三種暫時冠橋樹脂材料的力學(xué)性能研究

王 舟 趙信義 柳燕如 李 楠 李石保

（軍事口腔醫(yī)學(xué)國家重點實驗室，口腔疾病國家臨床醫(yī)學(xué)研究中心， 空軍軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院口腔材料教研室，西安 710032）

暫時冠橋樹脂材料是臨床上常用的冠橋修復(fù)材料。暫時冠橋修復(fù)體在口腔內(nèi)應(yīng)當(dāng)具有足夠的力學(xué)性能以抵抗其在口腔內(nèi)服役時的咬合力，暫時冠橋修復(fù)體在服役期間發(fā)生斷裂、脫位，都會造成額外的臨床處理，并且可能對后續(xù)的永久性修復(fù)效果帶來不利的影響[1]。傳統(tǒng)的暫時冠橋修復(fù)材料是自凝塑料，20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了基于丙烯酸樹脂的雙糊劑型自動混合冠橋樹脂材料，為臨床制作暫時冠橋修復(fù)體帶來便利。隨著材料的進(jìn)步，近年來出現(xiàn)了可以使用更長時間的半永久（semi-permanent）冠橋樹脂材料[2]， 這些材料通過優(yōu)化樹脂基質(zhì)和增強(qiáng)填料，獲得較高的韌性和耐久性[3]。但是目前關(guān)于半永久冠橋樹脂材料的性能研究還較少，特別是與傳統(tǒng)臨時冠橋樹脂性能比較研究更少。本研究的目的是比較研究半永久冠橋樹脂材料、普通暫時冠橋樹脂及傳統(tǒng)的MB自凝塑料材料的力學(xué)性能，為臨床選擇應(yīng)用提供實驗參 考。

1 材料和方法

1.1 材料

選擇3種具有代表性的暫時冠橋樹脂材料：①LuxaCrown，批號217680，德國DMG公司產(chǎn)品，為雙聯(lián)管包裝的雙糊劑自凝復(fù)合樹脂類半永久冠橋樹脂材料，混合比例10∶1，靜態(tài)混合頭擠出混合；②Protemp 4， 批號9022，美國3M/ESPE公司產(chǎn)品，為雙聯(lián)管包裝的雙糊劑普通自凝復(fù)合樹脂類材料，混合比例10∶1，靜態(tài)混合頭擠出混合；③MB自凝塑料，粉液型自凝樹脂，批號20200120，上海二醫(yī)生物材料有限公司，粉液混合體積比3∶1，在調(diào)和物為稀糊期時充填模 具。

1.2 試樣制備

1.2.1 彎曲強(qiáng)度及彎曲模量測試試樣制備：根據(jù)我國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY-0826[4]推薦的不銹鋼模具及方法制備長（25±2） mm、寬（2±0.1） mm、高（2±0.1） mm的條狀試樣，每種材料制備10個。

1.2.2 壓縮強(qiáng)度測試試樣制備：不銹鋼中空對開模具，模具內(nèi)壁涂覆硅脂分離劑，以制備高（8.0±0.1） mm，直徑（4.0±0.1） mm 的圓柱體試樣，每種材料制備10個。

1.2.3 斷裂韌性測試試樣制備[5]：不銹鋼對半模具，可以制備長（25±0.5） mm、寬（5.0±0.1） mm、厚（2.5±0.1） mm的寬條狀試樣，模具內(nèi)腔長邊的一側(cè)中部有一三角形突出（圖1），可以在制備的試樣的一側(cè)長邊形成深2.0 mm的預(yù)制缺口。試樣制備好后，用鋒利的剃須刀片的刀刃置于預(yù)制缺口的底部，用手壓著刀片在缺口底部來回進(jìn)行切割運動，以在缺口底部形成深約0.5 mm的細(xì)尖切口。然后用游標(biāo)卡尺測量試樣的長、寬、厚，在光學(xué)顯微鏡下分別測量在兩面測量缺口深度，精度0.001 mm，取均值。每種材料制備10個。

圖1 制備斷裂韌性測試試樣的模具

兩種復(fù)合樹脂類材料試樣制備后浸入37℃水中，24 h后取出。自凝塑料試樣制備后先浸入60℃水中1 h，然后再浸入37℃水中，24 h后取出。取出后的試樣磨除飛邊，用精度0.02 mm的游標(biāo)卡尺測量每個試樣尺寸。

