羟基磷灰石增强纳米复合材料的生物活性与抗菌性能研究：一种快速固化牙科填充材料的突破性进展

本研究针对矿物三氧化二聚体(MTA)固化时间长等临床局限，开发了含纳米羟基磷灰石(NHA)的快速固化纳米水泥(NFC)复合材料。通过系统评估10%和20%NHA添加对材料性能的影响，发现NHA显著提升生物活性(促进羟基磷灰石沉积)、降低细胞毒性达20%，并增强对粪肠球菌(E. faecalis)的抗菌效果(MIC/MBC降低50%)。该研究为开发兼具快速固化、优异生物相容性和抗菌性能的新型牙科填充材料提供了重要依据。

　　

在牙科治疗领域，矿物三氧化二聚体(MTA)长期被视为根管修复的"金标准"，但其长达2.5小时的固化时间严重制约临床效率，增加术后感染风险。更棘手的是，传统材料在生物活性、抗菌性能等方面仍存在明显短板。面对这些挑战，广州中医药大学第八临床医学院的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项创新研究，通过将纳米羟基磷灰石(NHA)引入快速固化纳米水泥(NFC)，成功开发出性能更优异的牙科填充材料。

研究团队采用沉淀法合成20-50nm的NHA，通过湿法球磨将NFC粒径控制在300nm，制备出含0%、10%和20%NHA的三种复合材料(NFCH0/10/20)。关键技术包括：X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征材料微观结构；模拟体液(SBF)浸泡实验评估生物活性；MTT法检测细胞毒性；以及针对粪肠球菌(PTCC 1394)的MIC/MBC抗菌测试。

【Characterization of synthesized powders and cement pastes】

XRD和TEM证实成功合成纯度良好的NHA(20-50nm)，其加入使复合材料在31.7°和32.5°出现特征峰。SEM显示NHA均匀分散于水泥基质，EDAX证实钙磷元素分布。

【Setting behavior】

纯NFC初始固化时间仅5分钟(较MTA缩短7.5-11倍)，添加20%NHA后略微延长至17分钟，仍远优于传统材料。固化时间增加源于NHA的吸水性导致需水量上升。

【Effect of hydroxyapatite nanoparticles on the mechanical properties of NFC】

20%NHA添加使压缩和弯曲强度略有下降，但仍满足临床应用要求，这归因于NHA取代部分水化产物导致结构疏松。

【Antibacterial tests】

NFC本身对E. faecalis具有抗菌活性(MIC/MBC=500μg/ml)，而含NHA样品抗菌性能显著提升(NFCH10/20的MIC/MBC降至250μg/ml)。机制涉及NHA离子交换促进OH^-释放，协同NFC的碱性环境增强杀菌效果。

【In vitro bioactivity test】

SBF浸泡14天后，NFCH10/20表面形成更致密、均匀的羟基磷灰石层，XRD在29.88°、31.7°和32.5°出现明显峰。生物活性提升机制分五阶段：离子交换→形成碱性环境→生成带负电C-S-H层→钙离子富集→磷酸盐沉积结晶。

【Biocompatibility】

MTT实验显示20%NHA组在所有浓度(1-500μg/ml)均无细胞毒性，而纯NFC在500μg/ml显示轻微毒性。NHA的生物相容性源于其与天然骨相似的结构和pH缓冲能力。

这项研究证实NHA的加入使NFC复合材料形成"三重增效"机制：生物活性提升源于加速羟基磷灰石沉积；抗菌增强通过协同提高pH实现；而生物相容性改善则依赖NHA的仿生特性。特别值得注意的是，20%NHA添加量在各项指标上均表现最优，且不影响材料快速固化的核心优势。该成果为开发"即用型"牙科修复材料提供了新思路，有望显著提升临床工作效率并降低术后并发症风险。未来研究可进一步探索NHA浓度与机械强度的平衡优化，以及材料在体内环境中的长期稳定性。