这几年随着现在我国的全方面的发展，也让各行业的发展更加的迅速，而口腔医学就是其中之一，经过一代又一代口腔工作者的薪火相传不懈努力，中国口腔医学的发展已经和发达国家的水平不相上下，有很多技术甚至已经走到了国际前沿。本文就针对口腔医学来和大家详细的讲解一下。
第1篇：浅析国内外口腔医学教育现状
王禹弘，赵青(四川大学华西口腔医院正畸科/四川大学口腔疾病研究国家重点实验室，成都610041)
我国口腔医学教育由国外传入，很长一段时间的教育改革多为模仿、追随，其中一些学习取得成效，另一些学习效果也不佳，这证明一味效仿并非成功的捷径。经过近100年的发展和变革，国内口腔医学教育现状相对符合国情。作者近几年陆续拜访了香港大学牙学院、宾夕法尼亚大学牙学院等一些知名牙学院，在国内也从事口腔医学教育，对国内外口腔医学教育的差异、各自的优劣有所感触，本文将就此浅谈。
1入学、学制与学位
在中国，高中毕业生通过高考的筛选进入口腔医学院开始本科学习。在美国，学生在申请牙学院前，需要先完成3～4年本科教育，申请者参加牙科入学测试(DAT)和面试，牙学院根据这两项及学生的推荐信和平均绩点(GPA)决定录取人选；在英国，申请人需要参加英国临床能力倾向测验(UKCAT)，并且也需要经过面试。这些招录程序与国内考取研究生的过程相似，对学生的考评相对全面一些。
国内五年制、七年制、八年制的口腔医学生在前面4～5年接受相同的本科阶段教育，所有课程合格获得口腔医学学士学位(BDS)；本科毕业1年后才可以报名参加执业医师资格考试。七年制在最后2年完成硕士阶段的学习，八年制在最后3年完成硕博士阶段的学习，毕业时分别获得口腔医学硕士(SMM)与口腔医学博士(SMD)专业学位；五年制学生毕业时可继续攻读3年硕士学位，七年制与硕士研究生毕业后也可以继续攻读3年博士学位，或者在硕士阶段选择5年硕博连读，完成深造。目前，随着住院医师规范化培训(以下简称规培)的实施，上述繁杂的学制体系已被“5+3”的主流模式取代。
英国伦敦国王学院牙学院和香港大学牙学院的本科教育分别为5年和6年，学生毕业时均获得BDS学位；在英国，获得学位后需通过执照考试，才可在牙科协会(GDC)注册和行医，而香港与其他国家和地区不一样，学生获得BDS学位后不需再另行考试即可行医，也可以申请继续攻读硕士；在美国，口腔医学生在牙学院学习时间为2～4年，毕业时均获得牙科博士学位(DDS)，但需要通过nationalboarddentalexamination(NBDE)考试才可以申请行医执照。由于中国沿用了前苏联的模式，因此口腔医学使用“stomatology”一词，然而，除了表面上拼写不同之外，中国的SMD在本质上与美国的DDS或美国医学博士(PhD)也无明确对应：中国的SMD需要掌握熟练的临床技能(达到DDS水准)，同时科研能力也有一定的要求(与PhD培养相似)。现在国内正在逐渐划清科学学位与专业学位的界限，前者主要注重科研能力的培养，毕业后可进入实验室、研究所等单位进行研究工作，后者侧重于临床实践的锻炼，毕业后从事口腔临床工作。
2毕业后教育：住院医师规培与专科医师规培
住院医师规培是毕业后教育的重要部分，对医学生职业生涯的发展有一定影响[1]。规培帮助学生完成从理论知识到临床实际操作的过渡，规范行医标准，这对于提高中国现有口腔医疗质量是十分必要和有力的措施。2015年规培在各省市全面启动，预计至2020年，完成规培将成为进入医疗岗位的硬性要求[2]。医学生学习年限长，加上33个月的规培，时间投入大，回报晚，若非政策要求，许多学生并不愿意参加规培，因此如何提高医学生参加培训的积极性值得思考。目前，2015级及以后的口腔医学硕士研究生在攻读硕士学位的同时参加规培，即并轨规培。这样的安排可以为学生节省时间成本，但是这3年较为辛苦，也需要院校更科学的管理和学生更高的自律性，保证在上课、规培、实验及跟师学习之间取得平衡[3]。
据调查，发达国家的人口与牙医比例约为1500∶1左右，其中实施了专科医师制度的国家中，专科医师占口腔医生比例为10%～17%，香港的人口与注册牙医比例约为3039∶1，其中专科医师占比约10%[4]；然而在中国大陆地区，即使是一线城市，牙医与人口比例也高达5201∶1[5]，专科医师的培训时间为2～4年，具体培训、考核方式尚在试点摸索之中[6]。在美国，纽约和特拉华州规定口腔医学生在完成DDS课程后必须参与至少1年的住院医师培训以规范临床操作、保证医疗质量，并将此列为获得执医资格的必要条件之一，而其他地区并未强制执行，学生可自由选择是否参加[7]。经美国牙科医师协会(ADA)认证的口腔专科共有9个[8]，这需要2～3年的专科培训。20多年前，英国开始实施牙科基础培训(dentalfoundationtrainingprogram)，帮助牙科医生完成从毕业到执业的顺利过渡[9]；在英国，有13个牙科专科，申请人培训3～6年以取得专科医师证书(CCST)[10]。另外，欧洲多国相互承认其他国家的牙科教育并通过继续专业教育(continuingprofessionaldevelopment，CPD)统一各国牙医水平及保证牙科医疗质量，截至2013年，有14个欧洲国家将该教育项目定为必须实施的[11]，可以看出他们对医生水平的重视。在香港，为了解和学习口腔医学知识和技术新进展，口腔医师可以自愿参加3年的CPD；若要成为专科医师，则必须经历3年的基本训练及3年的高级训练，以获得被认证的8个专科资格证之一[12-13]。这些国家和地区的口腔专科医师制度有专门的机构负责，其培训模式及方法比较成熟，但不完全相同，我国在发展口腔专科医师制度的过程中可以参考并结合本国现状。例如，我国人口众多、医患比例失调，许多人的口腔基础治疗尚不能得到保障，更不用说口腔专科治疗，因此，在培养口腔全科及专科医生时，要考虑到其结构比例。
