不同表面處理對LAVA樹脂納米瓷剪切強度的影響

孫煒貴，劉 芳，章非敏

近年來，隨著人們對美學(xué)需求的提高，全瓷修復(fù)的研究和應(yīng)用越來越廣泛。陶瓷材料按照加工工藝的不同可以分為燒結(jié)全瓷材料、鑄造陶瓷、熱壓鑄陶瓷、切削陶瓷、計算機輔助設(shè)計與制造(computer aided design and computer aided manufactureing，CAD/CAM)系統(tǒng)[1]。計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)系統(tǒng)簡化了修復(fù)體的操作步驟，可以在短時間內(nèi)制作出精密的全瓷修復(fù)體，減少了患者就診次數(shù)，在國內(nèi)的臨床應(yīng)用逐漸展開。研究適合CAD/CAM處理的材料是牙科材料中發(fā)展較快、變化較快的領(lǐng)域之一。目前主要有兩種材料可用于美學(xué)CAD/CAM加工的間接牙齒修復(fù)體：玻璃陶瓷/陶瓷和樹脂復(fù)合材料。CAD/CAM系統(tǒng)陶瓷可分為長石質(zhì)陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鋯材料。陶瓷材料強度高，耐化學(xué)腐蝕，色澤美觀，具有良好的生物相容性，導(dǎo)熱率低，不產(chǎn)生CT和MRI的偽影，在口腔臨床上的使用越來越普遍。但是陶瓷冠硬度高的同時材質(zhì)較脆，斷裂韌性低，制作流程易發(fā)生故障。相比于陶瓷，樹脂復(fù)合材料的特性更溫和，有利于材料切削。一套相對昂貴的CAD/CAM鉆頭(大約20美元/鉆)只能制造5～10個玻璃陶瓷/陶瓷冠，卻可以制作100多個樹脂復(fù)合材料冠?；诩{米技術(shù)的樹脂納米瓷——CAD/CAM納米復(fù)合材料(LAVA Ultimate)具有與通常使用的CAD/CAM材料相似的抗裂性，抗壓性強，又更容易加工和修整[2-3]，可用作玻璃陶瓷椅旁CAD/CAM的替代品[4-5]，適用于貼面、嵌體/高嵌體。相較于二硅酸鋰、氧化鋯增強硅酸鋰、聚合物浸潤陶瓷等CAD/CAM陶瓷修復(fù)材料，樹脂納米瓷因為彈性更佳，可通過變形吸收更多的應(yīng)力，表現(xiàn)出更好的抗疲勞效能[6]。有研究證明LAVA Ultimate在冷熱循環(huán)老化后粗糙度較為穩(wěn)定[7]。無論是抗彎(接近200 MPa)、抗壓(380 MPa)和抗磨損(每年2～10 μm)性能，樹脂納米瓷都具有類似于天然牙齒的特征[8]，而且與牙釉質(zhì)相比，具有更好的耐磨性及較低的對磨物磨損[9-10]。選擇合適的粘接劑及所涉及粘結(jié)界面的預(yù)處理可以使牙體-修復(fù)體之間緊密結(jié)合，提高修復(fù)體的抗折強度。

1 材料與方法

1.1 實驗材料和儀器

LAVA Ultimate(3M，美國)，RelyX Ultimate樹脂水門汀(3M ESPE，美國)，Single Bond Universal通用粘接劑(3M ESPE，美國)All-bond Universal(Bisco，美國),Porcelain Primer(Bisco，美國)，萬能測試機(Instron，美國),3M 350光固化樹脂、冷熱循環(huán)機(南京先歐儀器制造有限公司)，LED光固化燈(啄木鳥，中國)，KQ-500B超聲波清洗器、噴砂機(Renfert，德國)，聚氯乙烯PVC管(廣東佛山聯(lián)塑建材貿(mào)易有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 噴砂實驗 LAVA Ulimate切削成大小約 6 mm×6 mm,高度約為4 mm的樣本80片,其中40片隨機數(shù)字表法均分為4組,每組10個樣本。第1組0.1 MPa+噴砂時間7 s，第2組0.1 MPa+噴砂時間14 s，第3組0.2 MPa+噴砂時間7 s，第4組0.2 MPa+噴砂時間14 s。按照分組條件分別進行噴砂。所有樣本均由同一操作者在室溫下使用噴砂機距離樣本表面10 mm處用50 μm Al2O3砂粒噴砂，噴砂完成后使用乙醇去除噴砂顆粒，超聲清洗10 min,用無油無水氣體進行干燥，備用。用硅膠墊片制作直徑為4 mm，高1.5 mm的樹脂柱。樹脂柱與陶瓷片的粘接界面膠帶上制作直徑4 mm的圓形小孔，將膠帶的小孔貼在大瓷片的中央，用來限定將來粘接的面積。均使用使用3M Single Bond Universal+3M RelyX Ultimate與納米樹脂柱粘接。

