过氧化氢激光牙齿漂白药剂的研究

过氧化氢激光牙齿漂白药剂的研究 华中科技大学 硕士学位论文过氧化氢激光牙齿漂白药剂的研究 姓名:林卓 申请学 位级别:硕士 专业:物理电子学 指导教师:朱晓 20070530 摘 要 激光牙齿漂白 技术是一种重要的牙齿漂白方法。本课题是以波长为 808 纳米红外半导体激光器照 射促进牙齿漂白的技术应用为研究背景，依据激光牙齿漂白理论中的色素氧化漂白 机理，对以过氧化氢为氧化漂白活性物质的激光牙齿漂白凝胶的研制进行了分析和 研究。 课题首先归纳了牙齿颜色的形成、牙齿变色的原因和激光牙齿漂白机理等基 础问题，综述了国内外激光牙齿漂白凝胶的研究和应用的现状，分析了各种专利里 凝胶的组成、含量及各组份在牙齿漂白凝胶中所起的作用，从而分析 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了 808 纳 米半导体激光照射下牙齿漂白凝胶的组成。 课题分析了过氧化氢的分子结构、理化 性质和分解的影响因素，采用高锰酸钾滴定分析的方法对不同条件下溶液和凝胶中 的过氧化氢的含量进行了测定，从而获得了不同条件下、不同反应时间后溶液和凝 胶体系中过氧化氢的准确含量。依据上述方法，对溶液中的氢氧化钠的含量、凝胶 中增稠剂的含量、凝胶中氢氧化钠的含量、凝胶中催化剂的引入以及激光照射与激 光的互补色素的引入对体系中过氧化氢分解速率的影响进行了系统的研究。 实验中 获得了在不同的反应条件下凝胶中过氧化氢的含量随反应时间变化的数值，并运用 化学动力学中的积分法对不同条件下过氧化氢分解反应的反应级数进行了拟合，获 得了凝胶条件下过氧化氢分解的反应级数。 关键词:激光牙齿漂白 凝胶组成 过氧 化氢含量测定 动力学研究 I Abstract Laser tooth bleaching is an important tooth bleaching method in the dental estheticsfield. The study was based on the oxidation hypothesis of tooth bleaching therapy andfocused on the hydrogen peroxide gel formulation design for laser tooth bleaching while808 nm infrared diode laser was used to activated the tooth bleaching procedure. The research summarized the generation of human teeth color causes of human toothdiscoloration and principle of laser tooth bleaching reviewed the gel formulation of differentpatents for laser tooth bleaching method analysised the compositon of different gels studiedthe composition content and founctions of these compositions. The composition for 808nmdiode laser activated tooth bleaching gel had been designed. Molecule structure physical and chemical properties and decomposition process ofhydrogen peroxide has been analysised. Permanganimetric method has been used to measurethe hydrogen peroxide content deposited by different time in different reaction conditions inwater or