牙菌斑環(huán)境中多種因子如細(xì)菌、糖、酸、鈣、氟離子等的檢測(cè)，都是可以用于其致病力監(jiān)測(cè)的重要途徑。牙菌斑原位pH值是指采用電極直接在牙面菌斑原位測(cè)定得到的菌斑pH值。牙菌斑pH值與牙硬組織脫礦之間存在著密切的關(guān)系，其pH臨界值為5.5左右。菌斑原位pH值檢測(cè)一直作為其代謝及其個(gè)體齲活性檢測(cè)的有效指標(biāo)，在齲病預(yù)防實(shí)踐中起重要作用。體外檢測(cè)菌斑pH值準(zhǔn)備工作復(fù)雜且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，因此應(yīng)用牙菌斑pH檢測(cè)的電極技術(shù)可以有效輔助齲風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

本文對(duì)適用于接觸法的牙菌斑原位pH值檢測(cè)技術(shù)的類別、需求、發(fā)展過程、原理、應(yīng)用進(jìn)行綜述；另外本文將對(duì)其他幾種非接觸法技術(shù)進(jìn)行介紹，為臨床齲風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)技術(shù)的選擇提供參考。

牙菌斑pH檢測(cè)電極技術(shù)及其發(fā)展

牙菌斑pH檢測(cè)的電極技術(shù)是指在直接測(cè)定菌斑pH值時(shí)所采用的pH電極檢測(cè)技術(shù)。在近年來在牙菌斑pH值的動(dòng)態(tài)分析研究中，牙菌斑pH值檢測(cè)的電極技術(shù)作為高效便捷的檢測(cè)方式被學(xué)者們廣泛應(yīng)用。其中，玻璃電極最先被用于菌斑pH值測(cè)定，但其薄弱的玻璃膜在接觸法檢測(cè)牙面pH值時(shí)易損壞，因此相比接觸法，該電極多應(yīng)用于牙菌斑pH值的體外采樣檢測(cè)以及埋伏電極后的遙感監(jiān)測(cè)。金屬氧化物微電極在使用中可以兼顧性能及強(qiáng)度。氧化銻微電極首先被應(yīng)用于描述牙菌斑原位pH值的變化，這之后相繼出現(xiàn)氧化鈀、氧化銥微電極，但這類電極存在制備工藝復(fù)雜、成本較高的問題。離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管靈敏、準(zhǔn)確、微小，被廣泛應(yīng)用于埋伏電極法測(cè)定牙菌斑pH值。Sharma等研制的牙科pH光學(xué)儀實(shí)現(xiàn)了非接觸的光學(xué)牙菌斑pH測(cè)量，是牙菌斑pH檢測(cè)技術(shù)的一大突破，但該儀器目前的測(cè)試結(jié)果尚未明確表現(xiàn)其可靠性，應(yīng)用于研究的案例較少。

現(xiàn)在常用的牙菌斑pH檢測(cè)電極已具備響應(yīng)速度快、測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、生物無害性以及響應(yīng)靈敏度高等性能特點(diǎn)，同時(shí)這些電極在酸性范圍內(nèi)對(duì)pH值呈線性響應(yīng)，基本滿足應(yīng)用于人體的電極需求。但牙菌斑的位置、結(jié)構(gòu)特殊，牙鄰接點(diǎn)以下等齲易感部位操作空間小，需要體積微小的電極才能實(shí)現(xiàn)這些牙菌斑的pH值檢測(cè)。然而，縮小體積的同時(shí)也存在著技術(shù)復(fù)雜、成本高昂以及電極易損壞的問題，因此牙菌斑pH檢測(cè)電極技術(shù)仍舊未能實(shí)現(xiàn)在臨床上的推廣。未來尚需針對(duì)這些不足進(jìn)一步優(yōu)化電極的制備技術(shù)，使牙菌斑pH值的檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不再僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室，也能輔助臨床的齲風(fēng)險(xiǎn)篩查。

2適用于接觸法檢測(cè)牙菌斑pH值的電極分類及特點(diǎn)

2.1微型玻璃電極

微型玻璃電極是最早運(yùn)用到牙菌斑pH檢測(cè)的一種H

響應(yīng)性玻璃電極。目前常用的玻璃微電極基本都是復(fù)合微電極，不需要額外的參比電極。該電極主要通過玻璃敏感膜中的Na與溶液中H進(jìn)行交換產(chǎn)生電位差，實(shí)現(xiàn)對(duì)H的選擇性響應(yīng)?，F(xiàn)有的玻璃微電極線性、敏感性、穩(wěn)定性較好，但易折斷且響應(yīng)較慢。由于在操作中易損，該類電極在檢測(cè)牙菌斑時(shí)主要采用電極埋伏法，而較少應(yīng)用于接觸法。

