一种新型牙面修复体体外气液界面暴露模型的构建与验证

研究目的

本研究旨在体外评估传统卷烟烟雾（CS）与加热烟草系统气溶胶（THS）对锂硅酸盐瓷贴面和复合树脂贴面的变色、表面染色及边缘着色的影响，同时纳入日常机械刷牙的口腔卫生行为，明确烟草暴露类型、修复材料特性与清洁行为三者间的交互作用，为吸烟人群牙科美学修复的材料选择、临床方案制定提供实验依据。

实验的材料与办法

1、样本制备

选取46颗离体人类前磨牙，经标准化牙体预备后，分别制作锂硅酸盐瓷贴面与直接复合树脂贴面，严格模拟临床粘接工艺与口腔解剖结构；所有样本经抛光、消毒后，随机分为CS暴露组与THS气溶胶暴露组，每组含两种材料亚组，设置平行重复样本以保证数据可靠性。

2、气液界面（ALI）暴露系统的应用
搭建定制化ALI体外暴露装置，包含气相暴露腔、人工唾液液相槽、烟草烟雾/THS气溶胶发生模块、气流控制模块、温湿度调控模块，全程维持37℃恒温、95%±5%相对湿度，精准复刻人体口腔生理微环境。样本垂直固定于ALI系统专用固定架，实现气-液-固三相精准接触：样本牙合面/外表面暴露于气相腔，直接接触烟草烟雾/气溶胶；颈缘/粘接面浸入液相槽的人工唾液模拟液，气液交界线与临床牙龈缘位置完全重合，还原贴面在口腔内的实际暴露状态。

3、烟草暴露的标准化处理
卷烟烟雾发生仪按CORESTA国际标准设定抽吸参数（2s抽吸时长、60s抽吸间隔、55ml抽吸体积），THS气溶胶发生仪严格遵循原厂规范设定加热温度与气溶胶释放速率，两组采用等尼古丁剂量进行暴露，保证组间对比的公平性与科学性。模拟中等吸烟行为，对所有样本进行每日8小时、持续21天的动态气相暴露；非暴露时段样本仍维持ALI系统的气液界面状态，复刻吸烟与日常口腔环境的连续接触过程。

4、口腔卫生行为模拟

每次烟草暴露结束后，采用标准软毛牙刷+含氟牙膏，以150g临床标准刷牙力度对样本气相暴露面进行1分钟标准化机械清洁，清洁后用去离子水冲洗并立即放回ALI系统，还原吸烟患者日常刷牙的口腔护理行为。

5、检测指标与方法

暴露期内每周对样本进行一次检测，且所有检测均在样本维持气液界面状态下完成，程度减少检测误差：

• 采用分光光度计检测牙科专用色差指数ΔE00与牙科白度指数，定量评估样本颜色变化，以ΔE00≥1.8为临床可感知变色阈值；
• 采用改良Lobene染色指数，半定量评估样本牙龈区、近中/远中区、牙体区的表面染色程度；
• 采用改良USPHS标准，评价贴面颈缘的边缘着色情况及界面密合性。

研究结果

本研究经统计学分析，明确烟草暴露类型、修复材料特性为影响贴面着色的关键因素，且二者存在显著交互作用，日常刷牙对烟草诱导着色的缓解效应具有局限性，核心结果如下：

1. 瓷贴面表现出优异的抗烟草着色能力：锂硅酸盐瓷贴面在CS与THS气溶胶暴露下，ΔE00值均低于临床可感知阈值，仅出现极轻微的表面物理性染色，且经日常刷牙后可基本清除；两组暴露下均未观察到显著的边缘着色，颜色稳定性无统计学差异（P>0.05）。
2. 复合树脂贴面为烟草着色的易感材料：复合树脂贴面在CS暴露下，ΔE00值远超临床可感知阈值，出现显著的肉眼可见变色，且颈缘、邻面的边缘着色具有临床显著性；THS气溶胶暴露下仅出现轻微整体变色，ΔE00值未达临床可感知阈值，无显著边缘着色，但清洁死角（邻面、牙龈区）存在轻微染色随时间累积的现象。
3. THS气溶胶的着色效应显著低于CS：两种贴面在THS气溶胶暴露下的变色程度、表面染色及边缘着色水平，均显著低于CS暴露组（P<0.05）；其中复合树脂贴面在两组间的着色差异最显著，瓷贴面两组间无统计学差异。
4. 日常刷牙的缓解效应具有部位特异性：刷牙可一定程度缓解两种贴面牙合面/外表面的轻微表面着色，但对颈缘气液交界区、邻面等清洁死角的着色缓解效果极有限；且无法清除复合树脂贴面在CS暴露下产生的内源性着色。
5. 烟草暴露类型与修复材料存在显著交互作用：CS与复合树脂贴面的组合为着色风险最高的组合，表现为内源性渗透、表面吸附与边缘沉积的多重着色特征；THS气溶胶与瓷贴面的组合几乎无明显着色风险，仅存在极轻微的表面物理吸附。

作用机制

本研究从修复材料结构特性与烟草烟雾/气溶胶成分差异双维度，阐释了烟草诱导贴面着色的差异机制，同时明确气液界面微环境为部位特异性着色的重要诱因：

材料结构决定抗着色本质差异

• 锂硅酸盐瓷：为致密无孔的无机陶瓷材料，表面釉化抛光后表面自由能极低，烟草有色物质仅能形成短暂物理吸附，无法渗透入材料内部，且化学稳定性高，不与烟草有害物质发生反应，颈缘粘接界面稳定性优异，无明显边缘着色。
• 复合树脂贴面：为有机聚合物基质与无机填料的复合体系，存在微小多孔结构，且聚合物基质具有亲脂性。CS中的焦油、有机发色团等脂溶性物质可通过孔隙渗透入材料内部形成内源性着色，且与基质发生物理结合无法通过机械清洁清除；同时树脂粘接层易被烟草活性物质降解，形成界面微缝隙，导致有色物质沉积并产生边缘着色。

