不同表面處理方法及根管深度對(duì)玻璃纖維樁粘接強(qiáng)度的影響

王 玥，謝偉麗，李玥錕，施夢(mèng)汝，徐 琳，于敬偉

近年來隨著口腔美學(xué)修復(fù)的發(fā)展，纖維樁以其良好的美觀性、生物相容性、耐腐蝕性，對(duì)磁共振成像無影響等優(yōu)點(diǎn)逐漸在臨床上得到廣泛應(yīng)用。相較于金屬樁，纖維樁具有與牙本質(zhì)相似的彈性模量，能有效分散應(yīng)力，不易造成根折，并易于取出[1-2]。但臨床中常有纖維樁脫落、松動(dòng)等情況發(fā)生。纖維樁通過樹脂與根管牙本質(zhì)進(jìn)行粘接，形成纖維樁-樹脂、樹脂-根管牙本質(zhì)兩層界面[3]，而界面微機(jī)械固位的緊密程度決定了粘結(jié)強(qiáng)度。纖維樁與樹脂粘接失敗是目前臨床中纖維樁修復(fù)失敗的主要原因[4]。臨床中使用的纖維樁主要由環(huán)氧樹脂包繞呈軸向排列的纖維構(gòu)成，環(huán)氧樹脂為一種惰性材料，與樹脂粘接只能形成有限的化學(xué)結(jié)合力。許多研究證明，粘接前通過對(duì)纖維樁表面進(jìn)行物理或化學(xué)方法處理，增強(qiáng)環(huán)氧樹脂活性，增加表面粗糙度和潤(rùn)濕性，從而增強(qiáng)玻璃纖維樁與樹脂粘接材料之間的相互作用，可增加其粘結(jié)強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)通過薄片推出實(shí)驗(yàn)，比較纖維樁表面經(jīng)過4種方法處理后在根管不同深度的粘接強(qiáng)度，為纖維樁臨床應(yīng)用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

選取因正畸或牙周病拔除的無牙體組織缺損，牙根長(zhǎng)度、橫徑相似的下頜單根管前磨牙25顆(貯存于4 ℃生理鹽水中)；POPO玻璃纖維樁(北京實(shí)德隆科技發(fā)展有限公司，中國)；硅烷偶聯(lián)劑KH-570(南京聯(lián)硅化工有限公司，中國)；氫氟酸凝膠(BISCO公司，美國)；30%過氧化氫溶液(上海福景化工有限公司，中國)；20%乙醇鈉溶液(安徽酷爾生物工程有限公司，中國)；RelyXTMUltimate 粘接劑套裝(3M公司，美國)；75%乙醇溶液(山東利爾康醫(yī)療技術(shù)股份有限公司，中國)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器

根管銼(Mani公司，日本)；樁道預(yù)備擴(kuò)孔鉆(北京實(shí)德隆科技發(fā)展有限公司，中國)；光固化燈(Kavo Kerr Dental Co.,美國)，低速切割機(jī)(MTI.Co.，美國);電子萬能試驗(yàn)機(jī)(Zwick/Roell Co.,美國)；掃描電子顯微鏡(ZEISS，德國)；體視顯微鏡(蔡康光學(xué)儀器廠，中國)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

A:實(shí)驗(yàn)流程圖；B：薄片推出實(shí)驗(yàn)

圖1實(shí)驗(yàn)方法

Fig.1Experiment methods

1.3.1 離體牙制備 選取25顆牙體組織完整的單根管前磨牙，隨機(jī)分為5組，進(jìn)行常規(guī)根管治療后，放置于37 ℃的生理鹽水中保存。1周后使用硬組織切片機(jī)沿釉牙骨質(zhì)界垂直于牙體長(zhǎng)軸切除冠部組織，保證余留牙根長(zhǎng)度不少于9 mm。使用擴(kuò)孔鉆在根管內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)樁道預(yù)備，保留3 mm的根尖封閉區(qū)，根管內(nèi)紙尖拭干，備用。

1.3.2 纖維樁表面處理 選取25根直徑1.2 mm的POPO玻璃纖維樁，75%乙醇溶液清潔，使用無濁無水氣槍吹干，隨機(jī)分為5組。A組(對(duì)照組)：纖維樁表面未進(jìn)行處理；B組(過氧化氫組)：將纖維樁浸泡于30%H2O2溶液中10 min，使用無濁無水氣槍吹干后備用；C組(硅烷組)：將纖維樁浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中60 s，使用無濁無水氣槍吹干后備用；D組(氫氟酸凝膠組)：小毛刷蘸取4%氫氟酸凝膠均勻涂布纖維樁表面60 s，流動(dòng)蒸餾水沖洗后使用無濁無水氣槍吹干后備用；E組(乙醇鈉組)：將纖維樁浸泡于20%乙醇鈉溶液中10 min，使用無濁無水氣槍吹干后備用。