3教师队伍
香港大学牙学院与美国的牙学院会甄选优秀的开业医师做兼职教师，他们和牙学院里的全职教师一起完成教学任务，不仅可以指导学生牙科专业的临床技巧，也可以在医患沟通、开业执业等方面指点迷津，还可以为牙学院节省薪酬开支。但是这样的教师队伍流动性较大。据美国牙科教育协会(ADEA)报道，2013-2014年，有290个全职及555个兼职岗位空缺，较之前增加，尤其是全职岗位，其中一大原因是教师选择开业而放弃教学工作[14]。
中国口腔医学院校的教师通常是本院毕业的医生。近年来，有学者表示担忧：“近亲繁殖”式的循环会导致院校的思维和文化愈发单一，不利于长远发展。可喜的是，国内口腔医学院校对教师发展逐渐重视起来，国际交流较以前增多，一些院校每年邀请国内外学者开展讲座、教学，也会输送人才到其他国家进行访问、交流；通过授课技能培训和比赛，为青年教师提供学习和交流的平台，可促进教学水平的增长[15]。
4教学内容及课程结构
在中国，各口腔医学院校本科期间课程包括公共课程(如英语、政治)、医学基础和临床课程(解剖、大内外科等)及口腔医学课程[16]。学生接触口腔医学专业课程的时间一般在第三四学年、在临床科室中实习的时间大约10个月。英国国王学院牙学院的本科同样是5年，其课程安排也包括基础科学和临床实践，但他们的基础科学主要是与牙科相关的学科。在美国，学生已经先完成了4年的通科教育，因此他们在牙学院期间的时间相对宽裕，可以集中于牙科专业学习。可以看出，在有限的时间里，要兼顾专业知识深度与人文知识广度并非易事。但现代高等教育与传统技术教育的区别之一就在于学生的素质教育，因此，尚需探索更优化的教学内容及课程结构。
另外，在国内，国家及一些院校提供专项资金和平台以培养学生对科学研究的兴趣及创新思维，口腔医学生在本科阶段就可以开展一些简单的科学研究，但是由于大多数学生早已习惯“填鸭式”教育，这种要求学生自学和独立思考的培养方法普遍被学生认为是“揠苗助长”，得到的结果并不尽如人意，还有待改进[17]。
5学习模式与授课方法
目前国外牙学院的教育“以学生为中心”[18]，例如以问题为导向的教学方法(PBL)：不设立教材，由老师提供一个病例或主题，学生分工合作查阅参考书、文献等，整理之后汇报，老师再点评。这可以培养学生的自学能力和团队合作精神，同时学生查阅参考书和文献也是实践循证口腔医学的过程[19]。在国内，本科生、研究生的学习以本专业的经典书本为教材，学生可以对该专业的基础知识、理论有系统性的学习和掌握，但也容易形成定式思维。另外，课堂上“以老师为中心”，学生较为被动。随着教学改革，国内一些院校也尝试了PBL并取得初步成效[20]。但是，PBL的推广还面临着应试教育的巨大阻力，需要教育者们更多的耐力与恒心。
在临床实践中，由于国内患者与医生比例不协调，老师和学生均需要承担较繁重的医疗任务，这样虽然可以帮助学生很快熟悉临床操作，但也容易导致学生成为学技术的学徒而非医学生。相对而言，西方的牙学院更体现教学的职能，对学生的要求主要不在于患者的量而在于治疗质量。国内本科生的实习集中在最后10个月，理论学习与实践容易脱节；实习时间相对较短，有些科室只能走马观花。作者见到美国牙学院的学生临床实习时间多为2年，近年来的课程改革也强调在将理论与实践课程进行整合[21]；英国国王学院牙学院也为学生安排了2年时间进行轮转，并且学生在入学最初几周即可以开始参与对患者的治疗，这与欧洲医学教育中“早期接触临床工作”的理念相吻合[22]，但是这种早期参与临床治疗需要指导老师更细致的督导以保证医疗工作的安全。
值得一提的是，美国和欧洲分别有ADEA与欧洲牙科教育协会(ADEE)负责制定、颁布及更新牙科教育方面的指南或标准，以引导牙科教育的发展。而国内现存的口腔协会及医师协会中尚无分工如此细致、作用如此明确的机构，这方面的学习和借鉴或许可以减少中国口腔医学教育将来发展的弯路。
6总结
国外的口腔医学教育起步较国内早，在最近的几十年的发展里，也不断地进行反思和修正，例如以下问题仍在不断探索之中：口腔医学生在“口腔医学教育”中究竟在学习什么；理论教育与操作培训不可或缺，但如何掌握二者之间的分界和平衡点，避免培养出不懂操作的“书呆子”或不会思考的“匠人”[23-24]；如何保持紧跟科技进步的节奏，与时俱进；能否寻求到更经济高效的教育模式，以适应现在有限的财政预算条件；教师团队的招募、待遇、保留是否有更合适的方式[25-26]，如何保障兼职教师的教学水平和教学质量等。这些也是国内教育同样需要面对的问题。作者体会到，因经济水平、文化背景等方面的不同，西方国家口腔医学教育的模式及方法可以作为我国教育改革的参考，但不能生搬硬套，更切忌崇洋媚外，国内口腔医学教育需要符合我国国情、能满足我国口腔医疗需求的发展计划。根据作者的见闻及比较，不少国内院校在基础设施和硬件设施已经处于领先水平，但软实力尚需发展，例如学生自主学习能力、创新意识等，这需要时间及学生、老师等多方面的共同努力。
第2篇：口腔医学领域的机器人研究及应用现状
吴秦1赵铱民2（1.商丘医学高等专科学校口腔医学系商丘476000；2.空军军医大学口腔医院口腔修复科?军事口腔医学国家重点实验室陕西省口腔医学重点实验室西安710032)
