ZnO纳米颗粒对复合材料和玻璃离子材料颜色及表面粗糙度的影响

《Journal of Functional Biomaterials》：Influence of ZnO Nanoparticles on the Color and Surface Roughness of Composite and Glass-Ionomer Materials

　　

目的：评估将不同浓度的210 nm ZnO纳米颗粒（ZnO-NPs）加入树脂基复合材料（RBCs）和玻璃离子水门汀（GIC）后，其在红酒浸泡后的颜色和表面粗糙度的影响。材料与方法：测试了12个实验组（n=12），包括三种商业修复材料：微混合RBC（Gradia Direct?）、纳米混合RBC（Evetric?）和GIC（Fuji IX?）。这些材料以1%、2%和3%的重量浓度添加ZnO-NPs进行改性。使用分光光度计（CIEDE2000公式）在红酒（37°C）中浸泡24小时前后测量颜色坐标（L*、a*、b*）。使用接触式轮廓仪分析表面粗糙度（Ra）。结果：添加ZnO-NPs增加了所有材料的明度（L*）并降低了a*值。在树脂基复合材料中，即使1%浓度的ZnO-NPs也导致颜色变化超过临床可接受阈值（ΔE₀₀ > 1.8；观察值范围为3.2至8.0）。在红酒浸泡后，所有材料均表现出进一步变色（复合材料ΔE₀₀高达12.5）。表面粗糙度值从0.42 μm（对照复合材料）增加到1.95 μm（3% ZnO-NP改性的GIC）。结论：添加ZnO-NPs影响修复材料的美观性和表面形貌。必须平衡其浓度以维持视觉和表面完整性。

**论文解读：ZnO纳米颗粒对复合材料和玻璃离子材料颜色及表面粗糙度的影响**

**研究背景与问题**

树脂基复合材料（RBCs）和玻璃离子水门汀（GICs）是牙科修复中常用的材料，但二者均存在生物膜形成和继发龋的风险。传统抗菌策略（如添加氟化物、氯己定或季铵化合物）存在长期效果有限或影响机械性能的局限。ZnO纳米颗粒（ZnO-NPs）因其显著的抗菌活性、生物相容性和化学稳定性而受到关注，但其添加可能影响材料的颜色和表面粗糙度，进而影响美观性和长期临床效果。然而，现有研究多集中于单一材料类型或机械性能，缺乏对光学性能（如初始颜色、颜色稳定性）和表面特性的系统比较，尤其是在红酒等常见染色剂暴露下的表现。因此，本研究旨在系统评估不同浓度ZnO-NPs加入RBCs（微混合和纳米混合）和传统GIC后，对材料初始颜色、红酒浸泡后颜色变化及表面粗糙度的影响，为优化纳米颗粒添加浓度以平衡抗菌与美观性能提供依据。该论文发表在《Journal of Functional Biomaterials》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用以下关键技术：1）ZnO-NPs的合成与表征：以ZnSO₄和NaOH为前驱体，通过化学沉淀和煅烧制备约210 nm的球形ZnO-NPs，利用X射线衍射（XRD）确认六方晶系结构，扫描电子显微镜（SEM）观察形貌与分散性；2）颜色测量：使用分光光度计（Konica Minolta CM-2600d）在标准照明体D65下测量L*、a*、b*色坐标，并基于CIEDE2000公式计算色差ΔE₀₀，以ΔE₀₀ > 1.8作为临床可接受阈值；3）表面粗糙度测量：采用接触式轮廓仪（Mitutoyo SJ-310）测量抛光后样品的算术平均粗糙度（Ra），以0.2 μm作为临床相关阈值；4）统计方法：根据数据分布采用单因素方差分析（ANOVA）或Kruskal-Wallis检验，并进行Bonferroni或Holm校正多重比较。样本来源包括三种商业材料：微混合RBC（Gradia Direct?，GC Corporation，日本）、纳米混合RBC（Evetric?，Ivoclar Vivadent，列支敦士登）和GIC（Fuji IX?，GC Corporation，日本）。

**研究结果**

**ZnO-NPs的表征**：SEM图像显示ZnO-NPs呈球形，平均粒径约210 nm，在树脂基质中可见均匀分散区域和明显团聚体。XRD分析表明衍射峰与六方结构（P63mc空间群）匹配，计算平均晶粒尺寸约26.5 nm，每个颗粒由约8个晶粒组成。

**初始颜色变化**：添加ZnO-NPs后，所有材料的明度（L*）增加，a*值降低（红色减少），b*值在RBCs中降低而GIC中升高。对于RBCs，即使1 wt%浓度的ZnO-NPs也导致ΔE₀₀超过临床可接受阈值（>1.8），观察值范围为3.2至8.0；GIC在1 wt%时ΔE₀₀接近阈值（1.7）。随浓度增加，ΔE₀₀显著增大，但GIC在2 wt%以上出现平台期。

**红酒浸泡后颜色变化**：所有材料在红酒浸泡24小时后ΔE₀₀均超过1.8，其中RBCs的ΔE₀₀高达12.5。Gradia Direct（UDMA基）的染色程度最低，Evetric（BisGMA基）和GIC的染色更显著。添加ZnO-NPs后，染色程度总体增加，但Evetric中1 wt%添加即导致ΔE₀₀翻倍（从4.1增至8.0），而GIC中1 wt%添加未明显增加染色。不同材料间及浓度间存在统计显著差异。

**表面粗糙度变化**：所有测试组的Ra值均高于0.2 μm的临床阈值。纯材料中，GIC的Ra最高（0.92 μm），RBCs最低（0.35 μm）。添加ZnO-NPs后，所有材料的Ra增加，从对照复合材料的0.42 μm升至3% ZnO-NP改性GIC的1.95 μm。GIC与RBCs之间差异显著，而两种RBCs之间无显著差异。浓度增加一般导致Ra升高，但部分组间差异不显著。

**讨论与结论**

讨论部分指出，ZnO-NPs的添加通过折射率失配和光散射改变光学性质，团聚体进一步加剧颜色变化和表面粗糙度。初始颜色变化中，GIC因初始明度较高而变化最小；红酒染色中，BisGMA基复合材料的亲水性和高粘度促进ZnO-NPs团聚和色素渗透，导致更严重的染色。表面粗糙度增加与ZnO-NPs的球形形貌和团聚有关，但Ra与染色程度之间未发现直接比例关系，表明材料化学组成和基质结构对染色性能影响更大。所有改性RBCs的ΔE₀₀超过1.8，所有组的Ra超过0.2 μm，提示临床中需谨慎权衡抗菌效果与美观及表面完整性。研究局限性包括手动混合导致的团聚和24小时浸泡模拟的有限性。

**研究结论**：将1–3 wt%的ZnO-NPs加入牙科修复材料显著影响颜色稳定性和表面粗糙度，较高浓度导致更明显的变化。这些发现表明ZnO-NPs改性可影响材料的临床性能，因此必须仔细选择最佳浓度以平衡所需功能益处与美观和物理性能的保持。然而，鉴于缺乏抗菌测试和长期评估，这些结果应视为初步结果，尚不能直接转化为临床实践。