gel solutions. Different factors such as sodium hydroxide content in solutionsthicking agent concent in gels sodium hydroxide content in gels catalyzer addition andillumination of inferred diode laser light has been studied for their influences on hydrogenperoxide decomposition rate. Experiment data of hydrogen peroxide decomposition under different condisions wasprocessed by the integration method of chemical dynamics. Reaction orders of hydrogenperoxide decomposition in the gel under different conditions were obtained. Key words: laser tooth bleaching gel formulation analysis of hydrogen peroxide concentration dynamics study II 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位 论文作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 本学位论文作者完全 了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密?， 在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密?。 (请在以上方框内打“?”) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 1 绪论1.1 人体牙齿的颜色和变色牙的形成 人体牙体组织由牙釉质、牙本质、牙骨质三种硬组织和牙髓软组织组成。人体磨牙剖面图如图 1.1 所示。牙釉质是人体中最硬的、半透明的钙化组织，它大约由 95(按重量)的羟基磷灰石，4的水及 1的有机物组成。其中羟基磷灰石是一种无 牙釉质 牙本质机盐，主要组成为磷酸钙及碳酸钙，其化 牙龈 牙髓学式为 Ca10PO46OH2。在它的亚结构包 牙骨质 牙颧骨含一些小晶粒，这些晶粒即形成了牙齿结 牙周膜构中的釉柱，其直径为 4,6m。同时， 根尖孔晶格本身含有一些杂质，特别是 Cl,，F,， 牙槽动脉 ， ， 2，Na ，K 和 Mg 等无机离子。 图 1.1 人体牙齿结构图 Watts A 等研究表明人体牙齿的颜色是由牙齿内源性颜色和外源 。牙齿的内源性颜色由牙釉质和牙本质的光散射和光吸收性性颜色的结合效果决定1 能决定。当光照射在牙齿上时，可以将光与牙齿的相互作用描述为四种现象:(1)光透过牙齿的镜面传播;(2)光在牙齿表面的镜面反射;(3)光在牙齿表面的漫反射;(4)光在牙齿组织中的吸收和散射。其中，牙齿的非白色颜色主要由光线通过牙齿内部高度不规则的通光路径时经历的路程长度以及牙齿组织对光的吸收系数 2。对于牙釉质来说，羟基磷灰石晶体对光散射的贡献明显，而对于牙本质， Ten 决定 牙本质的光学各项异性说明牙本质的小管结构是光散射的主要原因。 BoschJJ 和 Coops JC 的体外研究表明3，除去釉质的牙齿的颜色还是和完整牙齿的颜色基本相同的。这就说明了牙齿的颜色主要由牙本质的颜色来决定，而牙釉质只是在蓝光范围内通过散射作用对牙齿的颜色起很小的作用。牙齿的外源性颜色则是由吸附在牙釉质表面上的物质，如茶、红酒、咖啡等，特别是最终造成牙齿外源性着色的牙釉质上覆盖的膜层。 由于牙齿颜色的产生是内源性颜色和外源性颜色共同作用的结果，因此对于牙齿 1变色的研究也是将其分为内源性牙齿变色和外源性牙齿变色两种进行研究1。