[摘要]医疗机器人在临床医学领域的成功应用，引发了学者们研究应用于口腔医学领域的机器人的热情，把机器人引入口腔医学领域，将突破以往的口腔诊疗模式，促进新一轮口腔诊疗技术的变革。本文就国内外口腔医学领域的机器人研究及应用现状作一综述。
[关键词]口腔医学；机器人；数字医学
近年来随着先进制造技术的发展，医疗三维成像技术的普及以及机器人与生俱来的高精确性、高工作效率、高稳定性[1]等优点，机器人在医疗领域的应用有了长足的进步并得到越来越多的关注。目前，已通过美国食品药品监督管理局（FoodandDrugAdministration，FDA）认证，被批准应用于临床的商业医疗机器人有3种，分别是：伊索（AESOP）机器人系统[2]、宙斯（ZUES）机器人系统[3]和达芬奇（DaVinci）机器人系统[4]，它们可以使手术的定位精度达到亚毫米级，已在消化、泌尿、心胸等外科领域得到广泛应用。当前机器人在口腔医学领域也崭露头角，并取得了初步进展，为未来口腔医学领域机器人的发展奠定了基础。本文就机器人在口腔医学领域的研究及应用现状作一综述。
1口腔修复学领域
精准的牙体预备对口腔修复的远期效果有着重要的影响，但口腔操作空间狭小，人手的颤动以及医生的技术水平限制，往往使得预备后的牙体达不到理想的外形。为了解决这一问题，一些学者[5-6]构建了一种名为LaserBot的微型口内牙体预备机器人，通过机器人精确控制激光进行自动化三维牙体切削。其主要由口内工作端、计算机辅助设计和计算机辅助制造（computeraideddesignandcomputeraidedmanufacturing，CAD/CAM）备牙设计软件、超短脉冲激光器、六自由度导光臂、牙定位器等构成。在离体牙和树脂牙上进行的实验表明：该机器人可代替人工进行自动牙体预备，精度能达到临床要求。
全口义齿制作中的排牙过程需要进行许多精细的调整以获得良好的pagenumber_ebook=125，pagenumber_book=616关系，人工操作起来不免费时、费力，而且最终的效果直接受制于技师的技术水平，义齿排牙机器人为解决这一问题提供了思路。一些学者[7-8]以CRS-450机器人为基础构建的用于全口义齿排牙的单操作机器人系统，可以通过手爪对人工牙进行位置的精细调整，从而实现准确排牙。该系统的排牙软件可3D显示牙弓、pagenumber_ebook=125，pagenumber_book=616曲线和牙列，其中集成的专家排牙经验，可实现自动虚拟预排牙，经医生再调整和修改后将排牙方案传输给机器人，便可开始全口义齿的排牙工作。后期，Zhang等[9]又构建了多操作机排牙机器人，由50个步进电机驱动，并对其相关技术进行了深入研究[10-11]，在其中整合了牙弓曲线发生器[12-13]，从而进一步提高了排牙的精度和效率。
2口腔正畸学领域
精确的弓丝弯制是固定矫治治疗的关键技术[14]，与传统的手工弯制相比，利用机器人的位置精确控制能力弯制弓丝，具有更高的精度和效率[15]。一些学者[16]设计了一种具有两手爪的弓丝弯制机器人，该机器人通过与SureSmile系统配合使用，可以实现精确、自动的弓丝弯制。还有一些学者[17-18]搭建了一套由MotomanUP6机器人、弓丝弯制执行器以及相关控制软件组成的正畸弓丝弯制机器人系统，并对弓丝弯制过程、速度、角度和拐点选择等进行了优化，最终实现了对4种类型正畸弓丝的弯制[19-20]。有学者研制了用于精准、快速弯制正畸弓丝的机器人系统（LAMDA系统），该系统采用龙门式设计结构，其弯制精度和效率较高，设备造价相对较低，但只能弯制平面曲。2013年，蒋济雄[21]构建了以电机的3阶S加减曲线控制方法进行弓丝弯制的机器人，并对弓丝弯制过程中的成形控制点进行了深入研究[22]，其弓丝成形精度为4.6%～10.5%。
3牙体牙髓病学领域
长时间握持牙钻进行口内治疗，不免会因医生疲劳及手部震颤而引起备洞精度下降，甚至引起不必要的损伤。OrtizSimon等[23]研发了一种可以协助医生握持牙钻的机器人，实验证明：其可有效过滤震颤，协助医生精确、平稳地操作牙钻制备龋洞，从而降低医源性伤害。根管治疗时需要种类繁多的器械，这些器械不仅占用操作台面空间，也会降低医生对器械选择的准确性，使治疗时间延长。Nelson等[24]研制了一种器械自动传递机器人，它可执行预先编排的指令，自动选择、传递所需治疗器械，实验表明：这款机器人可减少4.4%的根管治疗时间。
4口腔颌面外科学领域
4.1正颌手术领域
口颌面部解剖结构复杂、美观要求高，因此，在进行正颌整复术时，必须以最小的创伤完成精确的手术操作。Gui等[25]将工业机械臂和手术导航系统进行整合，形成了一种用于正颌截骨术的机器人，其可按手术规划自动完成截骨操作，在模型上进行的LeFortⅠ型截骨术显示：其定位偏差小于2mm，角度偏差小于5°。由于颅颌面骨解剖外形不规则，正颌整复术常需要截取一些特殊形状的骨质，使用机械骨锯很难做到外形既精准又不多截骨。Burgner等[26]搭建了一种以短脉冲CO2激光进行截骨的机器人系统，并在猪下颌骨上成功进行了特定形状的体外截骨术，结果其总体偏差小于0.5mm。
4.2腭裂修复手术领域
