氟化石墨烯改性Biodentine：离子释放、细胞行为及压缩强度的体外研究

《BMC Oral Health》：Fluorinated graphene-modified biodentine: an in vitro study on its ion release, cell growth, differentiation potential, and compressive strength

本研究针对传统Biodentine材料在生物活性和力学性能方面的局限性，通过引入2 wt%氟化石墨烯(FG)进行改性。结果表明，FG的加入显著提升了材料的Ca2+释放能力、氟离子缓释性能和压缩强度（123.74±7.07 MPa），同时保持优异的细胞相容性和成牙分化潜能。该研究为开发高性能牙科生物活性材料提供了新策略。

　　

在牙科材料领域，矿物三氧化聚合体（Mineral Trioxide Aggregate, MTA）自1993年问世以来一直被广泛应用于根管治疗、穿孔修复和活髓保存等领域。然而，这种以波特兰水泥为基础的材料存在凝固时间过长、操作性能差、可能导致牙体变色以及成本较高等固有缺陷。为克服这些不足，Septodont公司于2011年推出第二代钙硅基材料Biodentine（BD），它具有更短的凝固时间、更高的粘度和更简便的操作性，同时减少了牙体变色风险，已成为重要的牙本质替代材料。尽管如此，研究者们仍在不断探索通过纳米材料改性以进一步提升其性能。

氟化石墨烯（Fluorinated Graphene, FG）作为一种氟功能化石墨烯衍生物，不仅保留了石墨烯的高机械强度和化学稳定性，还因C-F键的存在而具有更好的分散性和生物活性。氟离子能促进形成更稳定的耐酸氟磷灰石晶体，从而增强牙齿再矿化能力。此前研究已证实FG在玻璃离子体和牙科粘接剂中的成功应用，但其与Biodentine的结合尚未见报道。

本研究旨在评估添加2 wt% FG对Biodentine性能的全面影响，包括离子释放特性、细胞响应和机械强度，相关成果发表于《BMC Oral Health》。

研究人员采用改良Hummers法制备FG粉末，通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和透射电镜（TEM）进行表征。将2 wt% FG与Biodentine粉末混合后，使用SEM/EDX分析材料形貌和元素分布。离子释放实验通过电感耦合等离子体质谱（ICP/MS）和离子色谱法检测Ca²⁺和F^-释放量，pH值采用pH计测量。生物相容性评估使用人牙髓干细胞（DPSCs），通过MTT法检测细胞活力，碱性磷酸酶（ALP）活性反映成牙分化能力。压缩强度测试在万能试验机上完成。所有数据均进行统计学分析（p≤0.05）。

表征结果

XRD和FTIR证实FG成功合成，TEM显示其呈纳米片层结构。改性后的BD-FG组SEM图像显示表面更粗糙多孔，EDX元素图谱显示氟元素均匀分布。

pH和离子释放

BD-FG组在第1天表现出显著更高的pH值和Ca²⁺释放量（p<0.01），累计Ca²⁺释放也显著高于未改性组（p<0.001）。氟离子释放量随时间显著增加，28天累计达77.26±4.88 ppm。

体外磷灰石形成能力

环境扫描电镜（ESEM）显示两组材料表面均随浸泡时间延长形成球状沉积物，BD-FG组沉积更致密。EDX分析表明BD-FG组具有更高的钙磷比（Ca/P），提示其更强的矿化诱导能力。

细胞活力测试

两组材料在所有时间点均无细胞毒性（活力>80%）。第3天时未改性BD组细胞活力显著高于BD-FG组（p<0.001），但第7天时BD-FG组活力回升，无显著差异。

碱性磷酸酶活性

两组材料的ALP活性均显著高于对照组（p<0.001），但组间无统计学差异（p=0.087）。ALP活性经细胞活力标准化后结果一致，表明FG的加入未损害成牙分化潜力。

压缩强度

BD-FG组的压缩强度（123.74±7.07 MPa）显著高于未改性BD组（102.82±7.78 MPa）（p<0.001）。

本研究通过系统实验证实，添加2 wt% FG可显著增强Biodentine的生物活性和力学性能。FG的多孔结构促进了材料早期水合反应，加速了Ca²⁺和OH^-释放，从而提高了矿化沉积密度和速度。氟离子的持续释放为材料赋予了潜在的防龋功能。细胞实验表明，尽管早期高钙环境可能暂时抑制细胞增殖，但材料仍保持良好生物相容性和成牙分化诱导能力。机械强度提升归因于FG的高模量和其在基体中的均匀分散，有效阻碍裂纹扩展。

该研究为开发新一代高性能牙科修复材料提供了实验依据，FG改性Biodentine在活髓治疗、根管修复和牙体再矿化等领域具有广阔应用前景。未来研究可进一步探讨其抗菌性能、密封性和长期体内表现。