牙菌斑環(huán)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(jiān)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(xiàn)連續(xù)監(jiān)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(fā)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(fā)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(tài)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(jiān)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)其可靠性，應用于研究的案例較少。

現(xiàn)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(wěn)定、重現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在臨床上的推廣。未來尚需針對這些不足進一步優(yōu)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(xiàn)對H的選擇性響應。現(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(xiàn)。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(wěn)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(jiān)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(xiàn)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(xiàn)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(yī)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(wěn)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(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、其測試結果不易受干擾，約10 s左右可響應穩(wěn)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(yōu)良、漂移較小、性能穩(wěn)定、結果精度優(yōu)良等優(yōu)點。同時銥電極在血液pH值、神經電位測量的領域也表現(xiàn)出優(yōu)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(fā)展中最具有應用潛力，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(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現(xiàn)微型復合電極的制備，并增加其氧化膜的結合力。

現(xiàn)有的工藝可實現(xiàn)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(xiàn)有研究通過調整敏感膜中的成分對傳統(tǒng)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(xiàn)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(fā)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(shù)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(yōu)勢使離子敏感場效應晶體管成為了菌斑pH值持續(xù)監(jiān)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(jiān)測方式可以靈敏地監(jiān)測到牙菌斑pH值波動的數(shù)據(jù)，但是只能監(jiān)測單一點位的pH值，無法在臨床上實現(xiàn)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(fā)射光譜的不同，可以實現(xiàn)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(qū)域也能測得菌斑pH值。牙科pH光學儀體積小、易操作，可實現(xiàn)多位點測量，值得臨床推廣。但該種儀器尚處于研發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(wěn)定，適用于埋伏電極法，被應用于遙感監(jiān)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(fā)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(wěn)定；改善牙菌斑pH檢測的操作方式，使其更加便捷、數(shù)據(jù)化；進一步開發(fā)全新的無接觸檢測技術；另外，現(xiàn)有電極普遍存在的工藝復雜、成本高的問題仍需克服。