L-抗坏血酸作为添加剂对制备的硅酸钙水泥物理性能和凝固行为的影响

《Journal of Dental Sciences》：Effects of L-ascorbic acid as an additive for improving the physical properties and setting behavior of fabricated calcium silicate cement

　　本研究通过添加不同浓度的抗坏血酸（AscA）至钙硅酸盐水泥（CS水泥）中，探究其对水泥凝结时间、抗冲刷性、抗压强度及生物相容性的影响。结果表明，AscA的添加显著缩短了水泥的凝结时间（最多缩短至9.75分钟），并提高了早期抗压强度；同时， AscA浓度与抗冲刷性呈负相关，0.2% AscA组抗冲刷性最佳；MTT细胞毒性测试显示，AscA组的细胞存活率普遍高于对照组，验证了其生物相容性

　　钙硅酸盐（Calcium Silicate, CS）水泥因其良好的生物相容性、抗菌性、密封性和促进牙本质桥形成的能力，被广泛应用于牙髓治疗领域。然而，这种材料在实际临床使用中存在一些显著的局限性，例如较长的凝固时间、操作困难以及在凝固初期容易被冲洗掉。为了克服这些缺陷，研究者们尝试通过改变粉体成分比例、控制颗粒大小或添加其他物质来优化其性能。尽管这些方法在一定程度上缩短了凝固时间，但可能对材料的物理性能、生物相容性及组织再生能力产生负面影响。因此，寻找一种既能改善凝固特性又不损害材料性能的添加剂显得尤为重要。

本研究关注于一种可能的添加剂——L-抗坏血酸（L-ascorbic acid, AscA），这是一种水溶性维生素（维生素C），具有显著的抗氧化作用，能够缓解氧化应激，并作为多种酶促反应的重要辅因子参与生物化学反应。此外，AscA还具有广泛的治疗特性，包括抗菌、抗病毒、抗寄生虫和抗真菌等。更值得注意的是，已有研究表明AscA能够促进成骨细胞的分化。它通过羟基化前胶原中的脯氨酸和赖氨酸残基，增强I型胶原的形成，从而有助于成骨干细胞的发展，并改善α2β1整合素与I型胶原的结合能力，这对于成骨过程至关重要。因此，本研究旨在评估AscA在CS水泥中的添加对材料物理性能和生物相容性的影响。

研究团队首先合成了CS水泥粉体，并通过喷雾研磨机将其研磨至平均粒径为3.051 μm。随后，将20%的ZrO?（氧化锆）和5%的CaSO?·?H?O（半水石膏）添加到粉体中，以形成CS水泥。为了评估AscA对水泥性能的影响，将其加入到混合液中，并以不同浓度进行测试。所测试的物理性能包括凝固时间、流动性、穿透阻力、抗冲洗能力以及抗压强度。此外，还进行了MTT细胞相容性测试，以评估材料对细胞活力的影响。

研究结果显示，AscA的添加显著改善了CS水泥的流动性。在0.05%浓度下，流动性达到最高，而超过这一浓度后，流动性则开始下降。这一现象可能与AscA的塑化效应有关，但在更高浓度时，反应产物的快速形成可能限制了流动性。此外，AscA的浓度与凝固时间呈负相关，即随着AscA浓度的增加，凝固时间显著缩短。0.2%浓度的AscA组表现出最短的凝固时间，仅为9.75分钟，相较于不含AscA的对照组（25.27分钟）有显著差异。这一发现表明，AscA可以作为一种有效的凝固加速剂，有助于在临床操作中提高效率，减少污染风险。

同时，AscA的添加也增强了CS水泥的抗冲洗能力。研究发现，随着AscA浓度的增加，抗冲洗体积显著减少。例如，0.2% AscA组的抗冲洗体积仅为2.93 mm3，远低于对照组的12.33 mm3。这种抗冲洗性能的增强可能归因于AscA对水泥结构的改善，使其在凝固初期更稳固，不易被冲洗掉。此外，研究还发现凝固时间与抗冲洗体积之间存在正相关关系，即凝固时间越长，抗冲洗体积越大。这说明，通过缩短凝固时间，可以有效提高材料的抗冲洗能力。

在穿透阻力测试中，AscA的添加显著加快了材料的硬化过程。随着AscA浓度的增加，达到特定穿透阻力值所需的时间逐渐减少。例如，达到30 MPa所需的时间在0.2% AscA组仅为2.9分钟，而对照组则需要14.3分钟。这一趋势表明，AscA能够促进材料的快速硬化，这对需要快速固化的临床操作（如牙髓盖、牙根管治疗及逆行根尖填充）尤为重要。此外，材料的抗压强度也随着AscA的添加而增强，尤其是在早期阶段（1天和3天）。这可能与AscA促进材料更充分的水化有关，从而提升其结构强度和稳定性。

生物相容性测试结果显示，AscA的添加显著提高了CS水泥的细胞活力。大多数AscA含有组的细胞活力均高于对照组，其中0.05% AscA组的细胞活力达到100%以上，表明其对细胞无毒性。根据ISO 10993标准，生物相容性被定义为细胞活力高于70%，而所有测试样品均满足这一要求。这说明AscA不仅能够改善材料的物理性能，还能够提升其生物相容性，使其更适用于临床应用。

此外，研究还采用了多种测试方法，以确保结果的客观性和可重复性。例如，使用X射线衍射（XRD）分析材料的晶体结构，以确认其组成是否符合预期。结果表明，合成的CS水泥粉体中含有三钙硅酸盐、二钙硅酸盐和三钙铝酸盐等关键成分，这些成分在水化过程中会转化为钙羟基磷灰石和碳酸钙，进一步促进材料的固化和生物活性。同时，通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）观察材料的微观结构和元素分布，发现AscA的添加并未显著改变其晶体结构，但有助于形成更均匀的微观结构，从而提升材料的整体性能。

本研究的创新点在于开发了一种基于“喷射冲击”方法的新测试方法，用于更精确地评估CS水泥的抗冲洗能力。通过将水或AscA溶液喷射到材料表面，并使用3D扫描技术测量被冲刷掉的体积，这种方法不仅提高了测试的客观性，还能够提供更精确的定量数据。这一方法的引入为未来的材料性能评估提供了新的思路。

综上所述，AscA的添加对CS水泥的性能产生了多方面的积极影响。它不仅能够显著缩短凝固时间，提高流动性，还能增强抗冲洗能力，改善抗压强度，并提升生物相容性。这些特性使AscA成为一种有潜力的添加剂，用于优化CS水泥的临床应用。然而，尽管AscA展现出诸多优势，其浓度的控制仍然需要进一步研究，以确保在提升性能的同时不会对材料的其他特性造成负面影响。此外，AscA对材料水化过程的具体机制以及其对长期生物活性和机械性能的影响仍需深入探讨。未来的研究可以进一步探索AscA与其他添加剂的协同作用，以开发更高效、更安全的CS水泥配方。