近年来，使用机器人进行腭裂修补术得到了一些学者的关注，并取得了初步的研究成果。2016年，Khan等[27]使用DaVinci手术机器人在儿童气道模型上进行了腭裂模拟修复手术后，又在尸体上进行了机器人全程辅助的海因斯咽成形术，结果显示：与传统人工手术相比，经口的机器人腭裂修复术可以在降低对患者的潜在二次伤害的同时，提高手术效率。Nadjmi先在尸体上对使用DaVinci手术机器人进行腭裂修复术的可行性和人机（患者和机器人）最佳手术位姿进行了研究，而后他们使用该机器人完成了10例腭裂修复术的临床应用，术中、术后均未发生并发症，住院日比传统手术平均缩短1.4d，而手术时间平均延长35min。Nadjmi[28]认为：经口机器人腭裂修复手术可减少对腭部肌肉的血管、神经和黏膜的损伤，提高腭裂患者腭部功能以及术后咽鼓管的功能；另外，高分辨率的3D影像可以提供出色的立体深度感知，从而提高手术精度、易化口内缝合、增强手术安全性，相比较传统术式术者的非自然姿式，机器人手术更符合人体工效学。
4.3头颈肿瘤手术领域
在传统头颈肿瘤切除术中，为了视野的需要，往往手术切口较大，这不仅严重影响患者面容，甚至会对其造成心理负担。手术机器人可通过小切口到达体内，切除病灶，从而将对美观的影响降至最小。2011年，Kayhan等[29]进行了DaVinci手术机器人辅助的舌根部腺样囊性癌切除术，术中采用经口入路，避免了传统手术的气管造口、皮肤切口或下颌骨劈开等，缩短了患者术后恢复的时间，极大地减少了对患者面容的影响，提高了其术后生活质量。在切除咽旁间隙肿瘤方面，机器人经口入路手术，可以避免传统颈部入路手术造成的术后颈部瘢痕。因此，近年来DaVinci手术机器人也被较多地应用于咽旁间隙肿瘤的手术治疗中，见于文献的有多形性腺瘤[30]、脂肪瘤[31]和神经鞘瘤[32]等。但是由于机器人缺乏力反馈系统，导致术中很容易造成肿瘤包膜的破裂，因此，必要时还需术者手工钝性剥离[33]。另外，机器人还被应用于颈淋巴结清扫手术，Lee等[34]使用DaVinci机器人进行了10例N0期的口腔鳞状细胞癌的肩胛舌骨上颈淋巴结清扫术，同对照组传统人工术式相比，机器人手术切口较小且隐藏在耳后发际中，因此，其术后美观满意度明显高于传统术式，但平均用时却是后者的2倍，其余在引流管置留时间、住院天数、淋巴结数目分检、并发症等方面两者无明显差别。
4.4口腔种植手术领域
为了进一步提高口腔种植手术的安全性、精准性以及定量研究种植义齿修复的相关力学理论，近年来，机器人也在口腔种植领域有了较多的应用，并取得了一些初步成果，现总结如下。
Boesecke等[35]构建了一种在口腔种植手术中辅助术者进行种植钻孔操作的机器人系统。其机械臂末端的钻孔导向装置可以指导术者快速准确的按术前规划的位点、角度和深度在患者颌骨上预备出种植孔。该系统中还整合有碰撞监测报警单元，以提高手术的安全性。
一些学者[36-37]基于德国St?ubliTec-Systems公司的6自由度RX60机器人构建了一种用于研究种植体植入角度、深度以及种植窝洞尺寸、不同直径种植体，对植入时的扭矩和初期稳定性的影响的口腔种植机器人系统，其由机械臂、角度传感器、扭力/扭矩传感器等组成，可以测量分析种植过程中的力学变化。结果显示：植入角度在60°～70°时，植入扭矩最大；植入扭矩过大，会增加义齿种植失败的概率；种植体植入越深，植入扭矩越大；植入孔直径过大会导致植入扭矩和种植体稳定性降低。
2011年，Sun等[38]采用MELFARV-3S机器人构建了一套图像引导的口腔种植机器人系统。该系统主要包括术前规划软件、机械臂和坐标测量机，术前在患者3D图像上完成手术规划，术中通过坐标测量机以两步坐标配准法达成空间坐标映射转换，最终实现了机器人按规划方案，自动完成植入孔预备。体外实验表明：整个系统的手术误差为（1.42±0.70）mm。
2014年，Syed等[39]构建了一套基于力反馈技术操作的口腔种植机器人系统，该系统包括手术方案规划软件、Omaga6型力反馈仪、手术机器人和红外光学导航仪。完成术前准备，建立空间映射及力反馈装置和机器人的关联后，便可通过力反馈仪来遥控操作机械手进行手术操作。
2016年，赵铱民教授的团队[40-41]从临床应用出发，以丹麦UR型机器人为平台，开发了一套高度自动化的口腔种植机器人系统。该系统由手术方案规划系统、机械臂、应力传感器、末端手术执行器、可见光导航系统等组成。目前，已完成了原型机的制作，并开展了体外实验，结果显示：用其制备的种植孔肩部偏差为±0.6mm，顶部偏差为±1mm，角度偏差为±2°，可满足临床需求。
5小结和展望
医疗机器人具有操作精确、稳定性高以及智能化、标准化等优点，将其引入口腔医学领域，势必会促使现代口腔诊疗活动向着精准化、定量化、高效化的方向发展，因此，口腔医学机器人已成为医疗机器人领域的研究热点。除上文所述外，见于文献的还有分析咀嚼运动中牙齿受力机器人[42]、口腔教学机器人[43]以及模拟下颌运动机器人[44]等，可见口腔医学领域的机器人研究已经取得了较大的进展，但是还不够完善，主要表现有：1）其智能化水平普遍不高，尤其是口腔诊疗类机器人只是辅助医生进行操作，而无法彻底将医生从繁重的临床工作中解放出来；2）其功能单一，只能进行某一方面或某一步骤的操作，无法应对复杂多变的口腔疾病；3）其结构复杂，体积较大，人机交互性能不甚友好。但随着人工智能技术、纳米机器人技术[45-46]和机器人控制理论的不断发展完善，未来这些问题将会迎刃而解，从而使机器人在口腔医学领域得到更为广泛的应用，为口腔医学新一轮的技术变革增添活力。
第3篇：石英晶体微天平在口腔医学研究中的应用
黄明娣，滕伟：中山大学光华口腔医学院?附属口腔医院口腔修复科?广东省口腔医学重点实验室广州510055
