牙齿着色是牙科常见的美学问题，对患者的牙齿美观有影响，甚至引起患者的心理疾患。根据着色原因，牙齿着色分为外源性着色和内源性着色。对于内源性着色，内漂白（仅限于死髓牙） 和牙科修复体是常用的治疗方法；外源性着色则主要采用外漂白进行治疗。无论是内漂白还是外漂白，目前临床上广泛使用的牙齿漂白材料多基于过氧化氢（H2O2） 或其衍生物（过氧化脲）而制备。其原理是利用H2O2降解破坏牙体组织上的着色物质。
但由于H2O2的氧化性较弱，想要达到理想的漂白效果需要较高浓度或较长的接触时间。因此，牙齿敏感、釉质损伤、软组织损伤等问题成为临床上牙齿漂白治疗中常见的不良反应。高级氧化技术（advanced oxidation process，AOP） 具有反应速度快、可控性强等优点，近年来飞速发展。学者们将这些新技术用于研发牙齿漂白新材料，获得了丰富的研究成果，为解决上述问题提供了全新的方法和策略。本文将对牙齿漂白材料的研究新进展进行总结和综述，为牙齿漂白领域的研究工作的进一步推进和临床转化提供参考。
1. 牙齿漂白概述
牙齿漂白是一种通过漂白剂改变牙齿着色的方法。H2O2是传统牙齿漂白材料的主要成分，其漂白的机制主要是H2O2或其分解产生的过氧氢根（HO2-） 破坏降解牙体组织上吸附或沉积的有色物质，使其降解为可溶性或颜色较浅的物质，从而实现牙齿漂白效果。然而，传统牙齿漂白材料常引起牙本质敏感、釉质损伤、软组织损伤等并发症，极大限制了其临床应用。其中，牙齿敏感是活髓牙牙齿漂白治疗最常见的不良反应，表现为漂白治疗中和治疗后发生的牙齿敏感不适。
其病因学机制主要是：1） H2O2通过釉质-牙本质层扩散进入髓腔，导致牙髓短暂的炎症反应和充血改变；2） H2O2刺激牙髓内过氧化物敏感的瞬间受体电位A1离子通道受体，从而引起疼痛不适。大量研究表明：牙齿敏感的发生率和严重程度与H2O2浓度和漂白时间直接相关。釉质损伤是另一种常见的不良反应，其原因是较高浓度（>15%） 的H2O2降低了釉质表面pH值，使牙齿表面脱矿，导致釉质硬度降低、粗糙度上升，这种损伤会随着治疗时间延长而加剧，常引起菌斑形成、牙齿再着色，并增加了牙体疾病的风险。
传统牙齿漂白材料还可能引起邻近软组织的损伤，如：牙龈刺激痛、口腔黏膜灼伤等，其发生原因是传统牙齿漂白材料中高浓度H2O2引起的刺激和直接损伤。因此，对牙齿漂白材料进行改良，降低H2O2浓度，提高牙齿漂白效率、减少其不良反应发生率和严重程度就成为了牙齿漂白材料研发的热点问题。
2. 牙齿漂白材料的研究新进展
近年来，AOP的飞速发展为解决上述难题提供了新的手段和方向。AOP指一类在催化剂、光、电、声等特定因素激发下，产生具有强氧化能力的自由基或活性氧（reactive oxygen species，ROS）（如：羟基自由基、硫酸根自由基、单线态氧等）， 从而降解或破坏有机污染物的反应技术。该类技术发源于19世纪晚期，但直到1987年，美国加利福尼亚大学Glaze等对其进行命名和明确定义。随后，该技术的概念和内涵迅速发展，应用范畴也不断扩大。
近年来，学者们基于AOP的新进展研发出了一系列牙齿漂白新材料，结果显示：同传统牙齿漂白材料相比，这些新型材料能显著提升漂白效率，同时减少不良反应。根据应用于牙齿漂白新材料AOP的不同反应类型，将其分为芬顿及类芬顿反应、光催化/光动力、压电催化分别介绍。
2.1 芬顿及类芬顿反应
芬顿反应指H2O2溶液在酸性条件下被Fe2+活化分解成强氧化性的羟基自由基（·OH） 的均相化学反应过程。类芬顿反应是指与芬顿反应机制类似的，利用Cu、Mn等金属离子或其他异相催化等材料，激活H2O2、过硫酸盐或过氧一硫酸盐产生强氧化性自由基的反应过程。芬顿/类芬顿催化剂的引入，将传统氧化技术中以H2O2作为主要功能成分转变为以强氧化性自由基作为主要功能成分，从而显著提高了氧化效率，降低过氧化物的使用浓度或使用时间，较传统氧化技术更为安全、高效。根据上述原理，学者们开展了多项研究，取得了丰富的研究成果。
