納米羥基磷灰石填料對(duì)窩溝封閉劑抗壓強(qiáng)度、顯微硬度和黏結(jié)剪切強(qiáng)度的影響①

張　艷，王健平，李　巖，趙　亮，韓俊玲

(佳木斯大學(xué)附屬口腔醫(yī)院,黑龍江 佳木斯 154002)

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納米羥基磷灰石填料對(duì)窩溝封閉劑抗壓強(qiáng)度、顯微硬度和黏結(jié)剪切強(qiáng)度的影響①

張艷，王健平，李巖，趙亮，韓俊玲

(佳木斯大學(xué)附屬口腔醫(yī)院,黑龍江 佳木斯 154002)

摘要:目的：研究加入納米羥基磷灰石填料對(duì)光固化窩溝封閉劑抗壓強(qiáng)度、顯微硬度和黏結(jié)剪切強(qiáng)度的影響，并比較添加不同濃度納米羥基磷灰石填料之間的差別。方法：按照不同濃度將納米羥基磷灰石添加到光固化窩溝封閉劑中，檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度、顯微硬度和黏結(jié)剪切強(qiáng)度。結(jié)果：加入不同濃度納米羥基磷灰石填料的窩溝封閉劑的抗壓強(qiáng)度、顯微硬度明顯提高，但不影響?zhàn)そY(jié)剪切強(qiáng)度。 結(jié)論：添加適當(dāng)濃度的納米羥基磷灰石填料可明顯增強(qiáng)窩溝封閉劑的機(jī)械性能。

關(guān)鍵詞:納米羥基磷灰石；窩溝封閉劑；抗壓強(qiáng)度；顯微硬度；黏結(jié)剪切強(qiáng)度

現(xiàn)代口腔預(yù)防牙合面齲壞的重要手段是窩溝封閉，其臨床應(yīng)用比較容易，消耗資源較低，也是降低兒童齲齒發(fā)生率的有效措施。臨床應(yīng)用較多的窩溝封閉劑就是光固化窩溝封閉劑，其臨床保留率則是預(yù)防齲病的關(guān)鍵[1，2]。而磨牙和前磨牙所承受的牙合力較大，所以窩溝封閉劑的抗壓強(qiáng)度、顯微硬度和黏結(jié)剪切強(qiáng)度對(duì)于臨床保留率有重要影響?，F(xiàn)在常用的光固化窩溝封閉劑的組成成分有樹(shù)脂基脂，無(wú)機(jī)填料，稀釋劑，顏料，光敏劑，光敏促進(jìn)劑，阻聚劑等組成[3]。對(duì)于窩溝封閉劑的機(jī)械性能，當(dāng)中無(wú)機(jī)填料的成分與濃度有決定作用。隨著近30年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的納米材料已為材料科學(xué)帶來(lái)巨大變化，納米羥基磷灰石(nano-hydroxyapatite，HA)與牙體硬組織的無(wú)機(jī)成分極其相似，具有良好的生物相容性[4]，而且具有抑菌性[5]。本實(shí)驗(yàn)研究納米羥基磷灰石作為無(wú)機(jī)填料對(duì)窩溝封閉劑抗壓強(qiáng)度、顯微硬度和黏結(jié)剪切強(qiáng)度的影響。

1　材料和方法

1.1材料

搜集13歲左右青少年由于正畸減數(shù)拔除的新鮮完整、健康無(wú)齲的的上頜前磨牙，清洗干凈并吹干，然后用體視顯微鏡察看，將牙體表面無(wú)齲壞，無(wú)缺損，沒(méi)有白斑的窩溝備用，搜集60顆，放置在人工唾液4 ℃電熱恒溫水槽中留存?zhèn)溆?。納米羥基磷灰石 (佳木斯大學(xué)材料學(xué)院生物材料實(shí)驗(yàn)室提供)；Eco-S光固化窩溝封閉劑(韓國(guó))；釉質(zhì)酸蝕劑(韓國(guó)，Eco-S封閉劑套裝)；人工唾液 (配置方法；NaCl 0.4g,KCl 0.4g,CaCl2·2H2O 0.795 g,Na2S·2H2O 0.005 )。

1.2儀器

錐形磨、超聲清洗機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩、電子天平、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、數(shù)顯顯微硬度計(jì)、電熱恒溫水槽、電動(dòng)震蕩機(jī)、金剛砂裂鉆、低速切片機(jī)、游標(biāo)卡尺、牙科綜合治療臺(tái)、可見(jiàn)光固化機(jī)、低速杯狀刷。