[摘要]石英晶体微天平（QCM）是一种高精度、实时测量的传感器，利用压电效应的原理检测痕量的变化。由于它能够检测到纳克级的质量变化，目前在分子生物学、疾病诊断和治疗、药物分析、有机化学、环境污染监测、食品卫生监督等领域得到了广泛的应用。本文主要阐述了QCM的工作原理以及其在口腔医学研究中的应用进展，包括QCM在聚电解质膜及涂层改性、蛋白吸附、种植体抗菌性、唾液、牙菌斑形成等方面的研究应用。
[关键词]石英晶体微天平；界面；质量
1959年Sauerbrey发现石英谐振频率的移动与增加的质量呈正比[1]，由此引出了石英晶体微天平（quartzcrystalmicrobalance，QCM）技术。QCM利用压电效应转化为电极的振动频率变化，从而推导出被分析物质的质量变化。它具有快速、实时监控、痕量分析的特点，可以用于气体、液体的成分分析，以及微质量的监测、薄膜厚度的检测等。近年来QCM在医学研究领域受到越来越多的关注。本文将阐述QCM的检测原理，并且总结它在口腔医学研究中的应用进展。
1QCM的组成结构、原理、特点以及在生物医学中的运用
QCM主要由以下4个部分组成：石英晶体传感器、振荡电路、频率计数器和数据处理器。
QCM应用了压电效应的原理进行测量。交变电压施加于两侧的金属电极，从而产生机械振荡，当交变电压的频率与石英晶体的固有频率相同时，形成压电谐振。当一定质量的物质沉积在石英晶体表面，晶体振荡的频率就会发生相应的变化[2]。
其振荡的谐振频率和表面负载质量变化之间的关系可用Sauerbrey[1]方程表示：pagenumber_ebook=121，pagenumber_book=735（ΔF为石英晶体吸附外来物质后振荡频率的变化；K为常数；A为被吸附物所覆盖的面积，m2；F0压电晶体的基本频率，MHz；ΔM为被吸附物质的质量，g），ΔF和ΔM呈反比线性关系。该方程只适用于气相反应环境中。在液相环境中的黏弹性、密度和界面效应会影响ΔF和ΔM之间的关系。因此，1985年Kanazawa等[3]通过建立模型的方法提出了石英晶体在液相中的振动频率方程：Δf=f3/2（ρη/πρqηq）1/2，其中，ρ为溶液的密度；η为溶液的黏度；ρq为纯水的密度；ηq为纯水的黏度。
第二代耗散型石英晶体微天平（quartzcrystalmicrobalancewithdissipation，QCM-D）不仅能提供频率变化ΔF，还能展现耗散变化ΔD，目前已经成为蛋白质吸附的主要研究方法[4]。
QCM的特点：1）能实时记录材料表面质量的痕量变化；2）响应迅速，特异性好、灵敏度高；3）晶片可清洗重复利用，使用成本低；4）样品无需特殊标记；5）操作简便。
在生物医学方面，研究者在QCM电极上修饰具有特异性选择功能的生物活性膜，以其为压电生物传感器，具有特异性好、灵敏度高的优点，目前广泛应用于抗原、抗体、微生物、核酸、酶、细胞等方面的检测。应用最广的一类是基于抗原与抗体特异性识别和结合的免疫传感器原理，如病毒抗体的检测[5]。另一类是基于核苷酸的杂交反应原理，如应用于检测基因突变，如果目标基因存在错配碱基对，就能发生亲和结合反应，复合物发生沉积引起电极振动导致频率下降[6]。
2QCM在口腔医学研究中的应用
2.1QCM在聚电解质膜及涂层改性中的应用
种植体表面改性方法主要包括：物理改性、化学改性和生物化学改性。生物活性分子固定化方法包括直接物理吸附、化学键结合、层层自组装技术等[7]。层层自组装技术基于静电相吸原理，聚电解质阴阳离子间相互作用，交替沉积形成的多层膜称聚电解质多层膜（polyelectrolytemultilayerfilms，PEM）。有学者[8-9]通过QCM探索脂多糖胺纳米囊泡与透明质酸的层层自组装行为后发现，聚电解质膜的厚度以指数形式增长，并阐述了膜质量和厚度变化的规律，为PEM运用于钛表面改性的研究提供了理论基础。
Geiβler等[10]使用QCM-D实时跟踪钛表面多酚单宁酸和简单的酚类化合物涂层沉积动力学，结果发现，聚多巴胺涂层是生物材料和医疗器械表面改性的重要基础，但该涂层的沉积动力学未得到很好的阐述。Zhou等[11]通过QCM传感系统深入研究多巴胺自聚的动力学，该方法显示出了聚多巴胺薄膜在改性生物材料表面快速沉积的优势。
2.2QCM在蛋白吸附检测中的应用
蛋白质与界面的相互作用一直以来都是生物材料学的基本问题，随着生物传感器、生物芯片和医用植入材料的快速发展，对蛋白吸附的研究具有非常重要的意义。QCM通过免疫反应的原理检测蛋白吸附，抗原被固定于石英电极上，与待测液体中的抗体特异性结合，形成的复合物沉积引起晶体振动频率的下降。它不仅可以检测到纳克数量级的质量变化，而且还可以实时动态地监测蛋白吸附的整个过程，包括吸附蛋白的质量、吸附层的厚度和黏弹性等的变化。1972年当Shons等[12]首次报道将牛血清白蛋白（bovineserumalbumin，BSA）固定于晶体表面用于BSA抗体的检测后，QCM逐步应用于免疫球蛋白、纤连蛋白、血纤蛋白原等的检测。
口腔医学研究中对蛋白吸附的研究主要集中在以下几个方面：吸附蛋白质的种类和数量，蛋白质在材料表面的宏观动力学，在不同材料表面和溶液的不同条件下（如蛋白质浓度、温度、pH等）的吸附性能，蛋白质相互竞争吸附的研究，蛋白质吸附与解吸附的研究。秦泽曼和滕伟[13]采用QCM-D检测技术，研究紫外线光功能化前后钛表面蛋白吸附质量、吸附动力学、吸附层结构的改变，结果证实，钛表面光功能化后亲水性提高，并且随时间延长亲水性逐渐下降；光功能化可以促进钛表面蛋白质的吸附量，并且能提高BSA的竞争力。Kokubu等[14]采用QCM-D检测钛表面成纤维细胞生长因子固定化膜的重量约为22.6ng·cm-2，证实成纤维细胞生长因子固定化能影响牙周膜细胞的增殖，并促进胶原和血管的生成。通过QCM技术可获得蛋白吸附质量以及蛋白吸附动力学的高精度的数据，结合原子力显微镜（atomicforcemicroscope，AFM）得到蛋白构相改变的结果，它将成为定量检测材料表面蛋白质吸附研究的热点。