Lee等将Fe2+螯合成金属-组氨酸络合物制成芬顿催化剂，其与30% H2O2组合，漂白染色牙齿6 h即表现出近似30% H2O2组12 h的漂白效果，显著提升了漂白效率。Young等利用葡萄糖酸亚铁作为芬顿催化剂， 结合25% H2O2获得了与35%~40% H2O2类似的漂白效果，显著降低了H2O2的使用浓度。
然而，芬顿反应型牙齿漂白材料也有其不足之处：1） 亚铁离子容易氧化，长期保存难度大；2） 反应的最佳pH值在酸性范围，有釉质损伤的风险；3） H2O2利用率低，需要的H2O2浓度仍然较高。因此，适用于较宽的pH范围且更为高效的类芬顿反应成为了近年来的研究热点。Hu等合成了氧缺陷型纳米二氧化钛，利用该材料的光热-类芬顿协同效应催化H2O2，研究结果表明：该材料与12% H2O2结合，能够实现与40% H2O2的商品漂白凝胶相当的牙齿漂白效果。
Liu等合成了表面掺Cu的超小碳量子点，其具有类芬顿催化活性，与3% H2O2结合，制成具有牙齿漂白功能的纳米漱口水，在3 h即可有效漂白红茶染色的离体牙齿，而对照组染色牙齿颜色3 h后并未出现明显改变。为尽量避免使用H2O2引发的问题，Lee等对过硫酸盐氧化技术进行研究，发现：该技术活化产生的硫酸根自由基（SO4-·） 具有与羟基自由基（·OH） 相当的氧化还原电位和更长的作用时间。
Yang等采用基于过氧一硫酸盐/聚磷酸盐AOP研发了一种新型漂白材料，体外研究结果证实：含15.4%过氧一硫酸盐的新型凝胶具有与38% H2O2商用凝胶相似的牙齿漂白效果及更小的釉质损伤，且其对人牙髓成纤维细胞的损伤较小。动物实验进一步证明了该凝胶可以有效避免传统H2O2漂白体系所带来的牙髓组织损伤，并且不会激活疼痛相关受体或肽。上述研究表明：在研发新型牙齿漂白材料中，芬顿及类芬顿反应是一种有效策略，能够提高其漂白效率，降低氧化剂的使用量，提高安全性。由于芬顿反应本身所需的酸性pH的限制，未来的发展方向应是研发具有良好生物相容性、高化学稳定性以及高催化活性的类芬顿反应型牙齿漂白材料。
2.2 光催化/光动力
无论是芬顿还是类芬顿反应，仍需加入过氧化物，因此，学者们继续努力，成功开发出无需过氧化物的AOP。在牙齿漂白材料研发领域，光催化/光动力技术也备受关注。光催化反应是指光催化剂光照激发下，催化剂产生光生电子和空穴，二者分别与氧气或水分子发生反应，生成具有强氧化能力的ROS。光动力疗法是指光敏剂分子在特定波长的激光照射下跃迁到激发态，随后在退激过程中释放能量，产生具有强氧化能力的单线态氧（1O2）。
光催化/光动力所产生的强氧化性ROS或单线态氧，均可降解吸附在牙体表面的染色物质。采用上述2种技术进行牙齿漂白时，所用的漂白材料分别为光催化剂和光敏剂，无需加入H2O2，从而提高了牙齿漂白的安全性。此外，光催化剂和光敏剂只有在光照激发下才能开启上述反应，其反应过程高度可控，进一步增加了治疗的安全性。
根据以上原理，Wang等开展了基于光催化反应的牙齿漂白系列研究工作，他们合成出聚多巴胺包覆的二氧化钛，该材料可在蓝光激发下4 h表现出类似于临床用H2O2 （30%~40%） 漂白凝胶的效果，且未表现出对釉质的损伤及细胞毒性。但研究所使用的蓝光有刺激口腔软组织或造成术者眼睛损伤的风险。因此，Li等制备了掺有氧氯化铋和氧化亚铜纳米粒子的可注射海藻酸钠水凝胶，并证实该材料可在绿光的激发下产生大量ROS，避免了蓝光的潜在风险，结果显示：连续应用该材料3 d （每天1 h） 即可获得有效漂白效果且不损伤釉质，动物体内实验进一步证明了该凝胶也未损伤牙龈组织。
此外，Miao等还研发出可用于家庭漂白的响应黄光的含生物碳质的高比表面积氧化锌，并证实其在装有黄色发光二极管芯片的发光牙刷的激发下，可产生ROS并降解色素分子，在连续使用0.5 h即达到优于商用漂白牙膏的效果。学者们近年来对光动力牙齿漂白材料也开展了多项研究，取得了良好的治疗效果。Zhang等制备了两性离子修饰的原卟啉，证实其在紫光激发下产生1O2，6 h后染色的牙齿明显变白，且未出现对釉质的损伤。