從石灰用量對(duì)方鉛礦礦漿電位影響的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，隨著石灰用量的增加，無論是采用鐵介質(zhì)磨礦，還是瓷介質(zhì)磨礦，方鉛礦礦漿電位都是逐漸上升，但鐵介質(zhì)磨礦時(shí)礦漿電位始終低于瓷介質(zhì)磨礦。這是由于隨著CaO用量的增加，方鉛礦陽離子水解作用強(qiáng)烈，形成羥基絡(luò)合物，如公式(2)所示:

金屬氧化物電極的制作工藝復(fù)雜，其襯底材料的制備主要通過成本較高的高溫拉絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)。氧化膜制備方式則主要包括電化學(xué)沉積法、電化學(xué)生長、濺射沉積法及熱處理方法，其中熱處理方法所得電極穩(wěn)定性最好。為提高電極的性能，復(fù)合金屬氧化物膜及復(fù)合襯底材料的制備也成為近年來研究的方向（圖3）。

2.2金屬氧化物微電極

該類電極主要利用金屬絲表面氧化物對(duì)H的選擇性響應(yīng)產(chǎn)生電位差，從而測(cè)量pH值的大小。以氧化銥微電極為例，氧化銥薄膜對(duì)H的響應(yīng)方程式如下：

金屬氧化物微電極用于彌補(bǔ)微型玻璃電極的強(qiáng)度不足，自20世紀(jì)40年代初開始被廣泛使用。該類電極包括氧化銻、氧化鈀和氧化銥電極。

離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管在檢測(cè)時(shí)需要充分浸入溶液中，但在應(yīng)用于接觸法檢測(cè)牙菌斑pH時(shí)，該電極的敏感膜無法充分接觸菌斑，因此離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管往往通過電極埋伏法監(jiān)測(cè)牙菌斑pH值的變化。

離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過不同種類的H離子敏感膜實(shí)現(xiàn)對(duì)H的選擇性。電解液中的H可以改變敏感膜的電場(chǎng)分布，從而實(shí)現(xiàn)pH的測(cè)定。由于敏感膜可以替換，該電極也可應(yīng)用于菌斑中的Na、K、Ca等離子，以及蛋白質(zhì)、DNA等生物大分子的濃度測(cè)定。因此，離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管在各個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的推廣潛力都極大。

近幾年的研究表明，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，電極表面氧化膜的均勻性及穩(wěn)定性可直接影響到該氧化膜與溶液中氫離子的反應(yīng)速度、反應(yīng)程度?，F(xiàn)有研究主要致力于制備更加均勻穩(wěn)定的氧化膜，以取得更加優(yōu)良的電極的性能。

由于銻電極會(huì)影響到牙菌斑中微生物的正常生長，自氧化鈀電極出現(xiàn)后其使用已逐漸減少。氧化鈀微電極靈敏度高、其測(cè)試結(jié)果不易受干擾，約10 s左右可響應(yīng)穩(wěn)定。由于氧化銥電極的強(qiáng)度最佳，齲風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)結(jié)果可靠，近幾年的相關(guān)研究最多。氧化膜均勻的氧化銥電極具有響應(yīng)較快、線性優(yōu)良、漂移較小、性能穩(wěn)定、結(jié)果精度優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)銥電極在血液pH值、神經(jīng)電位測(cè)量的領(lǐng)域也表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

這類電極可以兼顧體積、強(qiáng)度及性能，在齲風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)技術(shù)的臨床發(fā)展中最具有應(yīng)用潛力，是近年來研究及發(fā)展較為迅速的電極種類。3種電極中，氧化鈀微電極技術(shù)最成熟，氧化銥微電極則成為近年來最受歡迎的金屬氧化物電極。雖然該類電極壽命及強(qiáng)度優(yōu)于微型玻璃電極，但額外需要使用參比電極，以及表面氧化膜易脫落的問題仍局限了該電極的臨床推廣。因此，金屬氧化物電極仍需實(shí)現(xiàn)微型復(fù)合電極的制備，并增加其氧化膜的結(jié)合力。