1.3.3 試樣制備 將已進(jìn)行表面處理的纖維樁粘接于樁道已預(yù)備完成的離體牙根管內(nèi)，待粘接劑完全固化后，于37 ℃生理鹽水中貯存1周。

使用自凝樹脂將實(shí)驗(yàn)牙包埋，在硬組織切片機(jī)上固定實(shí)驗(yàn)牙，刀片垂直于牙根，冷卻水沖洗下將纖維樁粘接部分的牙根試樣沿冠-根方向切割為厚度1 mm的薄片，每個(gè)試樣切取可得到6個(gè)薄片。按薄片所在試樣位置再分為根上部、根中部、根下部3組，即每?jī)蓚€(gè)連續(xù)薄片為一組，置于37 ℃生理鹽水中貯存待用。

1.3.4 微推出實(shí)驗(yàn) 將薄片放置在萬能試驗(yàn)機(jī)上，使用末端直徑小于1 mm的加載頭垂直向以0.5 mm/min對(duì)纖維樁(不接觸薄片中纖維樁以外部位)加載，至纖維樁完全脫出，記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值為最大破壞載荷。推出強(qiáng)度=最大破壞載荷/粘接面積。

在體視顯微鏡下放大20倍觀察所有薄片試樣的破壞模式，記錄為以下4種：纖維樁-粘接劑界面(Ⅰ型)，粘接劑-牙本質(zhì)界面(Ⅱ型)，內(nèi)聚破壞(Ⅲ型)，混合破壞(Ⅳ型)。

1.3.5 掃描電鏡觀察 使用掃描電子顯微鏡對(duì)經(jīng)過不同方法進(jìn)行表面處理后的纖維樁表面形貌進(jìn)行觀察，比較各組之間的差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 22.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析及多重比較，分析不同表面處理方法及根管不同深度對(duì)纖維樁粘接強(qiáng)度的影響，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

經(jīng)過不同方法進(jìn)行表面處理后的纖維樁在根管不同深度的粘接強(qiáng)度結(jié)果見表1。與A組(對(duì)照組)相比，通過不同方法進(jìn)行纖維樁表面處理后其粘接強(qiáng)度均有增加，由高到低的順序?yàn)?0%H2O2組>4%氫氟酸凝膠組>20%乙醇鈉溶液組>對(duì)照組。其中B組，D組，E組所測(cè)得粘接強(qiáng)度與A組有明顯差異，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且進(jìn)行兩組間對(duì)比，組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而C組所得數(shù)值與A組差異較小，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。另外，根據(jù)纖維樁位于根管內(nèi)深度不同，5組纖維樁與樹脂粘接強(qiáng)度由高到低的順序均體現(xiàn)為根上部>根中部>根下部，其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。在體視光學(xué)顯微鏡下薄片試樣破壞方式在根管不同部位均以纖維樁-粘接劑界面(Ⅰ型)破壞為主，未見內(nèi)聚破壞(Ⅲ型)方式，見圖2。

表1 纖維樁表面經(jīng)處理后在根管不同深度的粘接強(qiáng)度

圖2 在根管不同深度薄片試樣的破壞方式

SEM觀察結(jié)果可見，對(duì)照組的纖維樁表面被樹脂基質(zhì)嚴(yán)密覆蓋，僅暴露少量纖維(圖3)。經(jīng)過4種方法進(jìn)行表面處理后，與未經(jīng)表面處理的纖維樁對(duì)比，表面基質(zhì)均有不同程度的溶解，纖維束暴露量增加(圖4～7)，其中經(jīng)過30%H2O2溶液處理后的纖維樁表面樹脂基團(tuán)溶解量最多，纖維暴露明顯(圖4)；經(jīng)氫氧酸凝膠處理后的纖維樁除基質(zhì)溶解外，還可見纖維樁斷裂現(xiàn)象(圖6)；硅烷偶聯(lián)劑處理后的纖維樁表面基質(zhì)溶解量與纖維束暴露均較少(圖5)。

A: ×500；B： ×1 000

圖3A組(對(duì)照組)SEM

Fig.3Group A(untreatment) SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖4B組(30%H2O2組)SEM