1.3方法

實(shí)驗(yàn)組采用避光條件下分別依照40、30、20、10、5g/L的比例，把納米羥基磷灰石材料加置窩溝封閉劑中，充分?jǐn)噭蛘{(diào)拌，然后用錐形磨離散兩次，再用超聲清洗機(jī)離散30min，最后真空排出氣泡放置于阻光瓶里保存。對(duì)照組為沒(méi)有添加納米羥基磷灰石填料的窩溝封閉劑。

實(shí)驗(yàn)組：A.窩溝封閉劑中加入40g/L的納米羥基磷灰石； B.窩溝封閉劑中加入30g/L的納米羥基磷灰石； C.窩溝封閉劑中加入20g/L的納米羥基磷灰石； D.窩溝封閉劑中加入10g/L的納米羥基磷灰石； E.窩溝封閉劑中加入 5 g/L的納米羥基磷灰石； 對(duì)照組: F.窩溝封閉劑。

1.3.1抗壓強(qiáng)度觀(guān)察：取以上6種光固化窩溝封閉劑分別制成9個(gè)半徑2mm,高為4mm的圓柱形試件，后每組隨即分成3組，然后泡在人工唾液里。3組中第1組浸泡1d后；第2組浸泡28后；第3組泡在人工唾液里63d后[這段時(shí)間將每個(gè)試件逐個(gè)在29d和35d時(shí)沉浸在5mg/L氟化鈉溶液里1h；42d時(shí)再放于123mL/L酸性磷酸氟溶液中1h，并且其他時(shí)間都放在人工唾液里]。然后將所有試件分別放于力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上，以1mm/min的速度加壓直到試件碎裂，并且記下這時(shí)的最大載荷值。并使用下面公式算出各個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度(MPa)=斷裂時(shí)最大載荷(N)/受力面積(mm2)，各組中的3個(gè)試件取平均值進(jìn)行比較。

1.3.2顯微硬度觀(guān)察：將各組實(shí)驗(yàn)材料分別做出半徑為2.5mm,厚1mm的標(biāo)本,A-F每組按規(guī)格各制備10個(gè)標(biāo)本，分別用1500目砂紙將其打磨、低速杯狀刷拋光，再經(jīng)顯微硬度儀器測(cè)試標(biāo)本的表面維氏顯微硬度，加力值是25g,持續(xù)30s時(shí)間。記錄下結(jié)果取平均值，各個(gè)實(shí)驗(yàn)組分別和對(duì)照組比較并做方差分析。

1.3.3黏結(jié)剪切強(qiáng)度觀(guān)察:隨機(jī)選擇備用實(shí)驗(yàn)牙，制成60個(gè)半徑為3.5mm牙釉質(zhì)片，隨后結(jié)合萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)要求制作所需試件。然后把釉質(zhì)片包埋到牙杯里，而且用800目砂紙把其打磨，370mL/L磷酸將其酸蝕40s后沖洗吹干。分別把留有半徑為2.5mm圓形孔粘結(jié)帶粘到處理后的釉質(zhì)面上，其上放置內(nèi)半徑2.5mm、厚3mm的聚四氟乙烯模具，然后分別用A-F各組(每組10個(gè))實(shí)驗(yàn)材料沿著內(nèi)壁流入其內(nèi)，用光固化燈照射20s。制備完后置于37°C恒溫水箱中放置24h，隨后使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試黏結(jié)剪切強(qiáng)度，以1mm/min的速度加力。記錄下每組數(shù)值，算出每組的均值進(jìn)行方差分析比較。

2　結(jié)果

2.1抗壓強(qiáng)度比較

6組窩溝封閉劑泡長(zhǎng)度不一的時(shí)間后，每組都隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)抗壓強(qiáng)度減小，但每一組的三個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間比較，其差異都沒(méi)有意義(P>0.05);在各時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的每組窩溝封閉劑的比較，每個(gè)時(shí)間內(nèi)都是A組(40g/L)取得最大抗壓強(qiáng)度，與C-F組進(jìn)行比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，與B組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；從下到上兩組間不同時(shí)間點(diǎn)抗壓強(qiáng)度相比，只有C組和D組(P<0.05)，其余組間兩兩相比(P>0.05),見(jiàn)表1。

表1　各組材料不同時(shí)間的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)±s)

