综述：二氧化钛纳米材料如何成为口腔医学领域的关键治疗剂

　　本综述系统探讨了二氧化钛（TiO2）及其还原形式（TiO2-x）纳米材料在口腔医学中的前沿应用与机制进展。文章重点阐述了其在口腔癌诊断（如表面增强拉曼光谱SERS技术）、抗菌治疗（通过光动力疗法PDT和声动力疗法SDT）、组织再生、药物递送、牙科修复材料增强及牙齿美白等六大领域的突破性作用，强调了其优异的多功能性、生物相容性及可见光/近红外响应特性，为开发精准、微创的口腔治疗策略提供了重要理论依据与临床转化前景。

　　

摘要

传统口腔疾病治疗方法常受限于高侵入性、疗效不足及耐药性等问题。近年来，二氧化钛（TiO₂）纳米材料在口腔医学领域展现出显著的治疗潜力。本综述基于PubMed和Web of Science等数据库的文献检索，系统评估了TiO₂及其还原形式（TiO_2-x）在六大领域的当前应用与未来前景：癌症诊断与治疗、抗菌治疗、组织再生、药物递送、修复性牙科材料及牙齿美白。研究结果表明，TiO₂纳米材料通过多种机制表现出卓越的多功能性。

引言

口腔环境开放、动态且复杂，极易受到物理、化学和生物因素的损害，导致口腔疾病高发。常规牙科治疗方法在诊断、治疗、抗菌和修复方面存在显著局限性。纳米技术的快速发展为生物医学研究和临床实践拓展了新 frontiers。在众多纳米材料中，TiO₂因其高光催化活性、化学惰性、优异生物相容性和成本效益，成为最具前景的生物医学纳米平台之一。

TiO₂纳米材料如何成为新型治疗剂？

理化性质

TiO₂是一种重要的金属氧化物，具有成本低、结构坚固、固有毒性低和光催化活性强等特点。其高机械强度、硬度、亲水性、自清洁能力和纯白色外观，使其成为口腔修复材料的有前途候选者。

纳米结构制备方法

TiO₂纳米材料的合成通常遵循两种策略：自下而上和自上而下。水热法可用于生产尺寸和形态可控的TiO₂纳米颗粒或纳米片；电化学阳极氧化则广泛用于制备高度有序的TiO₂纳米管阵列。尽管这些技术具有良好的可控性，但其实际应用仍面临挑战。

光催化机制与原理

作为经典的光催化剂，当TiO₂受到能量高于其带隙宽度的光子照射时，价带中的电子会跃迁到导带。这个过程在价带留下带正电的光生空穴，在导带产生带负电的光生电子。这些光生电子和光生空穴分别与氧分子、水分子或氢氧根离子反应，产生活性氧（ROS），如过氧化氢（H₂O₂）、羟基自由基（·OH）和超氧阴离子（·O₂^?）。这些ROS是光动力疗法（PDT）的机制基础。

TiO_2-x的增强特性

考虑到材料的简单性、合成效率、长期生物稳定性以及减少潜在的体内副作用，还原二氧化钛（TiO_2-x）纳米材料引起了越来越多的研究兴趣。其晶格结构中的氧空位引入了缺陷态，有效缩小了其带隙，显著增强了其吸收可见光甚至近红外光的能力。

结构-功能表征

TiO₂基纳米材料的理化特性与其生物医学性能密切相关，因此需要系统表征。透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、电子顺磁共振（EPR）、紫外-可见-近红外吸收光谱和电化学分析等技术被用于揭示其结构与功能的关系。

TiO₂在口腔医学中的关键应用是什么？

TiO₂纳米材料在口腔癌诊断与治疗中的应用

诊断应用

口腔癌目前全球发病率排名第六。组织病理学分析仍是早期癌症诊断的临床金标准，但其侵入性、耗时性以及对熟练人员的依赖性严重限制了其用于常规筛查和早期干预。基于TiO₂纳米材料的拉曼光谱技术被用于口腔癌的诊断，主要利用拉曼光谱的指纹识别功能。

治疗应用

近年来，光动力疗法（PDT）因其简单、微创和治疗效果而受到癌症治疗的广泛关注。PDT利用特定波长的光激活光敏剂，在肿瘤细胞内产生细胞毒性ROS，并在各种恶性肿瘤中显示出有希望的结果。作为一种极具前景的光敏剂，二氧化钛（TiO₂）越来越多地应用于肿瘤学领域，包括口腔癌治疗的最新进展。