Fig.4Group B(30%H2O2)SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖5C組(硅烷組)SEM

Fig.5Group C(silanization)SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖6D組(4%氫氟酸凝膠)SEM

Fig.6Group D (4%HF)SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖7E組(20%乙醇鈉)SEM

Fig.7Group E (20% sodium ethoxide)SEM

3 討 論

根管治療后牙冠嚴(yán)重缺損的牙齒需要樁核系統(tǒng)提供足夠的固位力，纖維樁以其優(yōu)秀的美觀效果以及具有與牙本質(zhì)相近的彈性模量等優(yōu)點(diǎn)在臨床中廣泛應(yīng)用。纖維樁修復(fù)成功主要包括兩個(gè)因素：一是纖維樁-樹脂-牙本質(zhì)間具有牢固的粘接結(jié)構(gòu)，二是纖維樁材料能夠承擔(dān)口腔各種功能所產(chǎn)生的力。臨床中纖維樁與樹脂間粘接缺陷是修復(fù)失敗的常見原因。未經(jīng)處理過的纖維樁表面環(huán)氧樹脂平滑致密，其間包繞的纖維束結(jié)構(gòu)未見暴露，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與樹脂中的甲基丙烯酸基缺乏有效結(jié)合，導(dǎo)致纖維樁出現(xiàn)松動(dòng)、脫落等現(xiàn)象[5]。因此，對(duì)纖維樁進(jìn)行表面處理，即處理環(huán)氧樹脂層，提高活性，有益于增強(qiáng)纖維樁與樹脂的粘接強(qiáng)度，提高纖維樁修復(fù)的成功率[6-7]。

在纖維樁表面涂布硅烷偶聯(lián)劑來達(dá)到增強(qiáng)其粘接強(qiáng)度的目的是臨床中常見的方法。但是，這種處理方法存在較大爭(zhēng)議。有研究表明，硅烷偶聯(lián)劑的作用機(jī)制為其功能烷氧基與含羥基無機(jī)纖維間的鍵合，玻璃纖維樁經(jīng)過硅烷化處理后，潤(rùn)濕性增加，并與樹脂粘接材料形成共價(jià)鍵，從而增加粘接強(qiáng)度[8]。與此相反，有學(xué)者認(rèn)為[9-10]，玻璃纖維樁粘接的化學(xué)結(jié)合主要存在于暴露纖維與樹脂粘接劑之間，而纖維樁表面環(huán)氧樹脂是一種高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)，硅烷偶聯(lián)劑中的硅醇基團(tuán)不能與纖維樁表面的羥基發(fā)生共價(jià)結(jié)合，因此單純使用硅烷偶聯(lián)劑并不能提高纖維樁-粘接劑界面的強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)使用KH-570硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維樁后，粘接強(qiáng)度與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，即對(duì)玻璃纖維樁表面進(jìn)行硅烷化處理無法有效增加其粘接強(qiáng)度。

氫氟酸凝膠在臨床中常用于全瓷修復(fù)體粘接前的處理，已有許多國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)或基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的研究表明其酸蝕的活躍機(jī)制是二氧化硅的溶解，產(chǎn)生粗糙的表面，從而增大有效粘接面積，促進(jìn)了纖維樁與樹脂粘合劑的機(jī)械聯(lián)鎖，但經(jīng)氫氟酸處理后的纖維樁在SEM下觀察表面形貌可見纖維軸向微裂，說明這種試劑會(huì)破壞纖維樁本身的結(jié)構(gòu)，破壞纖維樁的完整性[11-12]。研究表明，使用4%～5%低濃度氫氟酸需進(jìn)行60～120 s酸蝕[13]，高濃度氫氟酸進(jìn)行15～60 s酸蝕即可得到明顯效果[14]。本研究使用4%氫氟酸凝膠處理玻璃纖維樁表面60 s，薄片試樣的粘接強(qiáng)度顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，SEM觀察可見纖維樁內(nèi)部纖維束暴露，但纖維束本身出現(xiàn)斷裂，結(jié)構(gòu)發(fā)生部分破壞，此結(jié)果與上述學(xué)者研究結(jié)論一致。綜上所述，經(jīng)氫氟酸處理玻璃纖維樁表面后雖然能夠提高其粘接強(qiáng)度，但本身的機(jī)械強(qiáng)度等性能是否受到影響，是否能夠承擔(dān)口腔內(nèi)產(chǎn)生的力，仍需進(jìn)一步研究，故不建議在臨床中使用氫氟酸進(jìn)行纖維樁表面處理。