使用材料力學(xué)萬能試驗機, 分別對各組試樣進行剪切強度的測試。測試時, 剪切方向與樹脂納米瓷片粘接面平行,加載速度設(shè)定為方向與樹脂納米瓷片粘接面平行,加載速度設(shè)定為 0.5 mm/min, 加載方向為垂直加載, 直至粘接面斷裂，記錄最大負(fù)荷讀數(shù)。剪切強度=負(fù)載÷粘接面積。

計算剪切強度，選出剪切強度最高組，第4組0.2 MPa+噴砂時間14 s。

1.2.2 粘接實驗 選用40片樣本均使用0.2 MPa壓力下噴砂14 s，按隨機數(shù)字表法均分為A、B兩組,每組20個樣本。A組使用Single Bond Universal(SBU)粘接劑，B組使用Porcelain Primer(PP)硅烷偶聯(lián)劑后，再使用All-bond Universal(ABU)。所有樣本均使用RelyX Ultimate(RXU)雙固化樹脂水門汀粘接。

A組反復(fù)涂抹SBU 20 s,輕吹5 s直至溶劑全部揮發(fā)，光照10 s。B組表面涂一層PP，等待30 s后用氣槍吹干，涂布ABU粘接劑，輕吹5 s，光固化10 s。表面處理結(jié)束后將RelyX Ultimate樹脂水門汀填滿膠帶圓孔，然后使用預(yù)制樹脂柱按壓在圓孔上，清除多余粘接劑后加載50 N靜止壓力。樹脂水門汀使用可見光固化機進行投照40 s, 直至樹脂粘接劑完全凝固。室溫靜置30 min(圖1)。A1,B1置于5 ℃和55 ℃蒸餾水中交替循環(huán)，每隔60 s變換，更換耗時10 s，總計循環(huán)5 000次。A2、B2置于37 ℃恒溫蒸餾水水浴24 h。結(jié)束后用自凝樹脂將制作好的粘接試件包埋在于內(nèi)徑25 mm、高50 mm的聚氯乙烯管中。完成粘接試件的制作。使用材料力學(xué)萬能試驗機, 分別對各組試樣進行剪切強度的測試。

圖1 粘接試件

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

使用 SPSS 27.0 統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析,組間比較使用SNK-q檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。所有的分析為雙側(cè)檢驗。

2 結(jié) 果

不同噴砂分組下樹脂納米瓷(LAVA Ultimate)剪切強度見表1。A、B分組后冷熱循環(huán)與恒溫水浴組的剪切強度的比較見表2。

表1 不同的噴砂分組樹脂納米瓷(LAVA Ultimate)粘接后剪切強度

表2 A,B分組后冷熱循環(huán)與恒溫水浴組的剪切強度的比較

表1單因素方差分析顯示第4組與第2組的剪切強度差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.037),相同噴砂時間0.2 MPa壓力下剪切強度值更高。表2單因素方差分析結(jié)果顯示：A組(SBU+RXU)與B組(PP+ABU+RXU)不同粘接方式的剪切強度差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),同種粘接方式下恒溫水浴分組明顯高于冷熱循環(huán)分組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

