漏，通过细菌培养和细胞实验验证抗菌性能及生物相容性。其中人牙髓干细胞(hDPSCs)来源于南京医科大学附属口腔医院伦理委员会批准的离体牙。

3.1. HZN@PAH-ACP的合成与表征

研究人员首先合成了粒径约250纳米的ZIF-8纳米颗粒，然后通过单宁酸蚀刻得到壳厚约25纳米的中空结构HZN。表征结果显示，PAH-ACP成功负载到HZN中，材料呈现无定形特征，表面电位由正变负，有利于与带负电的胶原纤维结合。

3.2. HZN@PAH-ACP的形成机制

分子动力学模拟表明，单宁酸分子通过钙离子与氧原子的配位作用，显著增强了PAH-ACP与HZN之间的相互作用，使钙离子吸引率从67.78%提升至85.56%，磷酸根离子吸引率从80.95%提高至95.24%。

3.3. HZN@PAH-ACP的离子释放

在pH 3.5的酸性环境中，材料释放钙、磷、锌离子和单宁酸的速率明显快于中性环境，这种pH响应特性使其能够在龋病发生的酸性环境中快速释放活性成分。

3.4. 胶原纤维内矿化与牙本质再矿化

HZN@PAH-ACP能够有效诱导重组胶原纤维的内矿化，5天后形成沿胶原长轴排列的羟基磷灰石晶体。在脱矿牙本质模型中，14天后可在牙本质表面形成致密矿化层，维氏硬度值从63.66恢复至81.50，接近天然牙本质的80.80。

3.5. 纳米渗漏的预防

氨性硝酸银染色显示，经HZN@PAH-ACP处理的粘结界面，银颗粒沉积面积从对照组的11.70%显著降低至3.54%，表明该材料能有效封闭粘结界面，防止纳米渗漏。

3.6. 抗菌性能评估

HZN@PAH-ACP对变形链球菌(S. mutans)表现出显著抑制作用，细菌菌落数明显减少，生物膜厚度从50-60微米大幅降低，这归因于锌离子和单宁酸的协同抗菌作用。

3.7. 增强hDPSCs的成牙分化

该材料在1000微克/毫升浓度下仍保持良好生物相容性，并能促进hDPSCs迁移、提高碱性磷酸酶(ALP)活性、增加钙结节形成，表明其具有促进牙本质再生的生物活性。

这项研究的创新之处在于成功构建了一个集多种功能于一体的智能修复平台。HZN@PAH-ACP不仅能够响应口腔酸性环境释放矿化离子，实现牙本质的主动修复，还具备抑制致病菌、促进干细胞分化的多重功效。更重要的是，这种材料可以直接应用于临床粘结操作中，作为粘结前处理剂使用，大大提升了其临床转化潜力。

研究结果表明，HZN@PAH-ACP通过同步释放钙、磷、锌离子和单宁酸，在酸性环境下加速修复进程，实现了"修复-抗菌-再生"的三重协同效应。这种多靶点、多机制的治疗策略，为解决牙体修复领域的长期难题提供了新思路，有望显著延长修复体的使用寿命，改善患者的治疗效果。

该技术的成功开发，不仅推动了牙科材料学的发展，也为其他硬组织修复领域提供了有价值的参考。随着后续研究的深入，这种多功能生物材料有望在牙科临床实践中发挥重要作用，为患者带来更持久、更安全的修复体验。