内源性变色牙的形成发生在牙齿发育阶段，在结构组成或牙齿硬组织厚度发生变化后产生的。这些变化都导致了牙齿结构的光传输性能的改变。许多的新陈代谢疾病和系统因素都会影响牙系的生长结果导致变色，而受伤等局部因素也会导致牙齿变色。四环素牙、氟斑牙和牙釉质发育不完全等是最为常见的内源性变色牙类型。外源性变色牙根据其颜色的来源可以将其分为两类:一类是可以与薄膜合成一体从而显示出他们本身颜色的化合物;另一类是由于在牙齿表面化学反应而造成着色。直接着色具有多因素的色素来源，这些色素是来自与饮食或是习惯性的放置在口腔中其他物质造成。吸烟和咀嚼以及茶、咖啡等饮料可以造成着色。1.2 变色牙的修复方法 对变色牙的修复方法有很多种。从原理上可以分为物理修复方法和化学修复方法两类。物理修复方法包括釉质打磨、覆盖修复和超声洁牙等手段，化学修复方法从机理上来说分为酸蚀漂白和氧化漂白两种，其中激光牙齿漂白方法是氧化漂白修复变色牙中最具有应用前景的变色牙修复方法。1.2.1 不同变色牙修复方法的比较 釉质打磨修复变色牙 釉质微打磨法是将酸性物质和与具有打磨作用的材料或器械联合使用，通过摩擦的方式将牙齿表面的浅表变色牙釉质磨除来实现对变色牙的修复作用。一般来说，釉质的打磨量不超过人体釉质总体积的 1/3,1/4。现 代牙膏中都包含了细粒径的二氧化硅等研磨剂成分，而在日常的刷牙过程中实现釉质打磨。同时，现代口腔医院中还配有专门的釉质微打磨的设备。这些专业设备通过可控、快速的釉质打磨实现对变色牙的修复。李刚对牙膏摩擦剂对牙齿磨损和清洁效果的影响进行了很好的总结4。由于釉质打磨只能作用于牙釉质的表面，因此，这种修复方法只能对牙齿的外源性着色起到修复作用。 覆盖方法修复变色?覆盖方法修复变色牙根据覆盖物的不同分为金属烤瓷冠修复和光敏树脂修复两 2种。金属烤瓷修复技术自20世纪60年代问世以来深受广大患者欢迎，近年来要求烤瓷修复的患者逐年增多 牙齿变色是其修复的适应症之一5。金属烤瓷修复体具有强度高、耐磨损、化学稳定性和组织适应性良好、色泽光亮、形态逼真等优点。烤瓷成功主要取决于烤瓷的材料因素。材料的强度、韧性、硬度和生物相容性等性能以及材料的色调、光泽度、洁度、硬度等因素都直接影响到修复体质量和最终美观效果，是烤瓷修复变色牙齿的关键。光敏树脂修复变色牙的方法是从1984年开始使用的。这种方法发展到目前先后使用EB复合树脂覆盖、塑料贴面、光固化树脂覆盖、树脂冠修复、新材料釉质瓷贴面及冠修复、全瓷贴面修复等方法。 目前引起广泛关注的是高强度釉质瓷和第七代复合树脂为主的聚合材料配制而成的新型口腔修复材料6。这种修复材料集烤瓷及树脂的优点于一身，色度、洁度、硬度、耐磨性均较好，而且制作和使用操作简单方便。一般口腔医院均可开展使用这项技术，但这种技术远期效果尚在观察中。在现代牙科的研究中，对覆盖修复后覆盖材料的再着色性能也是目前变色牙修复研究中关注的热点问题。 超声修复变色牙 超声洁牙是通过使用专门的超声发生器，通过工作头的高频震荡2.5×104,3×104赫兹，利用超声震荡的原理将紧附在牙面上的牙石振碎脱落并清除，从而对由于牙龈炎、牙周病造成的牙齿变色进行修复7。这种方法也是目前变色牙修复中一种很常用的方法。超声洁牙与刷牙、釉质微打磨等手工洁牙方式相比，具有省时、省力，而且视野清晰的好处。但若使用超声洁牙机不当也会使超声波在牙齿表面留下划痕，甚至造成牙釉质缺损、牙面粗糙等结果。这种粗糙的牙面又会加速菌斑、牙石的堆积和色素的形成，使用超声洁牙设备时必须按照超生发生器的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 进行洁牙操作，并选择合适的工作参数以达到最好的变色牙修复效果。解放军第四军医大学的徐岩等对不同类型超声洁牙机的临床疗效进行了对比研究8。 由于超声振荡对化学反应也具有促进作用，因此使用超生促进 H2O2 的分解加速氧化法漂白变色牙也是变色牙修复方法中一种具有研究和应用价值的方法。目前基于这种机理的超声洁牙研究还是鲜有报道。 酸蚀漂白修复变色牙 3 对于牙釉质表面进行酸蚀处理，既是一种独立的牙齿漂白方法，同时也是覆盖修复变色牙等其他方法的辅助手段。