3 討 論

CAD/CAM整體式修復(fù)是快速可靠的，但不同的塊體材料不具備普遍應(yīng)用于臨床的理想特性。樹脂納米瓷結(jié)合了陶瓷與樹脂的優(yōu)點，并且普通陶瓷通過樹脂水門汀與牙體粘接需要特殊處理，表面的處理方法包括噴砂、酸蝕、硅烷偶聯(lián)劑處理等，而LAVA Ultimate CAD/CAM修復(fù)材料是一種樹脂納米陶瓷，它含有大約 80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))納米陶瓷顆粒結(jié)合在樹脂基質(zhì)中。填料是非團聚/不凝聚的20 nm二氧化硅填料、非團聚/不凝聚的4～11 nm氧化鋯填料、聚合的氧化鋯/二氧化硅群聚填料(由20 nm二氧化硅和4～11 nm氧化鋯顆粒組成)的組合。其中樹脂基質(zhì)與樹脂水門汀成分近似，更易形成化學(xué)結(jié)合[11]。本次研究在于尋找哪種處理方法能提高樹脂納米瓷與樹脂水門汀間的剪切強度，為臨床實際操作選擇更簡單高效的方案提供參考依據(jù)。

大量實驗證實了噴砂對修復(fù)體粘接效果有加強作用[12]。有研究證實樹脂納米瓷在50 μm Al2O3和110 μm Al2O3噴砂處理后剪切強度顯著性增高,并且改變了復(fù)合物陶瓷的表面形貌,有利于復(fù)合物陶瓷與牙體組織粘接時形成微機械嵌合與化學(xué)結(jié)合作用。但大顆粒氧化鋁噴砂后易造成復(fù)合物機械性能降低[13-14]，誘發(fā)陶瓷表面微形態(tài)變化[15],所以本次實驗均使用50 μm Al2O3。單因素方差分析結(jié)果表明不同噴砂條件的分組對剪切強度差異有統(tǒng)計學(xué)意義。第4組在0.2 MPa壓強下噴砂14 s剪切強度值最高，僅第2組和第4組差異有統(tǒng)計學(xué)意義。通用粘接劑的粘接強度會隨著時間推移而下降[16]，所有分組在冷熱循環(huán)后剪切強度均有顯著降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

有研究認(rèn)為氫氟酸處理對樹脂納米瓷與牙本質(zhì)的粘接強度無明顯影響[17]。氫氟酸可以選擇性地溶解二氧化硅的玻璃相或晶體相[18]，從而形成表面微孔結(jié)構(gòu)，獲得不規(guī)則機械固位表面[19]。但氫氟酸處理后樹脂納米瓷的微孔為納米級空隙，僅有少量樹脂水門汀滲入，對粘接強度沒有明顯改善，并且陶瓷顆粒一部分為氧化鋯，氫氟酸處理對氧化鋯不產(chǎn)生影響。所以本次實驗排除了氫氟酸的處理方法。

B組添加了Porcelain Primer，其主要成分是一種以醇和丙酮為基料的單組分硅烷偶聯(lián)劑，有研究證實硅烷偶聯(lián)劑可以對納米二氧化硅進行改性，提高樹脂水門汀的粘接[20-21]。硅烷偶聯(lián)劑可以緩解納米氧化鋯的團聚現(xiàn)象，使粒子間均勻分布[22]，但有實驗證實硅烷化并不會顯著提高LAVA Ultimate的粘接強度[23]。本次實驗A、B組恒溫水浴與冷熱循環(huán)后均無統(tǒng)計學(xué)差異。A組SBU作為新一代粘接劑，因其含有多種功能成分，包括硅烷和MDP(10-甲基丙烯氧癸基—磷酸二氫酯)，與可切削材料的不同成分化學(xué)結(jié)合，增加粘接強度[24]。也有研究認(rèn)為單獨使用硅烷并不會改變樹脂基陶瓷的微剪切強度，使用含硅烷的通用粘接劑更佳[25]。相較B組，A組操作更為簡單，無需另外添加硅烷偶聯(lián)劑，減少了臨床操作步驟和時間，降低了技術(shù)敏感性，簡化粘接步驟。

綜上所述，0.2 MPa壓力下噴砂14 s可明顯提高樹脂納米瓷與樹脂水門汀的剪切強度。通用粘接劑與硅烷配合使用與單獨使用含硅烷的通用粘接劑相比，兩者之間的剪切強度并無明顯差異。Single Bond Universal通用粘接劑與RelyX Ultimate樹脂水門汀配合使用臨床操作更簡單快捷。冷熱循環(huán)可顯著降低樹脂納米瓷與樹脂水門汀的剪切強度。