由于氫氟酸對(duì)纖維樁的完整性的影響，H2O2溶液在臨床中被推廣用于玻璃纖維樁表面處理[15]。H2O2可以通過部分溶解環(huán)氧樹脂上的環(huán)氧樹脂鍵來改善樹脂材料對(duì)樁表面的粘附，并且在不破壞纖維的前提下產(chǎn)生更多的微機(jī)械鎖合[16-17]，這種表面處理方法對(duì)玻璃纖維樁的粘接強(qiáng)度的影響與兩種因素有關(guān)，即H2O2的濃度和處理時(shí)間。Reperto等[18]報(bào)道了用24%H2O2溶液處理纖維樁10 min，可顯著提高其與樹脂的界面結(jié)合強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)使用的30%H2O2溶液具有較強(qiáng)的氧化性，處理纖維樁表面10 min后，其粘接強(qiáng)度與對(duì)照組相比有顯著提高。SEM觀察纖維張表面形貌可見表面樹脂基質(zhì)溶解較多，內(nèi)部纖維束大量暴露，表面粗糙度增加，且未見纖維束斷裂現(xiàn)象?？梢奌2O2能夠有效地處理玻璃纖維樁表面的惰性環(huán)氧樹脂層，若與其他方法聯(lián)合使用，可能對(duì)纖維樁粘接強(qiáng)度有更大程度的提高。

乙醇鈉具有強(qiáng)堿性，可通過底物氧化的方式破壞環(huán)氧樹脂的結(jié)合，掃描電鏡下可觀察到玻璃纖維樁表面的環(huán)氧樹脂被溶解，纖維得到暴露，使表面粗糙度增加，提高纖維樁-粘接劑間的機(jī)械和化學(xué)固位，改善樹脂與纖維樁直接的粘接強(qiáng)度[19]。本實(shí)驗(yàn)使用20%乙醇鈉溶液處理玻璃纖維樁后所得粘接強(qiáng)度，明顯高于對(duì)照組；SEM下觀察纖維樁外觀形貌也與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論吻合，提示20%乙醇鈉溶液酸蝕玻璃纖維樁能夠提高纖維樁的粘接強(qiáng)度，且未對(duì)纖維樁結(jié)構(gòu)造成破壞。

纖維樁在根管內(nèi)的穩(wěn)定不僅受纖維樁-粘接劑界面的影響，同樣也與在根管內(nèi)的位置有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)將每組試樣根據(jù)所在根管位置分為3組分別進(jìn)行微推出測(cè)試，得出根上部的粘接強(qiáng)度顯著高于根中部及根下部；分析薄片試樣破壞方式發(fā)現(xiàn)，隨著根管深度的加深，發(fā)生樹脂粘接劑與牙本質(zhì)界面破壞的薄片試樣數(shù)量增加，這一結(jié)果可能是由于在根管內(nèi)，由根頸部至根尖部，牙本質(zhì)小管的密度逐漸降低，使樹脂粘接劑與牙本質(zhì)形成的粘接面積逐漸減小，影響粘接效果[20-21]。

有文獻(xiàn)報(bào)道的能夠提高纖維樁粘接強(qiáng)度的表面處理方法還有許多，包括噴砂法、高錳酸鉀溶液處理法、低溫等離子及激光處理等；測(cè)定粘接強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)方法除微推出法外，還可以應(yīng)用微拉伸、彎曲實(shí)驗(yàn)等。對(duì)纖維樁粘接強(qiáng)度的相關(guān)研究多為體外實(shí)驗(yàn)，影響因素較多。為了降低離體牙的形態(tài)學(xué)及實(shí)驗(yàn)操作方面因素造成的干擾，本實(shí)驗(yàn)對(duì)所選取的離體牙要求較高，選用形態(tài)大小相近的圓形單根管下頜前磨牙，并且實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)步驟均在相關(guān)專業(yè)醫(yī)生的指導(dǎo)下進(jìn)行，得出結(jié)論。但本實(shí)驗(yàn)未完全模擬患者口內(nèi)情況，不能準(zhǔn)確反應(yīng)經(jīng)表面處理后的纖維樁在患者口內(nèi)修復(fù)后的粘接效果，具有局限性；另一方面，已知的這些方法對(duì)纖維樁粘接強(qiáng)度的提高有限，且易造成纖維樁結(jié)構(gòu)破壞。因此，尋找更加有效的方法來增加纖維樁的粘接強(qiáng)度，從而提高遠(yuǎn)期療效的方法，仍有待深入研究。