等离子体是继固态、液态、气态以外的第4种物质形态。等离子体是指气体被加热或置于高频高压电场中,形成了高度电离的气体云,获取巨大能量的气体云外层电子脱离原子核的束缚成为自由电子,原子核所带正电荷与自由电子所带负电荷总量相等,整体呈现出电中性状态,故称之为等离子。宇宙中99.9%的物质都处于等离子体状态,例如恒星、极光以及蜡烛的火焰等。近年来,随着等离子体技术的不断深入研究,等离子体已经逐渐成为一门包罗万象的学科。

等离子体的分类

根据等离子体产生的温度,可将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体两种类型。高温等离子体是指温度达10⁸~10⁹K下完全电离产生的电离度接近于1的等离子体,并且重粒子和电子的温度都很高。低温等离子体则是在低温下(≤10⁴K)实现,只有部分气体电离(电离度为10^-7~10^-4),而大多数气体分子仍然处于未电离状态。根据热力学状态不同,低温等离子体又可分为热平衡等离子体(也称热等离子体)和非热平衡等离子体(也称冷等离子体),在非热平衡等离子体中,因为重离子的温度远远低于电子的温度,因此其温度相对较低,故这样的等离子体十分适合应用于医学领域

低温等离子体在口腔材料表面改性中的应用

通过改善材料本身机械以及物理性能从而提高材料与机体生物相容性是材料改性非常重要的目的,而低温等离子体可在不改变材料基本性能的基础上,对材料的表面起到活化的作用,从而改变材料的湿润性以及细胞生物相容性。

口腔种植材料的表面改性

种植体植入机体后未能与机体周围骨组织形成很好的骨结合,常常是导致种植手术失败的重要原因,通过改变种植体表面性能,增加种植体与周围组织的生物相容性,降低植入后的感染从而提高种植成功率一直是广大学者研究的方向。

利用大气压低温等离子体射流对钛片表面处理10s,发现等离子体处理后可增加钛片表面的润湿性,还可促进牙龈成纤维细胞在钛片表面的早期附着,从而增强种植体与周围软组织的密封效果,降低致病菌的感染,增强种植体与周围组织骨结合的能力。

口腔修复材料的表面改性

口腔内环境比较复杂,多种因素制约着口腔材料的修复效果。等离子体在不影响材料本身基本特性的情况下,在材料表面形成一个惰性的表面保护层,从而提高材料表面本身的润湿性、分子极性、粘接性以及生物相容性。

修复材料中常用的氧化锆与树脂粘接强度的高低与其本身亲水性能密切相关。使用等离子体处理氧化锆后发现,材料表面形态并未明显改变,但其表面的润湿性增加,进而材料与树脂之间的粘接强度显著提高。

热固化丙烯酸树脂是制作全口义齿和可摘局部义齿基托的常用材料,而此种材料表面亲水性较低,因此在临床中常导致义齿的吸附效果不好。利用低温等离子体对热凝基托树脂进行处理后,发现等离子的活性物质可在材料表面引入氧极性基团,使材料表面润湿性显著增加,增强了义齿基托与黏膜之间的吸附力。

牙体组织表面改性

等离子体中富含基态或者是激发态的活性粒子成分,这些活性成分可对生物材料的表面产生轰击和热蚀刻效应。通过这些效应可有效改变牙本质表面的物理、化学以及生物等相关性能,从而提高牙本质表面的湿润性、增加牙本质胶原纤维表面含氧官能团的嫁接并且促进粘接树脂的渗透性、形成粘接耐久性能更高的混合层结构。

用等离子体对牙本质进行处理,通过红外光谱分析发现等离子体处理前后牙本质胶原纤维中的二级结构发生改变,并且等离子体处理后明显增强了牙本质-复合树脂的粘接性能。

等离子体医学是一门结合物理、化学、生命科学以及临床医学等相关学科的一门综合性的交叉学科,其在医学领域中具有非常广泛的应用前景。近年来,等离子体在口腔医学领域中的应用越来越广泛。等离子体还可以对口腔中常用的材料通过接枝或引入新的化学官能团,在不破坏材料本身结构和形态的前提下进行表面改性,而且在使用的过程中对口腔组织没有损伤作用。正是由于等离子体具有这些独特的性能,使其在口腔医学领域中的研究不断扩大。