牙菌斑環境中多種因子如細菌、糖、酸、鈣、氟離子等的檢測，都是可以用于其致病力監測的重要途徑。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系，其pH臨界值為5.5左右。菌斑原位pH值檢測一直作為其代謝及其個體齲活性檢測的有效指標，在齲病預防實踐中起重要作用。體外檢測菌斑pH值準備工作復雜且不能實現連續監測，因此應用牙菌斑pH檢測的電極技術可以有效輔助齲風險的評估。


本文對適用于接觸法的牙菌斑原位pH值檢測技術的類別、需求、發展過程、原理、應用進行綜述；另外本文將對其他幾種非接觸法技術進行介紹，為臨床齲風險檢測技術的選擇提供參考。


牙菌斑pH檢測電極技術及其發展


牙菌斑pH檢測的電極技術是指在直接測定菌斑pH值時所采用的pH電極檢測技術。在近年來在牙菌斑pH值的動態分析研究中，牙菌斑pH值檢測的電極技術作為高效便捷的檢測方式被學者們廣泛應用。其中，玻璃電極最先被用于菌斑pH值測定，但其薄弱的玻璃膜在接觸法檢測牙面pH值時易損壞，因此相比接觸法，該電極多應用于牙菌斑pH值的體外采樣檢測以及埋伏電極后的遙感監測。金屬氧化物微電極在使用中可以兼顧性能及強度。氧化銻微電極首先被應用于描述牙菌斑原位pH值的變化，這之后相繼出現氧化鈀、氧化銥微電極，但這類電極存在制備工藝復雜、成本較高的問題。離子敏感場效應晶體管靈敏、準確、微小，被廣泛應用于埋伏電極法測定牙菌斑pH值。Sharma等研制的牙科pH光學儀實現了非接觸的光學牙菌斑pH測量，是牙菌斑pH檢測技術的一大突破，但該儀器目前的測試結果尚未明確表現其可靠性，應用于研究的案例較少。


現在常用的牙菌斑pH檢測電極已具備響應速度快、測量結果穩定、重現性好、生物無害性以及響應靈敏度高等性能特點，同時這些電極在酸性范圍內對pH值呈線性響應，基本滿足應用于人體的電極需求。但牙菌斑的位置、結構特殊，牙鄰接點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現這些牙菌斑的pH值檢測。然而，縮小體積的同時也存在著技術復雜、成本高昂以及電極易損壞的問題，因此牙菌斑pH檢測電極技術仍舊未能實現在臨床上的推廣。未來尚需針對這些不足進一步優化電極的制備技術，使牙菌斑pH值的檢測技術的應用不再僅僅局限于實驗室，也能輔助臨床的齲風險篩查。


2適用于接觸法檢測牙菌斑pH值的電極分類及特點


2.1微型玻璃電極


微型玻璃電極是最早運用到牙菌斑pH檢測的一種H


響應性玻璃電極。目前常用的玻璃微電極基本都是復合微電極，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進行交換產生電位差，實現對H的選擇性響應?，F有的玻璃微電極線性、敏感性、穩定性較好，但易折斷且響應較慢。由于在操作中易損，該類電極在檢測牙菌斑時主要采用電極埋伏法，而較少應用于接觸法。


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


金屬氧化物電極的制作工藝復雜，其襯底材料的制備主要通過成本較高的高溫拉絲技術實現。氧化膜制備方式則主要包括電化學沉積法、電化學生長、濺射沉積法及熱處理方法，其中熱處理方法所得電極穩定性最好。為提高電極的性能，復合金屬氧化物膜及復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H的選擇性響應產生電位差，從而測量pH值的大小。以氧化銥微電極為例，氧化銥薄膜對H的響應方程式如下：


金屬氧化物微電極用于彌補微型玻璃電極的強度不足，自20世紀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。

離子敏感場效應晶體管在檢測時需要充分浸入溶液中，但在應用于接觸法檢測牙菌斑pH時，該電極的敏感膜無法充分接觸菌斑，因此離子敏感場效應晶體管往往通過電極埋伏法監測牙菌斑pH值的變化。