2.3QCM在种植体抗菌性能研究的应用
细菌黏附和生物膜的形成是种植体相关感染的来源，是导致种植体植入失败的主要原因，具有黏着和抗菌模式的嵌合肽是抑制钛表面生物膜形成的、具有良好前景的替代品。在Liu等[15]的研究中，嵌合肽通过连接抗菌模式（JH8194）和黏着基序（minTBP-1），直接或通过柔性/刚性连接至改性的钛表面上，该研究中使用QCM技术评估肽黏着行为，结合AFM技术研究此类肽对格氏链球菌和血链球菌在改性钛表面的的生物活性，发现刚性连接的嵌合肽表现出比与柔性连接的肽更有效的抗菌能力，这种嵌合肽的设计能抑制钛表面生物膜的形成，并可能防止种植体周围炎产生。有学者[16]利用QCM-D技术研究预防钛表面生物膜形成，评估与钛结合的抗菌肽所组成的共轭分子对钛表面改性后对牙龈卟啉单胞菌生物活性的影响。QCM-D的分析结果表明，对比于仅有抗菌肽的组别，共轭修饰后的抗菌肽与钛特异性结合组能吸附更多的抗菌肽，在钛表面上能减少生物膜形成，与钛结合的抗菌肽所组成的共轭分子对钛表面改性是十分具有前景的方法。
2.4QCM在唾液研究中的应用
QCM在唾液的研究方面也有广泛深入的应用。学者们[17-20]常常将QCM与其他技术相结合，如QCM结合双偏振干涉（doublepolarizationinterference，DPΙ）、椭偏仪和AFM等，研究固体表面的唾液薄膜的形成过程以及唾液物理结构的变化（表面质量、密度、厚度和弹性），实时量化其吸附与解吸附的过程。在研究巯基蛋白酶降解唾液获得性膜、菌斑和蛋白色渍的清除效率时，学者[21]在QCM-D上建立了蛋白质/色素复合膜模型，首次实现了原位、动态和实时地监控巯基蛋白酶对去磷酸化牛β-酪蛋白和茶黄素（dephosphorylatedbovineβ-casein/theaflavin，Dβ-CN/TF）复合膜的水解过程，发现无花果蛋白酶水解效率最高。另外也有研究[22]通过QCM检测系统证实，木瓜蛋白酶水解复合膜的效率具有离子强度、pH值和温度依赖性。
为研究唾液蛋白吸附情况，Yoshida和Hayakawa[23]采用QCM技术研究唾液蛋白在金、二氧化硅和钛表面吸附行为的差异，发现二氧化硅对乳铁蛋白的吸附量明显低于黄金和钛，并且金吸附黏蛋白的量最多。此外，利用QCM探索表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechingallate，EGCG）引起口腔收敛性感觉的分子机制，通过QCM-D测量EGCG吸附于全唾液和腮腺唾液表面的质量、厚度、黏弹性变化，发现EGCG吸附的驱动力来源于疏水反应，而且全唾液中和茶多酚的作用比腮腺唾液更强，此研究[24]为揭示口腔收敛性感觉的原因提供了有力的证据。
2.5QCM在牙菌斑研究中的应用
获得性薄膜在牙菌斑的黏附和分离方面起着至关重要的作用。二氧化钛生物材料通过光催化作用能分解单一种类的蛋白质薄膜，对于多种蛋白混杂、结构复杂的薄膜，光催化作用的分解效果并未证实，而Rupp等[25]使用QCM-D探索锐钛矿——唾液界面上人源薄膜的实时形成和光催化分解过程，发现改性材料表面多晶型的光催化活性能分解结构复杂的高分子薄膜，并且揭示表面改性支持生物膜去除的方法。已有文献[26]证实，人类抗菌肽LL-37通过脂磷壁酸（lipoteichoicacid，LTA）的相互作用，表现出对变异链球菌生物膜形成的抑制作用，而非抗菌或生物膜的扩散能力。乳铁蛋白是唾液中的抗菌蛋白，也是抗细菌生物膜发展的一个重要的防御因子，Yoshida和Hayakawa[27]采用QCM研究乳铁蛋白在钛、氧化锆、聚甲基丙烯酸甲酯不同牙科材料表面的吸附与解吸附行为，发现乳铁蛋白与氧化锆、聚甲基丙烯酸甲酯之间的疏水作用，会使乳铁蛋白更好地结合至氧化锆和聚甲基丙烯酸甲酯表面，这提示乳铁蛋白吸附行为是由材料表面特性所影响。
2.6QCM在口腔医学其他方面的应用进展
Westas等[28]首次使用QCM-D研究人牙龈成纤维细胞在钛和纳米羟磷灰石表面实时黏附的情况，发现细胞覆盖水平能影响细胞附着和伸展行为，但细胞在钛和纳米结构羟磷灰石表面的反应并无差异。Connelly等[29]使用QCM构建釉质矿化模型——釉原蛋白吸附于羟磷灰石表面，探索釉原蛋白质磷酸化和溶液pH值影响。Cecchinato等[30]运用QCM-D研究二氧化钛介孔薄膜上镁的吸附和释放，发现从7nm的介孔薄膜局部释放较多的镁，可以明显促使骨形态发生蛋白的产生。Lima等[31]利用QCM和光声光谱法（photoacousticspectroscopy，PAS）实时监控光固化树脂的聚合反应动力学。为检测人类诱导多能干细胞自我更新和分化过程中的端粒酶活性，Zhou等[32]开发了1种基于QCM的端粒伸长率测定的新方法。Elsom等[33]将人的口腔上皮细胞（H376）培养在石英传感器上，并且通过QCM检测上皮细胞对原位微球的反应。
3QCM技术展望
近年来，由于口腔医学的发展，对物质进行快速、实时、痕量的分析和监测要求越来越高，QCM技术还需不断完善，如何实现QCM与核酸分子杂交、与纳米技术相结合的研究，如何提高QCM的灵敏度，以及如何设计出更具选择性的新型探针。当然，QCM技术仍存在某些不足，除了电极质量变化能引起频率变化，温度及气压等因素也能影响频率的变化，如何降低QCM输出受环境因素影响的程度或不受环境影响，仍是当前需要解决的一个问题。相信随着QCM技术日渐成熟，其将会更加广泛地应用于口腔医学研究领域。
