齲齒和牙周病是常見的牙齒疾病，給世界醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)帶來了巨大的經(jīng)濟負擔。目前，全世界的齲齒和牙周炎的發(fā)病率和患病率均很高。對早期的齲齒和牙周病（尤其是隱蔽病變）進行篩查和治療可有效避免其對牙齒及神經(jīng)造成的永久性傷害。檢測揮發(fā)性硫化物（Volatile sulfur compounds，VSCs）是一種篩查早期齲齒和牙周病的方法，目前主要包括氣相色譜法及熒光/比色傳感器法。然而，這些檢測方式主要針對呼出氣體，并不能提供牙齒病變位置及病變程度的詳細信息。因此，開發(fā)出一種能精確定位牙齒病變（尤其是隱蔽病變）的方法非常具有應用價值。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種具有彈性、化學惰性和光學透明性的高分子材料，通過溶劑澆鑄可對PDMS材料的形狀、厚度及力學性質(zhì)進行精確控制。中山大學的周建華教授團隊聯(lián)合哈佛大學醫(yī)學院Yu Shrike Zhang教授團隊通過將熒光氧化鋅（ZnO）納米顆粒混入PDMS基質(zhì)中制備ZnO-PDMS納米復合材料，開發(fā)出一種透明、彈性的可穿戴ZnO-PDMS牙墊。這種ZnO-PDMS牙墊可對局部釋放的VSCs產(chǎn)生響應，實現(xiàn)對患者牙齒病變部位的精確定位（圖1）。
圖1. 病變部位局部釋放的VSCs淬滅ZnO-PDMS牙墊的熒光
制備的ZnO-PDMS納米復合材料熒光發(fā)射波長位于~560 nm（圖2B），在未固化時具有良好的透明性和流動性，可以方便地制造成各種形狀（圖2D）。使用ZnO-PDMS納米復合材料制備的牙墊透明度較高，在紫外光照射下可發(fā)射強烈的熒光（圖2E和F）。與此同時，ZnO-PDMS牙墊表現(xiàn)出良好的柔韌性和可拉伸性能（圖2G和H）。
圖2. ZnO-PDMS牙墊的制備
幾種代表性的VSCs氣體成分（尤其是H2S）均能迅速引起ZnO-PDMS牙墊的熒光淬滅（圖3A-E），且這種淬滅響應具有較好的特異性（圖3F）。除此之外，所制備的ZnO-PDMS牙墊在不同模擬生理環(huán)境下均具有較好的穩(wěn)定性（圖3G-I），亦表現(xiàn)出良好的生物相容性及較低的生物毒性（圖3J和K）。
圖3. ZnO-PDMS牙墊的性質(zhì)表征
受試者佩戴實驗結(jié)果表明，ZnO-PDMS牙墊不僅能準確地定位出受試者的齲齒位置，還能顯示出一些隱蔽的牙齒病變，可為臨床診斷提供更多的信息（圖4）。
圖4. ZnO-PDMS牙墊用于定位人體牙齒病變
本文通過在PDMS基質(zhì)內(nèi)混入ZnO納米顆粒制備ZnO-PDMS納米復合材料，開發(fā)了一種透明的可穿戴牙墊，以實現(xiàn)對牙齒病變部位的便捷、靈敏檢測。ZnO-PDMS納米復合材料的特點賦予了牙墊：
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1）成本低、制備簡單、穩(wěn)定性高；
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2）可對牙齒病變精確定位；
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3）透明、柔軟、患者適應性高的優(yōu)點。
該牙墊的使用有助于對齲齒及牙周炎進行預防及早期治療。此外，PDMS的多孔結(jié)構(gòu)使牙墊具有載藥的潛力，有望進一步發(fā)展出兼具診斷和治療功能的診療平臺。該技術(shù)的應用也可擴展到其他領(lǐng)域以開發(fā)出更多涉及公眾健康的可穿戴檢測裝置。
該研究成果以“A Transparent, Wearable Fluorescent Mouthguard for High-Sensitive Visualization and Accurate Localization of Hidden Dental Lesion Sites”為題，發(fā)表于Advanced Materials（2020，DOI: 10.1002/adma.202000060）。論文的第一作者為中山大學生物醫(yī)學工程學院特聘副研究員李雪萌，第二作者為廣州市婦女兒童醫(yī)療中心口腔外科羅崇岱醫(yī)生。通訊作者為哈佛大學醫(yī)學院Yu Shrike Zhang教授和中山大學周建華教授。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000060
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