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为解决传统玻璃离子水门汀（GIC）抗菌性不足、机械性能有限的问题，研究人员通过 Sr2?离子替换，开发含 Mg2?和 Zn2?的新型 GIC。发现其氟释放量、抗菌活性及成熟后机械性能显著提升，且无细胞毒性，为龋齿修复材料提供新方向。
龋齿作为全球高发的慢性疾病，严重威胁口腔健康。传统玻璃离子水门汀（GIC）虽具备氟释放、与牙体组织化学结合等优势，但其抗菌能力不足以有效抑制致龋菌（如变形链球菌Streptococcus mutans、远缘链球菌Streptococcus mitis/oralis、副干酪乳杆菌Lactobacillus paracasei）的定植和生物膜形成，且长期机械性能（如抗压强度、维氏显微硬度）不足，易导致修复体破损和继发龋。因此，开发兼具高效抗菌性和优良物理性能的新型 GIC 具有重要临床意义。
英国伦敦国王学院（King’s College London）的研究团队针对这一挑战，开展了 Mg2?和 Zn2?离子替换对 GIC 性能影响的研究。该研究通过熔融淬火技术合成新型氟铝硅酸盐玻璃（LG99Sr-Mg-Zn），以商业产品 Fuji IX 为对照，系统评估材料的离子释放特性、抗菌活性、机械性能及细胞相容性，相关成果发表于《Dental Materials》。
研究采用的关键技术方法包括：
- 玻璃合成与表征：通过熔融淬火制备含不同离子组成的玻璃粉，利用激光衍射、X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等技术表征颗粒尺寸、晶型结构及元素组成。
- 水门汀制备与机械性能测试：按特定粉液比（P:L）制备 GIC，通过吉尔摩针法测定凝固时间，利用万能试验机测试抗压强度、弯曲强度及弹性模量，维氏硬度计检测显微硬度。
- 离子释放与抗菌性能评估：采用氟离子选择性电极测定氟释放曲线，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测 Mg2?和 Zn2?释放量；通过琼脂扩散试验、生物膜抑制试验及 XTT 还原法评估对单菌种和多菌种生物膜的抗菌活性。
- 细胞相容性分析：利用 MTT 法和 alamarBlue? assay 检测人牙龈成纤维细胞（HGF）的存活率和增殖能力。
研究结果
1. 材料表征与离子释放
- 玻璃特性：LG99Sr-Mg-Zn 玻璃颗粒尺寸与 Fuji IX 相近，XRD 证实为无定形结构，FTIR 显示其形成典型 GIC 的 polyacrylate 网络结构。
- 离子释放：LG99Sr-Mg-Zn 初始氟释放量显著高于对照组（p<0.05），且持续释放 Mg2?和 Zn2?离子，ICP-MS 证实 3 个月内离子释放稳定。
2. 机械性能
- 凝固时间：LG99Sr-Mg-Zn 凝固时间略长于 LG99Sr 和 Fuji IX，但符合 ISO 标准。
- 强度发展：24 小时时各组机械性能相近，成熟 1 个月后，LG99Sr-Mg-Zn 的抗压强度（CS）、弯曲强度（FS）和维氏显微硬度（VHN）显著高于 LG99Sr（p<0.05），且与 Fuji IX 相当；3 个月时其硬度仍保持优势。
3. 抗菌活性
- 单菌种抑制：LG99Sr-Mg-Zn 对三种致龋菌的抑菌圈直径显著大于对照组（p<0.05），生物膜内活菌计数（CFU）减少，XTT 试验显示细菌代谢活性降低。
- 多菌种生物膜：在模拟口腔环境的多菌种生物膜模型中，LG99Sr-Mg-Zn 的抗菌效果显著优于 LG99Sr 和 Fuji IX，有效抑制生物膜形成和代谢。
4. 生物相容性
- 细胞毒性：MTT 试验显示，LG99Sr-Mg-Zn 浸提液在 100% 浓度下细胞存活率 > 70%，与 Fuji IX 无显著差异；alamarBlue 试验表明细胞增殖趋势与对照组一致，证实无慢性毒性。
结论与意义
该研究通过离子替换策略成功开发了兼具优异抗菌性和机械性能的新型 GIC。Mg2?和 Zn2?的协同作用不仅增强了氟释放和抗菌活性，还通过优化玻璃网络结构提升了材料成熟后的强度，且未引入细胞毒性。这一创新为解决传统 GIC 在高龋风险患者中的应用局限提供了新方案，有望减少继发龋发生率，延长修复体寿命。未来研究可进一步探索该材料与牙本质的粘结强度及氟磷灰石形成能力，以全面评估其临床适用性。
该研究首次证实 Mg2?和 Zn2?共掺杂在 GIC 中的协同优势，为牙科修复材料的离子设计提供了理论依据，推动了 “抗菌 - 修复一体化” 材料的发展，对改善全球龋齿治疗效果具有重要意义。