第4篇：微重力环境下的航天口腔医学研究新进展
陈婧；程兴群；徐欣；周学东；李雨庆
口腔疾病研究国家重点实验室华西口腔医院（四川大学），成都610041
［摘要］航天口腔医学作为口腔医学与航天医学的交叉学科，主要着眼于太空特殊环境中人类口腔相关疾病的研究。随着载人航天技术的发展步入新纪元，航天口腔医学也受到人们日益广泛的关注。本文回顾了航天口腔医学的研究历史，总结了微重力环境对颅颌面骨、牙源性干细胞、口腔微生物的影响，并对航天口腔医学的发展前景进行了展望。
［关键词］口腔医学；航天医学；失重
随着载人航天技术的不断发展，人类面临着能否适应太空环境的巨大挑战［1］，随着空间站的建立，站内航天员长期面对着微重力、太空辐射以及密闭环境等一系列综合因素的影响［2］。如要在2030年实现火星计划，宇航员需经历至少36个月的太空飞行时间，面对日益延长的太空暴露时间需做好各种准备，以应对太空环境中各种可能疾病的发生。美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA）提出了载人航天“人系统风险”，在人体健康和对抗措施方面包括：骨质丢失、心血管病变、环境卫生、免疫和感染、肌肉萎缩、感觉-运动适应及营养问题［3］。先前报道显示，包括牙周炎、龋病、口腔及牙组织的麻木疼痛、唾液腺导管结石及口腔癌在内的口腔疾病在微重力环境下更易发生［4-6］。这些疾病包含于“人系统风险”人体健康的所有7类问题之中。更有研究显示，日益延长的太空环境暴露将增加宇航员罹患口腔疾病的风险［7］。
本文通过回顾航天口腔医学的研究历史以及该领域的相关最新研究进展，对这个起源于传统口腔医学又具有自身鲜明特点的新兴边缘交叉学科进行简要介绍。
1航天口腔医学的研究历史
航天口腔医学随着载人航天技术的诞生而诞生。第一部航天口腔医学指南于1957年由美国空军总务处编写出版。1962年，Mattoni和Sullivan发表的《宇航飞行任务中的清洁与个人卫生》表明，在载人航天起步之时，宇航员的口腔卫生情况就受到了重视。飞行员成为候选宇航员需要通过严格的牙科检查。由于当时的飞行时间较短，滞留食物残渣等刺激牙周造成的急性牙周炎被认为是最可能发生的疾病，而龋病这种慢性感染性疾病则被认为是发生可能性极小的疾病。基于以上考虑并结合太空的特殊环境，口腔清洁用具（牙刷、无毒害可食用的牙膏以及便携式饮水机）被用于清除口腔内及牙齿表面的食物残渣，以预防牙周疾病的发生，而龋病主要通过饮食控制来加以预防［8］。1967年，航天飞行任务携带的牙科医药箱被研发［9］，用以临时处理飞行任务中的紧急情况。进入20世纪70年代，随着载人航天环境模拟技术的发展以及天空实验室计划（SkylabMission）的开展，一系列的研究显示太空以及模拟太空环境可以导致口腔内特异性厌氧菌及链球菌的数量增加，蛋白总量增加，唾液流速加快，牙结石牙龈感染增加，分泌型免疫球蛋白A、溶菌酶以及钠、镁离子含量降低［10-13］。然而，这些口腔内改变被认为是很微小的［13］或主要与宇航员飞行任务之前的口腔状况相关［12］。随着和平号空间站的成功发射，宇航员开始在太空环境中长时期停留，航天口腔医学也随之进一步的发展。学者［14-15］研究发现，长期太空飞行会增加龋病的发病率。根据以上研究结果，Malamuzh等［15-16］对长期太空任务及相关实验的候选人的健康检查条目进行了相应的调整。2006年，Haigneré等［17］第一次评估了种植体对于太空微重力环境的适应性，其结果显示在微重力环境暴露6个月后种植体功能正常，种植体周围骨量保持稳定。迄今为止，对于宇航员口腔相关疾病的预防及治疗仍仅仅依靠对候选人进行严苛的口腔检查以及飞行任务中宇航员利用牙科医药箱中的器械进行临时处理［6，18］。表1为既往飞行任务中出现的口腔疾病以及相关治疗情况。此外，执行飞行任务的宇航员还曾回忆过由于发射颠簸造成的填充材料以及牙冠脱落的口腔事件［18］。一些轶事资料也记载过宇航员在飞行过程中曾经历牙痛。
2微重力环境下的航天口腔医学研究新进展
近十年来，随着人们对于航天医学的日益关注，越来越多的研究投入到了航天口腔医学领域。更多的模拟实验证实微重力环境会带来牙周氧化应激增加［22］、可逆性牙痛、味觉改变及口腔干燥等问题［23］，在模拟火星任务中，颞下颌关节紊乱发生率也有所提升［24］。此外，随着模拟微重力技术的不断成熟，细胞分子水平的研究也不断开展。
2.1微重力环境对颅颌面骨的影响
早在载人航天兴起之时，科学家就意识到微重力环境下重力负载的缺失以及液体流动方向的改变可能会引起生物体内骨量的丢失，这种丢失主要表现于承重骨，如腰椎骨、股骨、胫骨等［25-26］。对于颅颌面骨等非承重骨在微重力环境下的改变却鲜有研究。Rai等［27］通过头低位卧床模拟微重力环境条件下10对男女的颌骨以及牙槽骨研究发现，在微重力条件刺激下人类的颌骨及牙槽骨也出现了类似于承重骨样的骨量丢失，同时代表骨重建活跃的标志物（诸如钙离子、组织蛋白酶等）的水平在唾液及血清内的水平均出现了明显升高。郭芮等［28］通过尾吊模拟微重力环境下对大鼠进行的研究则显示，悬尾组大鼠在腰椎骨及股骨出现骨质疏松的情况下，下颌骨未出现明显的变化，仅磨牙区出现骨增生线排列紊乱，骨重建增多。就颅骨而言，头低位卧床模拟微重力环境条件下骨密度出现了增高。一项于真实太空飞行下进行的动物实验研究显示，小鼠颅骨骨体积、皮质骨的厚度显著升高，骨密度没有变化［29］。