1.3 力學(xué)性能測試

1.3.1彎曲強(qiáng)度及彎曲模量測試[4]：在配有光柵位移計的材料試驗機(jī)上進(jìn)行三點彎曲試驗，支點跨距20 mm，試樣高度方向與載荷方向相同，以1.0 mm/min的壓頭速度進(jìn)行加載，直至試樣斷裂，記錄最大載荷及試樣彎曲過程中的載荷-撓度曲線，通過下式計算彎曲強(qiáng)度：

彎曲強(qiáng)度（MPa） = 3FL/ （2bh2）

式中，F(xiàn)為最大載荷（N），L為跨度（mm），b為試樣寬度（mm），h為試樣厚度（mm）。

通過下式計算彎曲模量：

彎曲模量（MPa） =FL3/ （4bh3d）

式中，F(xiàn)為試樣在彈性變形范圍的載荷（N），L為跨度（mm），b為試樣寬度（mm），h為試樣的厚度（mm），d為載荷F下的撓度（mm）。

1.3.2 壓縮強(qiáng)度測試：輕輕磨改圓柱狀試樣的兩個端面，使端面垂直于試樣長軸，將試樣直立放在材料試驗機(jī)的載物臺上，以1.0 mm/min的壓頭速度順試樣長軸對其加載，直至試樣破碎，記錄最大載荷，按下式計算壓縮強(qiáng)度：

壓縮強(qiáng)度（MPa）=最大載荷（N）/試樣橫截面積（mm2）

1.3.3 斷裂韌性測試[5]：將試樣缺口向下放在三點彎曲試驗的支點上，支點跨距20 mm，壓頭在試樣上面正對缺口處，以1.0 mm/min的速度對試樣加載，直至試樣斷裂，記錄最大載荷，按下式計算斷裂韌度（KIC）：

KIC= [3PLa?/ 2bw2]·f（a/w）

式中，f（a/w）=1.93-3.07 （a/w）+14.53 （a/w）2-25.11 （a/w）3+25.80 （a/w）4，P為最大載荷（N），L為跨度（mm），a為缺口深度（mm），b為試樣厚度（mm），w為試樣寬度（mm）。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用單因素方差分析對3種材料的各種力學(xué)性能進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，每一種力學(xué)性能的材料間的比較采用q檢驗。用Origin軟件中的卡普蘭一梅爾估計器（Kaplan-Meier estimator）對3種材料的彎曲強(qiáng)度的生存率進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

3種暫時冠橋樹脂材料力學(xué)性能測試結(jié)果見表1。由表可見，兩種復(fù)合樹脂類暫時冠橋樹脂材料的彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度及斷裂韌度均顯著大于傳統(tǒng)的MB自凝塑料（P< 0.05），2種復(fù)合樹脂類暫時冠橋樹脂間比較，LuxaCrown的彎曲強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度均顯著高于Protemp 4。彎曲模量和斷裂韌度方面，LuxaCrown高于Protemp 4和MB自凝塑料（P<0.05），Protemp 4和自凝塑料間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。

表1 3種暫時冠橋樹脂材料力學(xué)性能測試結(jié)果（）

表1 3種暫時冠橋樹脂材料力學(xué)性能測試結(jié)果（）

注：有不同上標(biāo)字母的數(shù)據(jù)之間P <0.05，有相同上標(biāo)字母的數(shù)據(jù)之間P>0.05。

材 料彎曲強(qiáng)度 （MPa）彎曲模量 （GPa）壓縮強(qiáng)度（MPa）斷裂韌度 （ MPa·m?）LuxaCrown 110.35±10.94a 2.46±0.17d 303.22±14.13f 1.30±0.12j Protemp 4 97.21±11.59b 2.24±0.15e 279.21±12.54g 1.16±0.13k MB自凝塑料 49.43±11.63c 2.09±0.19e 214.87±12.43h 1.10±0.14k

圖2是3種暫時冠橋樹脂材料彎曲試驗累計生存率階梯曲線，由圖可見，在傳統(tǒng)MB自凝樹脂材料發(fā)生100%失效的彎曲應(yīng)力下，兩種復(fù)合樹脂類暫時冠橋樹脂的累計失效可能性為零。兩種復(fù)合樹脂類材料間比較，造成LuxaCrown 材料累計63.2%試樣失效的彎曲應(yīng)力（特征強(qiáng)度）>112.8 MPa，明顯高于Protemp 4的特征強(qiáng)度（94.2 MPa）。