組別 1d 28d 63dA282.0533±2.6464272.7000±5.2135263.9800±12.4610B281.6233±5.3481270.6367±5.0513263.9467±12.5134C280.0067±9.7045268.1300±6.7405263.3400±3.9131D259.3967±8.2214251.9933±7.4763246.5933±3.2353E242.0067±6.7992236.6900±4.1393228.8900±7.4021F236.5933±8.3002231.2667±3.7694224.1300±4.9632

2.2顯微硬度比較

加入不同濃度納米羥基磷灰石填料的窩溝封閉劑的A-E組的維氏顯微硬度均明顯高于對(duì)照組F組(P<0.05)，見(jiàn)表2。

表2　各組材料顯微硬度檢測(cè)

2.3黏結(jié)剪切強(qiáng)度比較

與空白對(duì)照組F組相比加入填料的黏結(jié)剪切強(qiáng)度都跟著濃度的升高有所下降，除A和F組比較其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)外,其余各組與F組相比P>0.05。見(jiàn)表3。

表3　各組材料黏結(jié)剪切強(qiáng)度檢測(cè)

3　討論

兒童及青少年是齲病的高發(fā)人群[6]，行窩溝封閉術(shù)是臨床常用的防治齲病高效術(shù)式，而邊緣密合性和是否留存完好與防齲療效密切相關(guān)[7]。封閉材料要有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度和滲透性，還要滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度如抗壓強(qiáng)度和黏結(jié)剪切強(qiáng)度等。普遍使用的光固化窩溝封閉劑如實(shí)驗(yàn)材料Eco-S窩溝封閉劑，流動(dòng)性好，可使得邊緣密合性好一些，但是主要成分為樹(shù)脂基質(zhì)，無(wú)機(jī)填料的成分少，機(jī)械性能相對(duì)低些，而無(wú)機(jī)填料的優(yōu)勢(shì)可增長(zhǎng)它的剛性、硬度、強(qiáng)度[8]，所以我們研究添加納米羥基磷灰石填料來(lái)檢測(cè)對(duì)其性能的改變。

有學(xué)者指出，很多物質(zhì)的成分在液態(tài)或熔融條件里是不可能混淆在一起的，但可以在納米級(jí)下合金化。而且納米材料有普通材料所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，其配位數(shù)不夠，粒子的表面原子比例增加還有高表面能更容易使其和原子結(jié)合，所以含有更高的化學(xué)和生物活性[9]。本實(shí)驗(yàn)使用納米級(jí)羥基磷灰石材料，有較大的比表面積，其包含數(shù)量較多的羥基、磷酸基等極性基團(tuán)，所以和樹(shù)脂基質(zhì)混合的過(guò)程中，納米羥基磷灰石填料不僅可以充填樹(shù)脂基質(zhì)之間的縫隙，而且可以和樹(shù)脂分子之間產(chǎn)生更強(qiáng)的分子間作用力，很好的提高了材料的整體強(qiáng)度。

從試驗(yàn)得出結(jié)果來(lái)看，將不同濃度的納米羥基磷灰石加入到窩溝封閉劑后，其機(jī)械性能發(fā)生了明顯改變。從抗壓強(qiáng)度和顯微硬度來(lái)分析，A組(40g/L)明顯高于對(duì)照組和其他組；而黏結(jié)剪切強(qiáng)度檢測(cè)中，A組與對(duì)照組相比差異有意義，另幾組和對(duì)照組相比(P>0.05)，可能由于HA濃度提高，影響了粒子的分散，隨即影響其黏結(jié)強(qiáng)度。對(duì)抗壓強(qiáng)度的分析中，各組浸泡不同長(zhǎng)度的時(shí)間差異都無(wú)意義，說(shuō)明抗壓強(qiáng)度不會(huì)隨浸泡時(shí)間而明顯降低。因此，我們總結(jié)添加濃度為30g/L的HA填料，該種光固化窩溝封閉劑的這三種機(jī)械性能最高。