目前学者［30］普遍认为微重力对于非承重骨的影响主要表现在以下两个方面：1）微重力环境会导致体内血流重新分布，导致非承重骨获得比正常条件下更多的血液供应，从而加速局部骨代谢过程；2）微重力环境可以影响骨髓基质干细胞的分化，使得成脂向分化、破骨向分化增强，而成骨向分化受到抑制。关于微重力对于非承重骨影响的研究较少且没有定论，具体分子机制尚不清楚，有待进一步研究。
2.2微重力环境对牙源性干细胞的影响
牙源性干细胞作为一种重要的成体干细胞，具有更新能力强、多向分化潜能大、自体移植免疫排异反应小、易于获得、不存在伦理争议等优点。探索微重力环境下牙源性干细胞的改变不仅有利于维持宇航员的口腔健康，更可以进一步了解微重力对细胞生物学性状以及干细胞分化潜能等的影响，从而为临床研究牙体及牙周组织再生等科学问题提供新思路。
牙周膜干细胞具有不定向分化潜能，在不同生长因子诱导条件下可向成骨细胞、成牙骨质细胞、脂肪细胞等分化，可形成牙周膜、牙槽骨、牙骨质，是牙周组织再生的重要基础［31］。早期研究认为微重力环境下牙周膜细胞成骨分化能力减弱，细胞滞留于成骨祖细胞阶段［32］。Li等［33］通过采用NASA研制的旋转培养系统（rotarycellculturesystem，RCCS）模拟微重力环境研究发现，牙周膜干细胞形态改变，增殖能力显著提高，成骨分化能力增强。细胞形态方面，细胞呈球形，贴附于微载体表面并伸出伪足，细胞间接触紧密，细胞呈现合成分泌旺盛类型，胞外基质丰富，微丝结构紊乱，微观结构模糊；增殖能力方面，微重力环境下，细胞数量增加，5-溴脱氧尿嘧啶核苷阳性细胞数目的比例提高，大量细胞进入分裂相；成骨分化能力方面，成牙骨质及成骨标志物碱性磷酸酶（alkalinephosphatase，ALP）、细胞Ⅰ型胶原（collagen1，COL1）、骨钙素（osteocalcin，OCN）的mRNA表达增加，ALP、COL1的蛋白表达明显升高，基质矿化能力显著增强。其他学者［34-35］的研究也发现，在成骨诱导条件下，牙周膜细胞在RCCS模拟微重力环境下成骨分化能力较普通二维培养及静止状态下聚乳酸-羟基乙酸共聚［poly（lactic-co-glycolicacid），PLGA］支架培养条件下有显著提高。
牙髓干细胞作为另一种受到广泛关注的牙源性干细胞，在牙髓组织再生、牙体组织修复、牙再生以及骨的修复重建等方面具有广阔的应用前景［36-38］。然而，其尚存在着特异性标志不明确、数量少、体外培养扩增难度大、周期长等问题。在太空微重力环境下的相关研究显示，人牙髓干细胞对于微重力环境刺激敏感，微丝解聚，细胞骨架出现弥散性变化［39］。在RCCS模拟微重力环境下，细胞伪足变少或消失，细胞外形变圆，迁徙能力下降［40］。另外，RCCS模拟微重力环境可减少重力对于细胞黏附的影响，使得人牙髓干细胞能更好地黏附于PLGA支架，有利于形成良好的“细胞-支架”复合物［41］。
现阶段，人们对于微重力条件下牙源性干细胞形态及功能改变的相关研究较少。细胞骨架作为感受重力信号的主要细胞器，在微重力环境下出现的改变与其他来源干细胞相似，但其分子机制尚不明确。微重力对于牙源性干细胞分化的影响尚无定论，有待进一步深入研究。
2.3微重力环境对口腔微生物的影响
太空飞行可以影响微生物的细胞生长和基因表达，且不同微生物对微重力环境有着迥异的适应性与变异性，长期太空飞行有可能使飞船内的自然生物群发生意想不到的变化［42］。口腔微生物作为人体微生物组的重要组成，其在太空微重力条件环境下的改变会对口腔感染性疾病的发生发展产生重要影响。由于实验条件的限制，目前仅有针对变异链球菌在模拟微重力环境下的生理性能及形成生物膜能力的初步探究。本课题组［43］研究结果显示，变异链球菌于超导磁体（JMT16T50F）模拟微重力环境下，耐酸能力增强、生物膜结构及胞外多糖分布出现变异、与血链球菌竞争形成生物膜能力增强，总体呈现出较表观重力环境下更高的致龋性。这种较高致龋性目前被认为是多基因共同调控的结果，然而具体调控机制还有待进一步探究。
3航天口腔医学的发展前景
随着月球计划、火星计划等的逐步推进，航天员在太空居住和工作的时间日益延长。如要实现火星计划，宇航员需要在微重力环境下暴露至少36个月，这将极大增加宇航员口腔疾病的发生率。现有研究以及防治措施（飞行前体检以及牙科治疗临时医药箱）已经无法保障宇航员于太空飞行中的口腔健康。由于缺乏有效的治疗手段，疾病一旦发生则很难治疗。这不仅会对宇航员的健康、太空探索计划造成难以挽回的影响，更会成为远期太空定居发展过程中的一大阻碍。为此，航天口腔医学亟需更多的关注。
当前研究主要集中于宿主对于太空环境的适应性改变，然而，口腔微生态系统对太空或模拟太空环境的适应能力尚待进一步研究。根据既往飞行任务中口腔疾病记载以及飞行时间日益延长的趋势来看，以龋病为代表的慢性感染性疾病极有可能成为未来太空飞行任务中最为频发且难以逆转的疾病，针对此类疾病相关的病原微生物在模拟太空环境下生物学特性的深入研究将有利于防治太空环境中出现的慢性感染性口腔疾病。此外，太空微重力环境以及模拟微重力环境能提供不同于地球表观重力的生物体生长环境，可以为牙源性干细胞等口腔相关基础研究开拓新的思路。今后除进一步深入太空或地面模拟太空环境探索极端环境对口腔健康的影响外，未来口腔医生培养过程中还可加入与极端环境口腔疾病防治相关的知识内容，以应对航天医学等特种医学的发展需要。
