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等離子體是繼固態、液態、氣態以外的第4種物質形態。等離子體是指氣體被加熱或置于高頻高壓電場中,形成了高度電離的氣體云,獲取巨大能量的氣體云外層電子脫離原子核的束縛成為自由電子,原子核所帶正電荷與自由電子所帶負電荷總量相等,整體呈現出電中性狀態,故稱之為等離子。宇宙中99.9%的物質都處于等離子體狀態,例如恒星、極光以及蠟燭的火焰等。近年來,隨著等離子體技術的不斷深入研究,等離子體已經逐漸成為一門包羅萬象的學科。

等離子體的分類

根據等離子體產生的溫度,可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體兩種類型。高溫等離子體是指溫度達10⁸~10⁹K下完全電離產生的電離度接近于1的等離子體,并且重粒子和電子的溫度都很高。低溫等離子體則是在低溫下(≤10⁴K)實現,只有部分氣體電離(電離度為10^-7~10^-4),而大多數氣體分子仍然處于未電離狀態。根據熱力學狀態不同,低溫等離子體又可分為熱平衡等離子體(也稱熱等離子體)和非熱平衡等離子體(也稱冷等離子體),在非熱平衡等離子體中,因為重離子的溫度遠遠低于電子的溫度,因此其溫度相對較低,故這樣的等離子體十分適合應用于醫學領域

低溫等離子體在口腔材料表面改性中的應用

通過改善材料本身機械以及物理性能從而提高材料與機體生物相容性是材料改性非常重要的目的,而低溫等離子體可在不改變材料基本性能的基礎上,對材料的表面起到活化的作用,從而改變材料的濕潤性以及細胞生物相容性。

口腔種植材料的表面改性

種植體植入機體后未能與機體周圍骨組織形成很好的骨結合,常常是導致種植手術失敗的重要原因,通過改變種植體表面性能,增加種植體與周圍組織的生物相容性,降低植入后的感染從而提高種植成功率一直是廣大學者研究的方向。

利用大氣壓低溫等離子體射流對鈦片表面處理10s,發現等離子體處理后可增加鈦片表面的潤濕性,還可促進牙齦成纖維細胞在鈦片表面的早期附著,從而增強種植體與周圍軟組織的密封效果,降低致病菌的感染,增強種植體與周圍組織骨結合的能力。

口腔修復材料的表面改性

口腔內環境比較復雜,多種因素制約著口腔材料的修復效果。等離子體在不影響材料本身基本特性的情況下,在材料表面形成一個惰性的表面保護層,從而提高材料表面本身的潤濕性、分子極性、粘接性以及生物相容性。

修復材料中常用的氧化鋯與樹脂粘接強度的高低與其本身親水性能密切相關。使用等離子體處理氧化鋯后發現,材料表面形態并未明顯改變,但其表面的潤濕性增加,進而材料與樹脂之間的粘接強度顯著提高。

熱固化丙烯酸樹脂是制作全口義齒和可摘局部義齒基托的常用材料,而此種材料表面親水性較低,因此在臨床中常導致義齒的吸附效果不好。利用低溫等離子體對熱凝基托樹脂進行處理后,發現等離子的活性物質可在材料表面引入氧極性基團,使材料表面潤濕性顯著增加,增強了義齒基托與黏膜之間的吸附力。

牙體組織表面改性

等離子體中富含基態或者是激發態的活性粒子成分,這些活性成分可對生物材料的表面產生轟擊和熱蝕刻效應。通過這些效應可有效改變牙本質表面的物理、化學以及生物等相關性能,從而提高牙本質表面的濕潤性、增加牙本質膠原纖維表面含氧官能團的嫁接并且促進粘接樹脂的滲透性、形成粘接耐久性能更高的混合層結構。

用等離子體對牙本質進行處理,通過紅外光譜分析發現等離子體處理前后牙本質膠原纖維中的二級結構發生改變,并且等離子體處理后明顯增強了牙本質-復合樹脂的粘接性能。

等離子體醫學是一門結合物理、化學、生命科學以及臨床醫學等相關學科的一門綜合性的交叉學科,其在醫學領域中具有非常廣泛的應用前景。近年來,等離子體在口腔醫學領域中的應用越來越廣泛。等離子體還可以對口腔中常用的材料通過接枝或引入新的化學官能團,在不破壞材料本身結構和形態的前提下進行表面改性,而且在使用的過程中對口腔組織沒有損傷作用。正是由于等離子體具有這些獨特的性能,使其在口腔醫學領域中的研究不斷擴大。