作为独立的牙齿漂白方法，牙釉质经酸处理后，可见变为白垩色，这是酸的作用使釉质表层脱钙，露出新鲜釉质，从而清除了附着在牙面上的各种污垢。因此酸蚀漂白修复变色牙只能修复外源性变色牙。作为覆盖方法修复变色牙的辅助手段也是通过改善釉质表面的可湿性、使釉质表面极性化和使釉质表面粗糙化来实现的。 氧化漂白修复变色牙 由于酸蚀漂白的方法对牙齿结构的损伤较大，而且容易给患者造成刺激，因此，人们就试图通过氧化性较强的物质进行牙齿漂白。一般来说，氧化漂白是凝胶和牙齿的结合面上进行的牙齿脱色过程9。牙齿表面或内部产生颜色的物质通常都是包含共轭链的有机物质，其中典型的包括杂环原子、羰基和苯环。这些基团被认为是牙齿颜色形成的发色基团。对发色集团的漂白是通过对其中共轭链中一个或更多双键的破坏而使共轭 链断裂或氧化共轭链上物质来实现的。次氯酸钠、过硼酸钠、过氧化氢、过氧化脲等物质都被应用于牙齿漂白的研究中。由于过氧化氢可以氧化很多有机和无机物质，而且反应后自身分解成为对人体无害的氧气和水，因此，在现代氧化漂白牙齿的方法中成为了主要的漂白方式。 过氧化氢氧化漂白牙齿反应的机理根据基质、反应条件和催化剂的不同而不同。这是因为过氧化氢可以根据反应条件的不同而产生很多不同的活性氧物质，这些反应条件包括反应的温度条件、环境的pH、光照条件和过渡金属的存在等因素。在碱 ,性条件下，过氧化氢通常是产生过氧羟基阴离子(HO2 )，而在其他条件下可以产生其他的自由基，如O,H键断裂会产生H和OOH自由基，而O,O键的均裂则产生两个OH自由基。Kashima-Tanaka M等证明由光或激光引发化学反应可以使得过氧化氢分解产生的羟基(OH)的量增加 10。目前，氧化性物质的漂白牙齿的机理还没有被完全理解 1112。大量的体外实验已经证明了在牙齿于一定量的过氧化物产品和溶液接触15,30分钟后，低含量的过氧化物可以渗透到牙髓腔中 9。由于过氧化物渗透到了牙齿的里面，它就可以与牙齿结构中导致牙齿变色的有机物质发生反应，从而使得颜色衰减。 41.2.2 激光牙齿漂白的历史和研究现状 20 世纪，随着物理科学的发展和新型设备的出现，激光、超声、等离子体灯、发光二激光等各种新兴的物理技术都被应用到牙齿漂白的领域中来。1918 年，Abbot 就报道了使用高密度光升温来加速化学漂白的速率，随后也有其他口腔加热装置用于加热过氧化物，促进其分解速率9。1980 年后，临床上常使用各种光源以提供热源来加速高浓度的漂白剂的牙齿漂白反应。现代方法和文献集中在使用一系列波长和光谱能量的光连续照射前牙加速过氧化物漂白。卤素灯、等离子体灯、激光和发光二极管都得到使用。由于激光光源出射的是单一波长的相干光，具备良好的单色性和方向性，这些性能使激光可以通过光学系统聚焦到一个很小的区域以获得很高的光功率密度。这种高功率密度的光能照射到涂有漂白凝胶的牙齿上可以直接被过氧化氢分子吸收或由光敏化剂做暂态吸收后将能量进一步通过弛豫形式传递给过氧化氢分子，使凝胶中的过氧化氢活化产生大量强氧化性的自由基，从而攻击色素分子，使其分解成较淡颜色的双键分子，并进一步分解成为亲水性单键无色分子，最终达到牙齿漂白的效果。 相对于其他的牙齿漂白技术，激光牙齿漂白可以有效加速氧化漂白剂的分解速率，改善漂白后牙齿的亮度，缩短漂白所需要的时间，减少漂白过程对牙龈造成的副作用等多项优点。因此自 1960 年出现世界上第一台红宝石激光器以来，激光的优越性能在美容和牙齿漂白领域应用就得到人们的广泛关注。对于激光牙齿漂白技术的研究早期主要集中在美国，后来芬兰、日本、前西德和荷兰也相继开展了这项研究工作。目前，大量的激光牙齿漂白技术的研究工作大都是围绕着不同的牙齿漂白凝胶的临床疗效、漂白过程中牙齿表面及牙髓腔内温度升高情况以及漂白治疗对牙齿显微硬度的影斓确矫娴奈侍庹箍 ?3-17。 K.Nozake，T.Satoh 等对 Nd:YAG 激光器与 30过氧化氢、过硼酸钠、染料等物质一起使用的结果进行了研究14。结果表明，30的过氧化氢和过硼酸钠一起比单独使用过氧化氢有更好的漂白效果，而且，使用染料会造成牙齿透光性的降低。激光脉冲频率为 20Hz，单脉冲能量为 160mJ，平均功率为 3.2W 的 Nd:YAG 激光器与 30,的过氧化氢和过硼酸钠连用照射三分钟，照射三次即可有效地漂白牙齿，而不造成牙齿透明度的损失。 