圖2 3種暫時冠橋樹脂材料彎曲試驗累計生存率階梯曲線

3 討論

暫時冠橋樹脂制作的修復(fù)體在口腔內(nèi)使用時間變化較大，多數(shù)暫時冠橋修復(fù)體口腔內(nèi)使用時間1 ～ 2周，但是一些暫時冠橋修復(fù)體口腔內(nèi)使用時間可長達(dá)數(shù)月至半年，例如一些患者的缺失牙齒時間較長，導(dǎo)致鄰牙傾斜，需要正畸治療，在這種情況下，缺失牙齒的暫時修復(fù)體的使用時間可達(dá)半年，甚至1年，這對暫時修復(fù)體的力學(xué)性能提出更高的要求。為此，近年來市場上出現(xiàn)半永久冠橋樹脂材料，本研究中的LuxaCrown就屬于此類材料。

彎曲試驗是評價冠橋材料的力學(xué)性能的重要試驗，能夠模擬材料在口腔內(nèi)的受力破壞情況，國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）和我國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YY）[4]均將三點彎曲試驗列為冠橋樹脂材料必須進(jìn)行測試的項目，三點彎曲試驗獲得的彎曲強(qiáng)度及彎曲模量是評價冠橋樹脂材料的重要指標(biāo)，研究表明較高的彎曲強(qiáng)度及彎曲模量能夠確保冠橋修復(fù)體具有更好的臨床效果和壽命[6]。

本研究結(jié)果表明，復(fù)合樹脂類材料顯示出優(yōu)于常規(guī)自凝塑料的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度，這與其材料組成和聚合后的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，復(fù)合樹脂類冠橋樹脂材料是基于含有雙官能團(tuán)的二甲基丙烯酸酯的樹脂材料，含有無機(jī)增強(qiáng)填料。其固化過程是單體分子兩端的雙鍵的打開、聚合，最終交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度和剛性（模量）。

傳統(tǒng)的MB自凝塑料是制作暫時性冠橋修復(fù)體歷史最悠久的材料，具有成本低、拋光性好等優(yōu)點，但是也存在著力學(xué)強(qiáng)度不高、聚合過程中產(chǎn)熱較多、聚合收縮大、氣味大、需要調(diào)和及修復(fù)體缺少射線阻射性等不足[7]。Balkenhol等[8]測定了3種復(fù)合樹脂類暫時冠橋樹脂材料和1種傳統(tǒng)自凝塑料冠橋樹脂材料的力學(xué)性能，結(jié)果表明，自凝塑料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量顯著低于復(fù)合樹脂類材料，彎曲強(qiáng)度均值只有后者的1/2 ～ 1/3，這一結(jié)果與本研究結(jié)果相近。自凝塑料的低強(qiáng)度可能與其聚合物結(jié)構(gòu)有關(guān)，自凝塑料聚合過程是其小分子甲基丙烯酸甲酯的聚合過程，最終形成分子量不是很大的線性聚合物，導(dǎo)致其強(qiáng)度和彈性模量不高[9]。自凝塑料粉、液混合時氣泡的卷入也是其聚合物強(qiáng)度不高的原因。LuxaCrown 材料的斷裂韌度明顯優(yōu)于Protemp 4和自凝塑料，而Protemp 4和自凝塑料的斷裂韌度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。這說明材料的斷裂韌性與材料類型關(guān)系不大，可能與材料的具體組成成分有關(guān)。本文采用普蘭-梅爾估計器（Kaplan-Meier estimator）對3種被測材料的彎曲強(qiáng)度的生存率進(jìn)行分析，展示了這些材料在不同的彎曲應(yīng)力下的生存率，從圖2可見，LuxaCrown 材料展現(xiàn)出最好的生存率，其次是Protemp 4，而傳統(tǒng)自凝樹脂的生存率最低。普蘭-梅爾估計器是一種估計未知總體生存函數(shù)的非參數(shù)估計量. 用于估計和繪制隨時間變化的生存概率，是常用的生存率統(tǒng)計方法。

4 結(jié)論

本研究提示：半永久冠橋樹脂材料LuxaCrown的力學(xué)性能（彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度及斷裂韌度）最高，其次是普通冠橋樹脂材料Protemp 4，MB自凝塑料的力學(xué)性能最差。。