離子敏感場效應晶體管通過不同種類的H離子敏感膜實現對H的選擇性。電解液中的H可以改變敏感膜的電場分布，從而實現pH的測定。由于敏感膜可以替換，該電極也可應用于菌斑中的Na、K、Ca等離子，以及蛋白質、DNA等生物大分子的濃度測定。因此，離子敏感場效應晶體管在各個醫學領域的推廣潛力都極大。


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


由于銻電極會影響到牙菌斑中微生物的正常生長，自氧化鈀電極出現后其使用已逐漸減少。氧化鈀微電極靈敏度高、其測試結果不易受干擾，約10 s左右可響應穩定。由于氧化銥電極的強度最佳，齲風險檢測結果可靠，近幾年的相關研究最多。氧化膜均勻的氧化銥電極具有響應較快、線性優良、漂移較小、性能穩定、結果精度優良等優點。同時銥電極在血液pH值、神經電位測量的領域也表現出優良的性能。


這類電極可以兼顧體積、強度及性能，在齲風險檢測技術的臨床發展中最具有應用潛力，是近年來研究及發展較為迅速的電極種類。3種電極中，氧化鈀微電極技術最成熟，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度優于微型玻璃電極，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現微型復合電極的制備，并增加其氧化膜的結合力。


現有的工藝可實現微米至納米級的玻璃微電極制備，該電極在心肌、神經等的電位測量方面應用較多。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，限制了其臨床應用。由于其技術相對成熟，目前僅在對pH值精度有較高需求的實驗中會有一定的應用?，F有研究通過調整敏感膜中的成分對傳統玻璃膜的強度及靈敏性進行改善，也有研究制備材料修飾的玻璃電極，實現對其性能的改良。

3其他非接觸法檢測牙菌斑pH值的電極及技術


3.1離子敏感場效應晶體管


排除標準：患者病例資料不完整；接受手術的結腸癌患者為急診患者；患者有腹部手術史；患者具有家族性多發性息肉；患者合并有腸梗阻；患者具有潰瘍性結腸炎；患者合并有其它惡性疾??；患者具有克羅恩病史；對本手術藥物過敏或者屬于過敏體質的患者。


離子敏感場效應晶體管響應極快，測量值變異系數及漂移程度小。除此之外，離子敏感場效應晶體管的體積小、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。這些優勢使離子敏感場效應晶體管成為了菌斑pH值持續監測理想的生物傳感器。


離子敏感場效應晶體管目前只能通過埋伏電極法應用于牙面pH檢測。雖然這種監測方式可以靈敏地監測到牙菌斑pH值波動的數據，但是只能監測單一點位的pH值，無法在臨床上實現對患者全口各個位點的齲風險篩查，因此其臨床的推廣仍需電極結構及用法的改良。


3.2牙科pH光學儀


Sharma等制備的牙科pH光學儀采用對人體無害的FL溶液作為染料。該染料中的離子在不同pH值下發射光譜的不同，可以實現對牙菌斑pH值的檢測。該儀器在口內無接觸檢測菌斑的pH值，避免了接觸法對菌斑的破壞，并且該儀器在咬合點和縫隙等區域也能測得菌斑pH值。牙科pH光學儀體積小、易操作，可實現多位點測量，值得臨床推廣。但該種儀器尚處于研發初期，體外測試結果線性較差，染料保留率不足，仍需長期實驗以確定該電極可靠性及生物安全性。


4總結與展望


現有的大部分菌斑pH檢測電極技術均存在成本較高、易損壞、工藝復雜等問題，適用于牙菌斑原位pH檢測的電極技術仍需進一步探討。用于接觸法實現牙菌斑原位pH測量的電極中，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；離子敏感場效應晶體管微小、靈敏、穩定，適用于埋伏電極法，被應用于遙感監測單一位點的牙菌斑pH值變化。牙科pH光學儀作為近年來新誕生的無接觸牙菌斑pH檢測技術，在牙菌斑原位pH檢測中應用前景廣。未來牙菌斑pH檢測電極技術的主要發展方向包括：進一步提升檢測電極的性能，使其微小、耐用、靈敏、穩定；改善牙菌斑pH檢測的操作方式，使其更加便捷、數據化；進一步開發全新的無接觸檢測技術；另外，現有電極普遍存在的工藝復雜、成本高的問題仍需克服。