現(xiàn)有的工藝可實(shí)現(xiàn)微米至納米級(jí)的玻璃微電極制備，該電極在心肌、神經(jīng)等的電位測(cè)量方面應(yīng)用較多。但尺寸減小也使電極壽命縮短，許多玻璃微電極只能使用1次，成本較高，限制了其臨床應(yīng)用。由于其技術(shù)相對(duì)成熟，目前僅在對(duì)pH值精度有較高需求的實(shí)驗(yàn)中會(huì)有一定的應(yīng)用?，F(xiàn)有研究通過調(diào)整敏感膜中的成分對(duì)傳統(tǒng)玻璃膜的強(qiáng)度及靈敏性進(jìn)行改善，也有研究制備材料修飾的玻璃電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的改良。

3其他非接觸法檢測(cè)牙菌斑pH值的電極及技術(shù)

3.1離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管

排除標(biāo)準(zhǔn)：患者病例資料不完整；接受手術(shù)的結(jié)腸癌患者為急診患者；患者有腹部手術(shù)史；患者具有家族性多發(fā)性息肉；患者合并有腸梗阻；患者具有潰瘍性結(jié)腸炎；患者合并有其它惡性疾病；患者具有克羅恩病史；對(duì)本手術(shù)藥物過敏或者屬于過敏體質(zhì)的患者。

離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管響應(yīng)極快，測(cè)量值變異系數(shù)及漂移程度小。除此之外，離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體積小、可批量制作，其參比電極也集成于同一芯片上，無需額外使用參比電極。這些優(yōu)勢(shì)使離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管成為了菌斑pH值持續(xù)監(jiān)測(cè)理想的生物傳感器。

離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管目前只能通過埋伏電極法應(yīng)用于牙面pH檢測(cè)。雖然這種監(jiān)測(cè)方式可以靈敏地監(jiān)測(cè)到牙菌斑pH值波動(dòng)的數(shù)據(jù)，但是只能監(jiān)測(cè)單一點(diǎn)位的pH值，無法在臨床上實(shí)現(xiàn)對(duì)患者全口各個(gè)位點(diǎn)的齲風(fēng)險(xiǎn)篩查，因此其臨床的推廣仍需電極結(jié)構(gòu)及用法的改良。

3.2牙科pH光學(xué)儀

Sharma等制備的牙科pH光學(xué)儀采用對(duì)人體無害的FL溶液作為染料。該染料中的離子在不同pH值下發(fā)射光譜的不同，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)牙菌斑pH值的檢測(cè)。該儀器在口內(nèi)無接觸檢測(cè)菌斑的pH值，避免了接觸法對(duì)菌斑的破壞，并且該儀器在咬合點(diǎn)和縫隙等區(qū)域也能測(cè)得菌斑pH值。牙科pH光學(xué)儀體積小、易操作，可實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)測(cè)量，值得臨床推廣。但該種儀器尚處于研發(fā)初期，體外測(cè)試結(jié)果線性較差，染料保留率不足，仍需長期實(shí)驗(yàn)以確定該電極可靠性及生物安全性。

4總結(jié)與展望

現(xiàn)有的大部分菌斑pH檢測(cè)電極技術(shù)均存在成本較高、易損壞、工藝復(fù)雜等問題，適用于牙菌斑原位pH檢測(cè)的電極技術(shù)仍需進(jìn)一步探討。用于接觸法實(shí)現(xiàn)牙菌斑原位pH測(cè)量的電極中，由于玻璃電極極易損壞，目前金屬氧化物微電極的使用最廣泛；離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管微小、靈敏、穩(wěn)定，適用于埋伏電極法，被應(yīng)用于遙感監(jiān)測(cè)單一位點(diǎn)的牙菌斑pH值變化。牙科pH光學(xué)儀作為近年來新誕生的無接觸牙菌斑pH檢測(cè)技術(shù)，在牙菌斑原位pH檢測(cè)中應(yīng)用前景廣。未來牙菌斑pH檢測(cè)電極技術(shù)的主要發(fā)展方向包括：進(jìn)一步提升檢測(cè)電極的性能，使其微小、耐用、靈敏、穩(wěn)定；改善牙菌斑pH檢測(cè)的操作方式，使其更加便捷、數(shù)據(jù)化；進(jìn)一步開發(fā)全新的無接觸檢測(cè)技術(shù)；另外，現(xiàn)有電極普遍存在的工藝復(fù)雜、成本高的問題仍需克服。