5 H.Jilinkova 等对比研究了汞灯、翠绿宝石激光器，二倍频的翠绿宝石激光器、Nd:YAG 激光器、Er-YAG 激光器与牙齿漂白药剂 Hi Lite (有效成分为 35的过氧化氢)凝胶作用时对牙齿色度和结构产生的的影响15。他们的实验结果表明，汞灯和翠绿宝石激光器可以有效的减少漂白所需的时间，二倍频的翠绿宝石激光器和 Nd:YAG 激光器则对漂白时间的长短没有影响， Er:YAG 激光器与漂白药物连用后， 而 出现了过热的现象。 Niklaus Ursus Wetter，Marcia C.S，Jose E.P.Pelino 比较了 470nm 的发光二极管和1.6W808nm 的半导体激光器照射两种不同的漂白药剂:Opalescence X-tre 和 HPWhiteness(两种漂白药剂都是以 35的过氧化氢为有效漂白成分的)18。他们使用CIELab系统对漂白结果进行评估，结果表明使用发光二极管和半导体激光器照射两种漂白药剂都可以达到漂白的效果。但是使用半导体激光器照射照射 Whiteness HP 可以在色度和发光度上取得要比发光二极管照射 Whiteness HP 和单独使用 Whiteness HP好的漂白结果。而发光二极管照射 Opalescence X-tra 则可以在发光度上取得比半导体激光器照射 Opalescence X-tra 好的漂白效果。他们的实验中漂白药剂的厚度为 2mm，所使用的半导体激光器的参数为:激光波长为 808nm，平均功率 1.6W，激光能量密度21.3J/cm2。漂白过程中，先用激光照射漂白药剂 30 秒，间隔 7 分钟后再用激光照射药剂层 30 秒，最后洗去药剂。重复上述操作两次即可。 Karen Luk，Laura Tam，Manfred Hubert 的工作研究了光能在过氧化物牙齿漂白中的作用19。他们使用了四种不同的漂白药剂和四种不同的光源:Opalescence Xtra有效成分为 35的过氧化氢，QuickWhite laser whitening system有效成分为 35的过氧化氢，StarBrite Power Pack有效成分为 35的 的过氧化脲;功率为 500过氧化氢，Nupro Gold Teeth WhtiteningGel有效成分为 10 ,600mw，波长为 400,500nm 的卤素灯，功率为 2.8-3.2w，波长在 2000-4000nm 的红外灯，功率为 200mw，波长为 488nm 的氩离子激光器，功率为 600mw，波长为 10600nm 的二氧化碳激光器。结果表明，牙齿漂白的色度和温度的变化明显受光和漂白物质相互作用的影响。光源的引入明显改进了特定组成的漂白药剂的漂白效率，但同时也造成了牙齿表层和内部明显的温度的升高。因此需要寻找特定的光与漂白药剂的组合以既达到增强漂白药剂效率的作用，同时又 6对牙齿造成的温升较低。 目前在牙齿漂白的临床和实验研究中常用的激光器有氩离子激光器、二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、掺铒钇铝石榴石激光器、半导体激光器等20。1996 年经美国食品及药物管理局(FDA)批准了波长为 480 纳米的氩离子激光器和波长为10600 纳米的二氧化碳激光器在用于牙齿漂白治疗。后来 FDA 又批准了波长为 980nm的镓铝砷半导体激光在此领域应用。但是由于二氧化碳激光器对牙体组织的影响尚不清楚且缺乏随机对照实验，故不推荐使用二氧化碳激光器用于辅助牙齿漂白。而对氩离子激光器，在严格遵守厂家推荐的操作程序的情况下可使用氩离子激光器进行牙齿漂白。美国牙科协会在 2000 年进行的一项调查表明，美国大约 3.3的牙医使用激光促进牙齿漂白。1.2.3 现代激光牙齿漂白设备的发展 由于半导体激光器体积小、重量轻、结构简单、价格便宜和易于和其他设备集成等优点使其相对于其他种类的激光器具有独特的优势。这些优势在半导体激光器应用牙齿漂白技术领域时，也同样为这项技术带来了强大的技术竞争力。世界上著名的口腔护理公司和激光生物医疗公司都在这.