目前，牙体缺损修复过程中越来越多地使用粘接技术和粘接材料。粘接剂对牙本质的粘接机制是以粘接界面形成混合层和树脂突结构为基础的，混合层的质量是影响牙本质粘接修复成败的重要因素，也是牙本质-树脂粘接界面的薄弱环节。自2004年英国物理学家Novoselov等首次利用机械剥离法制备出单层石墨薄片，并将其命名为石墨烯以来，由于其优越的机械强度、高表面积、导电性、抗菌性能、生物相容性等物理化学性质，石墨烯在科学技术领域广泛应用。
2008年，石墨烯及其衍生物被引入生物医学科学领域，以增强复合材料和纳米复合材料的强度和力学性能，在疾病诊断、癌症靶向治疗、药物传递和组织工程等生物医学领域被广泛研究和应用。氧化石墨烯是石墨烯的含氧衍生物，具有两亲性，适合化学改性。近年来，为了开发高效耐用的粘接剂，提高牙本质粘接耐久性，许多研究采用氧化石墨烯改性粘接剂，提高粘接剂的机械强度、化学和热稳定性以及抗菌性能，取得了许多成果。本文将对氧化石墨烯结构、特性及其改善牙本质粘接效果的机制进行综述。
1. 氧化石墨烯结构及特性
1.1 氧化石墨烯结构
石墨烯(graphene)是碳的同素异形体，碳原子以sp2 杂化键合形成单层六边形蜂窝状二维晶格结构。氧化石墨烯(graphene oxide，GO)是一种石墨经强酸氧化获得的扁平单层碳原子纳米薄片材料，同样具有石墨烯的六元环结构，每一层的石墨烯单片上下两侧和边缘处引入了丰富的活性含氧官能团，包括羟基、环氧基、羧基和羰基等。这些官能团的引入使氧化石墨烯结构模型难以精确表征。实验中，可以通过傅里叶转换红外光谱、X射线光电子能谱分析、拉曼光谱及核磁共振等技术手段检测氧化石墨烯含有的不同官能团，对其结构进行分析。热重分析等研究显示氧化石墨烯的结构与制备方法以及石墨来源具有一定的相关性。
1.2 分子特性及溶解性
经过氧化处理后，石墨烯片层大范围的芳香共轭结构被破坏，但氧化石墨烯仍然保持了蜂窝状二维晶格的扁平单层碳原子纳米薄片结构，具有特殊的表面性能。氧化石墨烯的机械强度较石墨烯有所降低，杨氏模量约为1100GPa，具有高比表面积(>1000m2/g)，与金属及其氧化物有具有很强的亲和力。
氧化石墨烯的边缘和表面含有大量活性含氧官能团，提供了表面修饰活性位置，使其易于通过静电相互作用、氢键及共价结合，实现生物/化学功能化。同时，氧化石墨烯具有两亲性，其中央片层sp2π-π共轭区域呈疏水性，薄片边缘sp3 含氧官能团区域呈亲水性，可以稳定地分散在水、二甲基甲酰胺(N，N-dimethylformamide，DMF)、四氢呋喃(tetrahydrofuran，THF)及乙二醇(ethyleneglycol，EG)等有机溶剂中。这种sp2/sp3 共存的结构特征，也赋予了氧化石墨烯很强的荧光猝灭能力以及光致发光性能，使其在光学生物传感、药物运输与生物成像领域受到了广泛关注。
1.3 生物安全性
由于氧化石墨烯在合成过程中和在生物缓冲液环境中具有高化学活性和可变性，氧化石墨烯的来源、合成方法不同，会导致其结构、形态、化学成分的差异，进而影响其细胞毒性。Dziewięcka等评估了4种不同氧化石墨烯的短期体内毒性，研究发现氧化石墨烯薄片的大小、聚集电位、悬浮液的稳定性、氧化程度或表面缺陷的数量会诱导不同的氧化应激水平、细胞凋亡程度和DNA损伤。
Abdelhalim 等研究发现富含含氧基团的氧化石墨烯具有更好的抗氧化活性和生物相容性，以及更低的细胞毒性和遗传毒性。Chng等研究发现相同浓度时，氧化石墨烯纳米带毒性明显高于氧化石墨烯纳米片。另外，使用各种无毒聚合物对氧化石墨烯进行修饰，可以提高其生物相容性。Chen等用三嵌段共聚物对氧化石墨烯进行了化学修饰，使其对疏水药物具有很高的承载能力，并提高了抗菌活性及生物相容性。
2. 氧化石墨烯改善牙本质粘接剂的效果及机制
2.1 抗菌作用
继发性龋齿是导致复合树脂修复失败的主要原因。复合树脂在固化时，出现体积收缩，可造成洞壁与充填材料之间出现微渗漏。牙本质粘接界面处无法形成长期有效的边缘封闭，细菌进入后引起继发龋，最终导致粘接失败。研究表明，氧化石墨烯具有抗菌和抗生物膜特性，可以降低继发性龋发生的风险，增强粘接强度。氧化石墨烯有3种不同的抗菌机制，包括物理损伤、细菌捕获包覆和氧化应激。氧化石墨烯的二维片状纳米结构具有锋利的刀状边缘，与细胞接触时，使细胞膜结构遭受物理破坏，导致细胞内容物泄漏，最终使细胞失活。并且，氧化石墨烯能够对诱捕的细菌进行物理包裹，将细菌与周围环境隔离，减少细菌对液体及营养物质的吸收，从而影响细胞代谢，阻止细胞增殖，使细胞凋亡。