为了进一步提高基于光动力疗法的牙齿漂白效率，缩短临床治疗时间，Gu等合成了聚集诱导发光分子，可在白光的激发下产生大量ROS，60 min即可漂白染色牙齿。此外，Liu等制备了2种碳点（carbon dot，CD） 嵌入SiO2纳米颗粒的可产生磷光或延迟荧光的复合材料，在不连续紫外光的激发下可持续产生1O2，6 h可完成对染色釉质的彻底漂白，且未造成釉质损伤，动物实验也表明该材料长期使用不会造成小鼠舌及唇黏膜的损伤。
综上所述，光催化或光动力技术为牙齿漂白材料的研发提供了新选择，可在不使用H2O2的条件下实现牙齿漂白，相较于传统过氧化物漂白或基于芬顿/类芬顿反应的牙齿漂白体系，具有对患者口腔软硬组织损伤更小的特点。但基于光催化/光动力的牙齿漂白材料通常有较高的光照能量需求，具有潜在的光损伤风险。因此，研发能响应可见光的高催化活性的新型材料，以降低对光照能量的需求，实现更优异的应用安全性和可行性，是基于光催化/光动力的牙齿漂白材料未来的发展方向。
2.3 压电催化
随着人们口腔卫生保健意识的不断提高，电动牙刷日益普及。电动牙刷使用过程中刷毛高频机械振动，不断摩擦牙齿表面，产生大量能量。研究人员巧妙地利用刷牙时的高频机械振动作用及摩擦作用，借助压电材料的压电特性实现能量转化，提出了基于压电催化的牙齿漂白策略。压电催化过程是指在机械能的作用下，压电催化材料表面产生电荷分离，释放的电子/空穴与周围介质接触，产生ROS，从而实现降解有机物的目的。相比于光催化/光动力，基于压电催化的牙齿漂白材料避免了激发光所带来的光损伤，是一种更为安全的牙齿漂白材料。
Wang等在2020年提出利用纳米钛酸钡（Ba‐TiO3） 的压电性能，在超声电动牙刷的辅助下产生ROS，10 h便实现了染色牙齿的有效漂白。与传统的漂白技术相比，该牙齿漂白技术不仅更适合居家使用，且对釉质表现出无损伤特性。但传统的BaTiO3压电材料含有重金属钡离子，长期使用可能会与釉质内的钙离子发生交换而造成釉质的不可逆损伤。此外，长期使用后钡离子对全身及局部组织的毒性有待评估。
Deng等借助互锁晶片制备出具有生物可降解性的高压电催化活性的多孔聚乳酸颗粒，结合超声可在20 h使染色牙齿明显变白，漂白效果明显优于对照组，且对牙齿组织无破坏性及细胞毒性。含压电催化材料的牙膏与电动牙刷结合为居家牙齿漂白提供了相较于传统基于过氧化物的漂白更安全的新策略。从目前的研究结果来看，单独的压电催化产生的ROS量较少，达到较理想的牙齿漂白效果需要的时间较长。未来还需进一步研发更高效和成分更安全的压电催化类牙齿漂白材料。
3. 小结和展望
综上所述，AOP的飞速发展为牙齿漂白材料的研发提供了新的手段。同传统牙齿漂白材料相比，新型牙齿漂白材料能够产生氧化能力更强的自由基或ROS，具有更强大的色素降解能力，为克服传统牙齿漂白材料的缺点，实现更快、更微创、更安全的牙齿漂白提供了可能。当然，这一方向仍有诸多问题亟待解决。在牙齿漂白新材料的研究中，仍有以下问题需要重点关注。
1） 部分色素沉积在釉质深层或牙本质浅层，而自由基的扩散距离很短，对深层沉积色素的降解效果不佳。
2） 釉质在pH约为4.5时就会发生酸蚀现象，因此需要考虑牙齿漂白材料的酸碱性问题。
3） 以往研究集中于评估牙齿漂白材料对外源性着色物质的降解，少见针对内源性着色的研究。引起牙齿着色原因多种多样，未来应开展更多针对内源性着色的研究，并研发针对性更强的系列化牙齿漂白材料，以取得更佳治疗效果。
4） 牙齿漂白材料的软组织安全性至关重要，然而，以往研究主要集中在评估牙齿漂白材料对釉质的影响，对牙髓和口腔黏膜组织损伤的研究相对较少。因此，未来对材料安全性评估务必全面。
5） 基于AOP的新型牙齿漂白材料目前多处于实验室研究阶段，需要加快技术转化和产品注册，早日实现为患者服务。6） 加大便捷、安全的家庭式、自助式牙齿漂白技术及产品的研发。