TiO₂纳米材料在口腔感染防治中的应用

口腔作为一个复杂的微生态系统，蕴藏着多种微生物种群，特别容易受到细菌感染，从而导致一系列疾病，如牙周炎、龋齿、牙髓炎和根尖周炎。虽然抗生素仍是传染病的主要治疗策略，但抗生素耐药性的日益普遍和细菌生物膜的保护性使治疗结果大大复杂化。

TiO₂纳米材料在龋病防治中的应用

树脂基复合材料广泛用于修复龋损。然而，修复体周围的微渗漏和残留细菌污染仍可导致继发龋和治疗失败。为了解决这些问题并提高修复体的治疗耐久性，研究人员探索了新型抗菌复合材料。

TiO₂纳米材料在牙髓感染治疗中的应用

冲洗是牙髓治疗中的关键步骤。虽然次氯酸钠（NaClO）是一种广泛使用的冲洗剂，但较高浓度会诱发严重的细胞毒性和组织损伤。为了克服这一问题，研究人员提出了将TiO_2-x纳米材料与低浓度NaClO溶液（0.5%）相结合的新型冲洗系统。

TiO₂纳米材料在牙周炎治疗中的应用

在牙周炎的PDT治疗中，研究人员使用上转换纳米粒子（UCNPs）间接激活TiO₂以产生ROS。在980 nm近红外光激发下，该系统促进了深层组织穿透，显著降低了细菌生物膜菌落计数。

TiO₂纳米材料在种植体周围炎治疗中的应用

钛（Ti）种植体在临床牙科中广泛应用；然而，它们易受细菌定植的影响，这带来了种植体周围感染和种植失败的重大风险。TiO₂作为钛种植体表面自然形成的氧化层，已被广泛研究用于旨在控制感染的表面改性。

TiO₂纳米材料在正畸治疗中的应用

正畸矫治器，如托槽和保持器，可以作为微生物的栖息地，使患者易患龋齿和牙周并发症。在正畸治疗期间，龋齿的发生率据报道超过45%，而钢丝和托槽上的生物膜积聚会扰乱牙周健康。为了应对这些挑战，研究人员开发了抗菌正畸材料。

TiO₂纳米材料在口腔组织修复与再生中的应用

由肿瘤、创伤或感染引起的颅颌面骨缺损常常损害骨组织固有的再生能力。特别是在临界尺寸缺损中，自发愈合是不可能的，需要外部干预来恢复功能和结构完整性。

TiO₂纳米材料在药物装载、递送和释放控制中的应用

尽管PDT和SDT等抗菌策略取得了显著进展，但其临床应用仍然有限。目前，抗生素方案是预防和治疗种植体周围感染的主要手段。然而，全身给药常常伴随不良反应和感染部位药物分布不均。

TiO₂纳米材料作为牙科修复材料的添加剂

鉴于人类牙列在日常生活中的复杂和重复咀嚼力，牙科修复材料的机械性能在确保临床成功方面起着至关重要的作用。这些材料必须经过严格的评估——不仅是其生物相容性，还包括其化学、机械和物理性能。在此背景下，TiO₂因其出色的性能谱而在牙科领域引起了广泛关注。

TiO₂纳米材料在牙齿美白中的应用

随着审美标准和医疗技术的进步，患者和临床医生都越来越重视红白美学概念。在此框架内，“白色美学”——关于牙齿颜色——受到了特别关注，快速且微创的牙齿美白治疗已成为首选的临床选择。凭借其独特的理化性质，TiO₂纳米材料在牙齿美白领域展现出巨大潜力。

生物相容性

由于其特殊的理化性质，预计TiO₂在口腔医学中的应用广度将在不久的将来日益增长。然而，为了减轻TiO₂纳米材料相关的潜在风险和不良反应，必须全面评估其生物相容性。

风险与局限性

上述特性及相关研究强调了TiO₂基纳米材料在口腔医学中的巨大潜力，标志着其向临床转化和最终商业化取得了有意义的进展。然而，几个关键挑战仍有待解决。

未来展望

二氧化钛（TiO₂）及其还原形式（TiO_2-x）已成为口腔医学领域有前途的多功能平台。本综述系统总结了其在六个关键应用领域的最新进展——口腔癌诊断与治疗、抗菌感染控制、组织修复、药物递送、修复性牙科材料和牙齿美白——突出了TiO₂基纳米材料在推进精准口腔医疗方面的变革潜力。