此外，氧化石墨烯结构上具有含氧基团，在水的作用下可诱导氧化应激反应，使细胞产生活性氧(reactive oxygen species，ROS)，导致细胞内蛋白质失活、脂质过氧化，影响线粒体功能，干扰细胞代谢，与细胞膜发生氧化反应，崩解细胞膜，导致细胞失活。Zhao等制备了含有不同含氧官能团的氧化石墨烯纳米片的水溶液，进行抗菌性能检测，结果表明，氧化石墨烯对浮游和生物膜形式的变形链球菌均具有较强的抑菌活性，且呈浓度依赖性。
在其他研究中发现，氨基功能化氧化石墨烯、氧化石墨烯-铜纳米复合材料、氧化石墨烯-肌肽和氧化石墨烯-羟基磷灰石均能显著降低变形链球菌的存活率，达到防龋的目的。Arslan等评估了绿色化学合成方法合成的银纳米氧化石墨烯纳米复合材料改性的牙本质粘接剂的抗菌活性和牙本质粘接强度，与对照组相比，实验组粘接剂在提供更高的抗菌活性的同时，并没有降低微拉伸强度，延长了修复寿命。
2.2 促进再矿化
牙本质由70% 羟基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)、20% Ⅰ 型胶原蛋白和10%水组成，龋病或临床酸蚀操作会导致牙本质脱矿。氧化石墨烯具有亲水性，可以吸引钙离子，促进HAP的生长，形成一层均匀致密的羟基磷灰石/氧化石墨烯涂层，并形成更多的的片状钙磷酸盐晶体，促进牙本质粘接界面的再矿化。Nizami等发现，功能化氧化石墨烯(functionalized graphene oxide，F-GO)纳米复合材料涂层的牙本质切片出现再矿化，几乎完全密封牙本质小管，而未处理的牙本质切片显示更多开放的牙本质小管。
拉曼光谱分析证实了氧化石墨烯层形成于牙本质表面和牙本质小管口，通过覆盖牙本质表面，特别是牙本质小管口，防止牙本质脱矿。Khosalim等的研究结果进一步证明了氧化石墨烯能够促进HAP晶体的生长，并且借助电泳系统可以加速这一过程，缩短了再矿化时间，提高了安全性，使其具有临床应用潜力。此外，氧化石墨烯量子点与介孔生物活性玻璃结合，具有良好的牙本质密封性和快速矿化性能。它们促进了HAP的形成，而不干扰钙、硅和磷酸盐离子的释放。
2.3 与牙本质胶原纤维相互作用
牙本质粘接界面混合层的稳定是保证牙本质粘接耐久性的关键，裸露的牙本质胶原纤维在水存在的情况下，会被牙本质中的内源性蛋白酶，包括基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)和半胱氨酸组织蛋白酶(cysteine cathepsins，CC)水解。Chen等研究发现氧化石墨烯量子点(graphene quantum dots，GQDs)能够通过氢键，静电吸附力等非共价作用力与牙本质胶原相互作用，GQDs联合碳二亚胺(carbodiimide，EDC)能够提高胶原纤维抵抗酶解的能力，抑制MMPs的原位活性，作为酸蚀冲洗粘接体系中的预处理剂时，可提高冷热循环后的粘接强度，维持老化后混合层的完整性。
Kim 等证明与纳米氧化石墨烯交联的支架通过直接抑制MMPs活性，提高了对酶解的抵抗力。Almutairi等和Alsunbul等的研究中，均在扫描电子显微镜下观察到氧化石墨烯改性的粘接剂能够在牙本质粘接界面处形成良好的混合层和较长且密集的树脂突，表明粘接剂与牙本质具有良好的相互作用，提高了粘接界面的质量。
3. 总结和展望
综上，氧化石墨烯在牙本质粘接修复中具有广阔的应用前景，它具有抗菌作用，可抑制粘接界面处的细菌生长，减少继发龋，降低粘接修复失败的风险。并且，氧化石墨烯可以促进粘接剂-牙本质界面处再矿化，影响树脂突的形成，优化混合层质量，提高牙本质粘接的稳定性和耐久性。氧化石墨烯颗粒的片状结构还可以增强材料的强度。在实验研究中，氧化石墨烯及其复合物不仅可以作为底涂剂，与不同种类粘接系统配合进行牙本质粘接，也可以直接作为粘接剂成分使用，不增加操作步骤，降低技术敏感性，缩短椅旁操作时间。
在临床应用中，氧化石墨烯改善牙本质粘接的效果受其合成方式、牙本质粘接系统、处理时间等多种因素影响。在未来的研究中，还应进一步探索不同因素对其作用效果的影响。另外，氧化石墨烯与口腔内组织的相互作用是一种长期、微量、慢性的过程，仍需进一步进行口内细胞毒性实验及体内实验确保良好的生物安全性，科学指导氧化石墨烯材料在改性口腔粘接材料领域的安全应用。