Atai和Caroushis等研究證明，填料的種類(lèi)、直徑、含量、體積和形態(tài)均能影響樹(shù)脂的機(jī)械性能[10，11]。不同種類(lèi)的無(wú)機(jī)填料最適加入濃度不同，若加入濃度太小，無(wú)機(jī)填料于基質(zhì)中則起到晶種效果，誘導(dǎo)異相成核，而且材料的物理性能無(wú)明顯改變，甚至可能降低，若加入濃度過(guò)高，就可能對(duì)材料的流動(dòng)性和滲透性等方面造成影響，則會(huì)造成對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的不利[12]。我們的研究結(jié)果顯示納米羥基磷灰石添加比例為30g/L，既不影響?zhàn)そY(jié)剪切強(qiáng)度，還可以較好的提高其抗壓強(qiáng)度和顯微硬度。而40g/L的黏結(jié)剪切強(qiáng)度明顯下降，如果將納米羥基磷灰石作為光固化窩溝封閉劑的無(wú)機(jī)填料，還需做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究其添加濃度具體值在30~40g/L之間的最大值，解決該問(wèn)題或許對(duì)于光固化窩溝封閉劑的機(jī)械性能會(huì)取得更好效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜永. 納米金剛石填料對(duì)光固化窩溝封閉劑性能的影響 [D].西安：第四軍醫(yī)大學(xué)，2003

[2]張亞玉. 窩溝封閉術(shù)防齲效果觀(guān)察[J]. 中國(guó)醫(yī)藥科學(xué),2013,3(18):56

[3]陳治清，朱松.口腔材料學(xué)[M].第4版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2010:88-91

[4]孫慶治，李金良，李忻軒.納米羥基磷灰石種植體的研究 [J]. 黑龍江醫(yī)藥科學(xué),2012,35(1)：52-53

[5]滕立群，孟祥才.納米羥基磷灰石抑制變形鏈球菌黏附的體外研究[J].黑龍江醫(yī)藥科學(xué)，2006,29(3)：20

[6]孫健，戚云峰.佳木斯市向陽(yáng)區(qū)學(xué)齡前兒童齲病患病情況調(diào)查與分析[J].黑龍江醫(yī)藥科學(xué)，2008,31(4)：15

[7] 蔡雅，沈家平.4種窩溝封閉劑微滲漏及抗壓強(qiáng)度的比較試驗(yàn)[J].牙體牙髓牙周病學(xué)雜志，2013,23(7)：428

[8] 楚小玉，謝窈，孫志輝，等.無(wú)機(jī)填料含量對(duì)流動(dòng)樹(shù)脂繞曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度影響體外研究[J].中國(guó)實(shí)用口腔科雜志 ，2013， 6(5)：285

[9]魏廣志，孟祥才，李洋.納米羥基磷灰石預(yù)防齲病作用的研究[J]. 中國(guó)校醫(yī)，2012， 26(8)：625

[10]Atai M,Nekoomanesh M,Hashemi SA,et al.Physical and mechanical properties of all experimental dental composite based on a new monomer[J].Dent Mater,2004,20(7):663-668.

[11]Caroushis,Lassila L,Tezvergil A,et al.Static and fatigue compression test for particulate filler composite resin with fiber-re-inforced composite substructure[J].Dent Mater,2007,23(1):17-23

[12]姜永，倪龍興，鐘玉修.納米金剛石填料對(duì)光固化窩溝封閉劑粘結(jié)剪切強(qiáng)度和表面顯微硬度的影響[J]. 牙體牙髓牙周病學(xué)雜志，2003,13(5)：273

Effect of nano hydroxyapatite fillers on the sealant compressive strength,
microhardness and shear bond strength

ZHANGYan,WANGJian-ping,LIYan,ZHAOLiang,HANJun-ling

(Stomatology Hospital Affiliated to Jiamusi University, Jiamusi 154002, China)

Abstract:Objective: To study the effect of nano hydroxyapatite filler of pit and fissure sealant in the compressive strength, microhardness and shear bond strength, and to add the difference between different concentrations of nano hydroxyapatite filler. Methods: Nano hydroxyapatite is added to the pit and fissure sealant in different proportions. The compressive strength, microhardness and shearing strength detection was detected. Results: The addition of different concentrations of nano hydroxyapatite filler of pit and fissure sealant compressive strength, microhardness are improved obviously, and the shear bond strength is not affected. Conclusion: Nano hydroxyapatite filler with proper concentration can significantly enhance the mechanical properties of the sealant.

Key words:nano hydroxyapatite; sealant; compressive strength; microhardness; shear bond strength

中圖分類(lèi)號(hào):R78中圖分類(lèi)號(hào)：A

文章編號(hào)：1008-0104(2015)06-0058-03

基金項(xiàng)目：①佳木斯大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，編號(hào)：LM2015_067。

作者簡(jiǎn)介：張艷(1990~)女，黑龍江虎林人，在讀碩士研究生。

通訊作者：王健平(1959~)男，黑龍江佳木斯人，碩士，教授,碩士研究生導(dǎo)師。E-mail：yaner_15246483385@163.com。

(收稿日期：2015-09-09)