中山大学周建华和哈佛大学Yu Shrike Zhang团队AM：一种可用于高敏感显示及精确定位隐蔽牙齿病变的透明、可穿戴荧光牙垫

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龋齿和牙周病是常见的牙齿疾病，给世界医疗卫生系统带来了巨大的经济负担。目前，全世界的龋齿和牙周炎的发病率和患病率均很高。对早期的龋齿和牙周病（尤其是隐蔽病变）进行筛查和治疗可有效避免其对牙齿及神经造成的永久性伤害。检测挥发性硫化物（Volatile sulfur compounds，VSCs）是一种筛查早期龋齿和牙周病的方法，目前主要包括气相色谱法及荧光/比色传感器法。然而，这些检测方式主要针对呼出气体，并不能提供牙齿病变位置及病变程度的详细信息。因此，开发出一种能精确定位牙齿病变（尤其是隐蔽病变）的方法非常具有应用价值。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种具有弹性、化学惰性和光学透明性的高分子材料，通过溶剂浇铸可对PDMS材料的形状、厚度及力学性质进行精确控制。中山大学的周建华教授团队联合哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang教授团队通过将荧光氧化锌（ZnO）纳米颗粒混入PDMS基质中制备ZnO-PDMS纳米复合材料，开发出一种透明、弹性的可穿戴ZnO-PDMS牙垫。这种ZnO-PDMS牙垫可对局部释放的VSCs产生响应，实现对患者牙齿病变部位的精确定位（图1）。

图1. 病变部位局部释放的VSCs淬灭ZnO-PDMS牙垫的荧光

制备的ZnO-PDMS纳米复合材料荧光发射波长位于~560 nm（图2B），在未固化时具有良好的透明性和流动性，可以方便地制造成各种形状（图2D）。使用ZnO-PDMS纳米复合材料制备的牙垫透明度较高，在紫外光照射下可发射强烈的荧光（图2E和F）。与此同时，ZnO-PDMS牙垫表现出良好的柔韧性和可拉伸性能（图2G和H）。

图2. ZnO-PDMS牙垫的制备

几种代表性的VSCs气体成分（尤其是H2S）均能迅速引起ZnO-PDMS牙垫的荧光淬灭（图3A-E），且这种淬灭响应具有较好的特异性（图3F）。除此之外，所制备的ZnO-PDMS牙垫在不同模拟生理环境下均具有较好的稳定性（图3G-I），亦表现出良好的生物相容性及较低的生物毒性（图3J和K）。

图3. ZnO-PDMS牙垫的性质表征

受试者佩戴实验结果表明，ZnO-PDMS牙垫不仅能准确地定位出受试者的龋齿位置，还能显示出一些隐蔽的牙齿病变，可为临床诊断提供更多的信息（图4）。

图4. ZnO-PDMS牙垫用于定位人体牙齿病变

本文通过在PDMS基质内混入ZnO纳米颗粒制备ZnO-PDMS纳米复合材料，开发了一种透明的可穿戴牙垫，以实现对牙齿病变部位的便捷、灵敏检测。ZnO-PDMS纳米复合材料的特点赋予了牙垫：

• 1）成本低、制备简单、稳定性高；

• 2）可对牙齿病变精确定位；

• 3）透明、柔软、患者适应性高的优点。

该牙垫的使用有助于对龋齿及牙周炎进行预防及早期治疗。此外，PDMS的多孔结构使牙垫具有载药的潜力，有望进一步发展出兼具诊断和治疗功能的诊疗平台。该技术的应用也可扩展到其他领域以开发出更多涉及公众健康的可穿戴检测装置。

该研究成果以“A Transparent, Wearable Fluorescent Mouthguard for High-Sensitive Visualization and Accurate Localization of Hidden Dental Lesion Sites”为题，发表于Advanced Materials（2020，DOI: 10.1002/adma.202000060）。论文的第一作者为中山大学生物医学工程学院特聘副研究员李雪萌，第二作者为广州市妇女儿童医疗中心口腔外科罗崇岱医生。通讯作者为哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang教授和中山大学周建华教授。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000060

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