二氧化钛涂层隐形矫治器对变形链球菌的光催化抗菌效应及理化特性评估

本研究针对隐形矫治器易致生物膜形成和龋齿风险的问题，开展TiO2涂层联合UVA光催化抗菌研究。结果表明，4% TiO2涂层显著抑制S. mutans生物膜形成并下调gtfB基因表达，但影响透明度；2% TiO2在保持美学的同时提供有效抗菌，为临床提供自清洁矫治器新策略。

　　

随着隐形矫治器在正畸治疗中的广泛应用，其美学优势和舒适性备受青睐。然而，这类可摘戴装置长期覆盖牙面，形成密闭环境，极易促进致龋微生物——特别是变形链球菌（Streptococcus mutans）——的黏附和生物膜（biofilm）形成。生物膜积累不仅可能引发牙釉质脱矿，形成白斑病变（white spot lesions, WSLs），还因妨碍唾液自洁作用而增加龋病风险。传统防龋方法如刷牙、含氟制剂等高度依赖患者依从性，且微生物耐药性问题日益突出，亟需开发不依赖患者合作的抗菌策略。近年来，赋予矫治器自身抗菌功能成为研究热点，其中二氧化钛（titanium dioxide, TiO₂）因其光催化特性、生物相容性和低成本备受关注。当TiO₂受紫外光激发时，可产生活性氧物种（reactive oxygen species, ROS），通过抗菌光动力疗法（antimicrobial photodynamic therapy, aPDT）机制有效杀灭微生物并抑制生物膜。

在此背景下，Maryam Pourhajibagher等研究人员在《Photodiagnosis and Photodynamic Therapy》发表论文，系统评估了TiO₂涂层隐形矫治器对S. mutans的光催化抗菌效应，并探究涂层对其表面显微硬度和光学透明度等理化特性的影响，为开发兼具功能和美学的自清洁矫治器提供实验依据。

本研究采用体外实验设计，主要关键技术包括：使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察TiO₂纳米粒子分布和表面形态；采用维氏硬度测试（Vickers hardness testing）评估涂层后材料显微硬度；通过紫外-可见分光光度法（ultraviolet-visible spectrophotometry）测定光学透明度；以结晶紫比色法（crystal violet colorimetric assay）定量生物膜形成；利用实时定量聚合酶链反应（quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR）分析gtfB基因表达。样本来源于Invisalign?隐形矫治器片材，经切割、清洗、等离子处理后，以不同浓度（1%、2%、4%）TiO₂悬浮液涂层，并模拟口腔老化环境进行抗菌评估。

3.1. 物理机械性能

SEM图像显示各浓度TiO₂涂层均分布均匀，未引起矫治器表面损伤。维氏硬度测试表明，与未涂层组相比，1%-4% TiO₂涂层组硬度值无显著变化，但4%组略有升高，提示涂层可能增强耐磨性而不影响机械完整性。光学透明度测试发现，1%和2% TiO₂涂层组透明度与对照组无显著差异，而4%涂层组在320 nm波长处吸光度显著增加（P < 0.01），表明高浓度涂层会降低材料透光性，影响美观。

3.2. 抗菌特性

经人工唾液老化处理后，TiO₂涂层矫治器结合UVA照射（320 nm, 18.75 J/cm2）显著抑制S. mutans生物膜形成。结晶紫染色显示，4% TiO₂+UVA组生物膜光密度值最低（1.25 ± 0.12），较对照组（2.78 ± 0.12）显著降低（P < 0.001）。qRT-PCR分析进一步发现，所有处理组均下调gtfB基因表达，其中4% TiO₂+UVA组下调幅度最大（–6.35 ± 0.30倍），表明光催化处理通过抑制编码葡糖基转移酶B的基因，削弱细菌黏附和生物膜基质合成能力。

研究结论表明，TiO₂涂层经UVA激活可通过光催化产生ROS，破坏微生物细胞膜并抑制毒力基因表达，从而有效减少S. mutans生物膜形成。尽管4% TiO₂涂层抗菌效果最强，但其显著降低的光学透明度可能影响患者接受度。相比之下，2% TiO₂涂层在维持美学外观的同时仍具显著抗菌活性，更具临床适用性。该研究为开发自清洁型矫治器提供了重要实验依据，未来需进一步探索更高浓度下的透明度优化策略，评估对更多口腔病原体的抗菌谱，并综合考察涂层材料的长期耐久性和生物相容性，以推动其临床转化。