H2O2とNaFを含む歯牙漂白剤の反応特性：処理したハイドロキシアパタイトの結晶構造変化と取り込まれたフッ素の化学状態に関するin vitro研究

Reaction characteristics of a tooth-bleaching agent containing H2O2 and NaF: in vitro study of crystal structure change in treated hydroxyapatite and chemical states of incorporated fluorine.

抄録

本研究は，過酸化水素（H2O2）の歯への悪影響を軽減するために歯牙漂白剤に添加されるフッ化ナトリウム（NaF）の反応機構を明らかにするために行ったものである。歯の硬組織のモデル物質であるハイドロキシアパタイト（HAP）と第二リン酸カルシウム（DCPD）は，いずれも単純なH2O2溶液に容易に溶解した。しかし，H2O2/NaF溶液では，生成物が小さいためにX線回折（XRD）では同定できなかったフッ素化合物がHAPの表面に形成されていた。X線光電子分光法（XPS）を用いた研究では，HAP上にフッ素化ハイドロキシアパタイト（FHAP）が形成され，HAPの部分溶解とともにフッ素とH2O2の濃度を上げることでフッ化カルシウム（CaF2）の形成が促進されることが明らかになった。また，H2O2/NaF溶液中では，DCPDも歯面上の再石灰化プロセスに有利なFHAPとCaF2に容易に変化した。このように，NaFのメカニズムが解明され，H2O2と併用することで歯の漂白に効果的であることがわかった。方法論的には，従来の湿式分析法では，FHAPとCaF2の溶解度の違いに基づいていたが，XPSの二次元プロットを用いることで，反応生成物中のFHAPとCaF2の比率を直接推定することが初めて可能になった。

This in vitro study was performed to elucidate the reaction mechanism of sodium fluoride (NaF), which is added to tooth-bleaching agents to lessen the adverse effect of hydrogen peroxide (H2O2) on teeth. Both hydroxyapatite (HAP) and dihydrated dicalcium phosphate (DCPD), model substances for dental hard tissues, dissolved easily in a simple H2O2 solution. In the H2O2/NaF solutions, however, fluorine compounds that could not be identified by X-ray diffraction (XRD) due to the smallness of the products were formed on the surface of the HAP. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) studies demonstrated that fluoridated hydroxyapatite (FHAP) was formed on HAP, and that calcium fluoride (CaF2) formation was accelerated by increasing the concentrations of fluorine and H2O2 along with the partial dissolution of HAP. In H2O2/NaF solution, DCPD also transformed easily to FHAP and CaF2, which are favorable to the remineralization process on the tooth surface. Thus, the mechanism of NaF was elucidated, and its use together with H2O2 for tooth bleaching was proved to be effective. Methodologically, the XPS two-dimensional plot made it possible for the first time to directly estimate the ratio of FHAP and CaF2 in the reaction products, in contrast to the conventional wet-analytical method, which is simply based on the difference in solubility of the two components.