烟草成分差异决定着色效应强弱

• CS：经燃烧产生大量焦油、固体碳颗粒、多环芳烃等强发色团物质，其中焦油的脂溶性易与复合树脂基质结合，碳颗粒易在材料表面与缝隙中沉积，是诱导显著着色的核心因素。
• THS：通过加热不燃烧的方式，完全避免了焦油与固体碳颗粒的生成，其气溶胶仅含少量尼古丁、挥发性有机化合物，无强发色团成分，仅能在材料表面形成轻微物理吸附，无法渗透入复合树脂内部，因此着色效应显著降低。

气液界面微环境加剧部位特异性着色
贴面颈缘的气液交界区同时接触烟草烟雾（气相）与人工唾液（液相），唾液中的电解质与蛋白质可在材料表面形成吸附膜，促进烟草有色物质沉积；且该区域为刷牙清洁死角，有色物质易持续累积，同时界面微缝隙在湿润环境下更易吸附有色物质，成为烟草诱导着色的高发区。

临床意义

本研究结果为吸烟人群的牙科美学修复提供了直接的循证临床指导，同时为口腔健康管理提供明确方向：

1. 材料选择：对于有吸烟习惯的美学修复患者，锂硅酸盐瓷贴面应为修复材料，其优异的抗烟草着色能力可显著提升修复体长期美学稳定性；若选择复合树脂贴面，需向患者充分告知CS暴露的高着色风险，实现知情同意。
2. 烟草产品选择：对于无法戒烟的吸烟患者，THS可作为传统卷烟的低美学风险替代方案，但需明确其并非“无风险”，清洁死角仍存在染色累积可能，需控制使用量。
3. 口腔卫生指导：针对颈缘、邻面等着色高发区，指导患者采用 “牙刷 + 牙线/间隙刷 + 冲牙器” 的组合清洁方式，强化机械清洁；建议每3-6个月进行一次牙科专业抛光，清除材料表面沉积的烟草有色物质。
4. 修复操作优化：临床制作贴面时，需严格把控颈缘牙体预备与粘接工艺，保证贴面与牙体的密合性，减少界面微缝隙；对复合树脂贴面进行超微抛光处理，降低表面自由能，减少有色物质吸附。
5. 核心健康建议：戒烟是维持牙科美学修复效果、保护口腔健康的根本措施。烟草暴露不仅影响修复体美学，还会增加牙周病、口腔黏膜病等疾病的发病风险，需将戒烟指导纳入吸烟患者的常规口腔健康管理。

研究设备

本研究中使用的熏烟设备及CULTEX气液界面（ALI）体外暴露装置是实现精准烟草暴露评估的核心工具。该装置需要满足对烟雾/气溶胶发生、传输、沉积以及微环境（温度、湿度）的精确控制，才能确保为期21天的复杂实验获得可靠、可重复的数据。

德伯科技不仅可以为CULTEX设备提供完全技术服务，同时，我们可以提供更多本土化的技术支持和成套解决方案，自主研发的“烟雾细胞暴露染毒系统Aexpo”，正是为满足此类严苛实验需求而设计的国产化解决方案。其核心性能与本研究的实验要求高度契合：

• 标准化烟雾发生：Aexpo系统依据ISO3308与CIR国际吸烟标准设计，可精确设定吸烟量（15–100 mL可调）、吸烟时间（标准2s/次）、抽吸间隔（6s–60s可调）及吸烟曲线（钟形/梯形），完全满足本研究对CORESTA标准抽吸参数的实现要求。
• 精准的暴露环境控制：系统的气液界面暴露平台（如ACP6）采用辐射流设计，确保6个独立通道间的气溶胶均一性变异系数≤5%，为多组平行样本的对比提供了技术基石。其温度控制精度达37±0.1℃，湿度控制≥95%，完美复刻了本实验所需的人体口腔生理微环境。
• 长时间稳定运行：系统支持≥24小时连续运行，配合全自动控制软件，可实现每日8小时、持续21天的无人值守自动化暴露，大幅提升了实验效率和数据一致性。
• 完整的实验生态：Aexpo系统不仅包含烟雾发生器（ASG）和暴露平台（ACP6），还提供全自动控制软件，可实时记录实验参数、保存方案，确保全程可追溯。此外，系统预留了与各类气溶胶发生器（如Collison雾化器）的对接能力，可拓展用于生物气溶胶、颗粒物等多种研究。
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德伯科技致力于通过高性能的国产化设备，为国内科研人员在口腔材料学、吸入毒理学、环境健康等领域的突破性研究提供可靠工具与全方位技术支持。

结语

这项发表于《Journal of Dentistry》的研究，通过精密的体外模型，科学地证实了不同烟草产品对牙科美学修复材料的影响差异，为临床实践提供了宝贵的循证依据。它再次提醒我们，在追求美学效果的同时，必须重视患者的生活方式因素，并提供个性化的指导。而每一项可靠的科学发现背后，都离不开像德伯科技Aexpo系统这样能够精准复刻复杂环境的科研设备的有力支撑。

参考文献Huang, Q., Zhao, X., Majeed, S., et al. Effects of cigarette smoke and Tobacco Heating System aerosol on discoloration and staining of ceramic and composite veneers. Journal of Dentistry, 2026.

标签：烟雾发生器气液界面（ALI）暴露系统细胞染毒系统