牙齿美白用这个！Nature子刊：戴上这款黑科技牙套，可有效美白牙齿

牙齿发黄、发黑已经逐渐成为诸多爱美人士的困扰，也正因如此，牙齿美白已经发展成为一种比较受欢迎的牙科美容方式。尽管牙齿漂白产品具有高效的美白效果，但牙齿漂白产品可能会导致与强效和高浓度氧化自由基相关的严重副作用，比如牙龈刺激、矿物质流失以及牙齿过敏等情况。

为提出有效美白牙齿的策略，近日，来自南京理工大学的汪尧进教授课题组和北京大学口腔学院的邓旭亮教授、张学惠副研究员团队合作，提出了一种基于热催化效应的非破坏性和安全的牙齿美白策略，这种牙齿美白策略可以通过无处不在的口腔运动引起的温度波动来实现。上述研究成果以“Pyro-catalysis for tooth whitening via oral temperature fluctuation”为题，发表在Nature Communications上。研究人员在冷却/加热循环下通过高温催化剂降解有机染料，以模拟人体口腔摄入和说话引起的自然温度波动。在很小的口腔环境温度波动下，嵌入热释电粒子的水凝胶可以响应外部刺激产生活性氧，显著增白因习惯性饮用饮料和调味剂而被染色的牙齿[1]。

图1 研究成果（图源：[1]） 

当温度波动发生时，热释电材料表面的屏蔽电荷被释放，利用这些温度变化所引起的表面电荷作为催化剂被称为热催化效应。基于热催化效应美白牙齿的可行性，研究人员设计出了一种牙套，它结合了一种热电材料，该材料使用热催化来美白牙齿。这种牙套可以通过日常口腔活动（比如饮酒、呼吸、说话、锻炼等）引起的口腔温度波动来实现高温催化，而无需使用任何其他辅助设备，其可以源源不断地生成活性自由基，进而降解牙齿表面的污渍，有色大分子基团降解为小的无色分子实现牙齿增白效果。由于口腔中的温度波动远远低于热释电材料的居里温度，所以这种美白牙套的使用寿命极长。

图2 用于牙齿美白的热催化过程（图源：[1]） 

由于BaTiO3纳米线具有极强的铁电效应和出色的热释电势，研究人员选择了常见的食品添加剂靛蓝胭脂红作为降解试验的目标污染物，对BaTiO3的热催化性能以及其作为牙齿美白剂的潜在用途进行评估。研究发现，靛蓝胭脂红溶液的浓度随着热循环次数的增加显著降低，降解率可以达到98%以上。

随后，研究人员使用BaTiO3纳米线进行牙齿美白实验。将人的牙齿浸泡在红茶、红酒和蓝莓汁的混合物中一周，以模拟习惯性食物摄入引起的牙齿染色，然后将已染色的牙齿置于初始温度为36℃的BaTiO3纳米线悬浮液中，并在不同的温度波动下进行热催化实验。在经过2000次热催化循环后，牙釉质明显变白，且温度波动越大，牙齿美白效果越明显[1]。

图3 基于高温催化效应的牙齿美白演示（图源：[1]） 

整体上来说，在热催化作用下，连续的温度循环激发BaTiO3纳米线的热电性能，不断释放屏蔽电荷形成活性自由基，这些自由基物质通过氧化污渍的大有机分子的多个共轭双键来降解牙齿表面的污渍。

在证实高温催化可成功美白牙齿后，研究人员开发了一种递送方法，将光固化水凝胶用来做热释电粉末的载体，以制备复合凝胶，用于制造牙套。他们进一步验证了BaTiO3纳米线在复合凝胶中的热释电催化性能，证实医用凝胶并不会干扰其热释电催化性能。在将复合凝胶置于以DMPO 为捕集剂的水中进行三个热循环之后，证实了热释电复合凝胶具备优异的产生自由基的能力。

以上一系列操作证实了可以将热释电复合凝胶制备成牙套，利用热释电催化效应产生自由基，进而实现对牙齿上污渍的清除功能。

由于固化前具备优异的流动性使复合凝胶可以成型为任何形状，这一特性使其具备制备成复杂牙套的能力，也可以定制单个牙齿美白的精确治疗。将染色的牙齿放在模具中，然后将复合凝胶注入摸具完全包裹住牙齿的牙釉质，在紫外光下固化15分钟后，将牙齿放进水中并在25℃的温度波动下以不同的加热速率进行2000次热循环。与初始状态相比，牙齿的凝胶涂层部分明显变白，而非凝胶涂层部分则没有明显颜色变化。

此外，研究人员还评估了复合凝胶的安全性。通过扫描电子显微镜观察并记录同一牙齿在使用复合凝胶前后牙釉质的微观形态，研究人员表示复合凝胶并没有对牙齿的牙釉质造成损伤。同时，牙齿表面的硬度也没有发生显著变化。这说明热释电凝胶在美白牙齿的同时不会对牙釉质造成机械损伤，也不会对牙齿造成任何功能缺陷。

综上，这项研究证明了一种基于BaTiO3纳米线热解催化剂复合水凝胶的非破坏性、高效的牙齿美白方案。如果这种复合水凝胶成功用于制备牙套，就会满足很多爱美人士的牙齿美白需求。对于这种材料制备的牙套何时上市，我们着实有点期待。

参考资料：

[1]Wang Y, Wang S, Meng Y, et al. Pyro-catalysis for tooth whitening via oral temperature fluctuation. Nat Commun. 2022 Jul 29;13(1):4419. doi: 10.1038/s41467-022-32132-3. PMID: 35906221; PMCID: PMC9338087.