不同粘接系統(tǒng)用于樹脂陶瓷復(fù)合材料的體外實(shí)驗(yàn)研究

周 力，顏 越，章非敏

南京醫(yī)科大學(xué)口腔疾病研究江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院修復(fù)科，江蘇 南京 210029

牙科椅旁計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制作（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）技術(shù)在口腔修復(fù)體臨床行業(yè)已趨于成熟。近年來出現(xiàn)了一種結(jié)合樹脂和陶瓷優(yōu)勢的新型樹脂陶瓷復(fù)合材料，成為間接修復(fù)體新的材料選擇。如3M 公司生產(chǎn)的LavaTMUltimate（優(yōu)韌瓷）為全球首款樹脂復(fù)合陶瓷，具有與牙本質(zhì)相近的彈性模量（18 GPa），且其完美的切削邊緣完整性，使材料在切削和使用過程中不易斷裂，不易崩瓷，易于修補(bǔ)［1］，成為椅旁CAD/CAM 修復(fù)的新選擇，因此本實(shí)驗(yàn)選擇該優(yōu)韌瓷作為粘接材料。

目前國內(nèi)外學(xué)者對優(yōu)韌瓷粘接性能研究較多，但多以材料表面處理方式為研究方向，而間接修復(fù)體的固位涉及粘接系統(tǒng)、固位形、抗力形、機(jī)械強(qiáng)度等多種因素，其中粘接系統(tǒng)的選擇對修復(fù)效果影響較大。牙本質(zhì)粘接系統(tǒng)經(jīng)歷七代的變遷，粘接技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，獲得了臨床醫(yī)師的肯定。目前臨床上應(yīng)用于口腔的樹脂粘接劑，根據(jù)其臨床操作方式，主要分為全酸蝕和自酸蝕兩類［2］。近年來，市場出現(xiàn)了一種通用型粘接劑，即“第八代粘接劑”，既可應(yīng)用于全酸蝕技術(shù)又可應(yīng)用于自酸蝕技術(shù)。第八代粘接劑因其高粘接強(qiáng)度和各種界面都能粘接的通用性能，及操作步驟簡單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)得到口腔醫(yī)師的青睞，被廣泛應(yīng)用于口腔治療中。本次實(shí)驗(yàn)采用的Single Bond Universal 和OptiBond Versa 即為臨床常見的第八代粘接劑。因?yàn)槠洳僮鳛樽运嵛g，所以本次實(shí)驗(yàn)又選用第五代全酸蝕粘接劑Kerr OptiBond S作比較。

本研究從臨床角度出發(fā)，選用不同粘接系統(tǒng)用于優(yōu)韌瓷，比較其粘接性能，并探索其在老化環(huán)境下粘接性能的改變情況，進(jìn)而為該材料的臨床應(yīng)用及相關(guān)研究提供參考，從而更好服務(wù)于臨床，為醫(yī)師在選擇牙齒修復(fù)保護(hù)的粘接系統(tǒng)方面提供可靠的依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

新鮮離體牙，優(yōu)韌瓷、Single Bond Universal萬能膠（3M ESPE公司，美國），Kerr OptiBond S、Kerr NX3通用型樹脂水門汀、Kerr OptiBond Versa（Kerr公司，美國），硅烷偶聯(lián)劑、牙科用磷酸酸蝕劑37%（吉林登泰克牙科材料有限公司），可口可樂（經(jīng)典版，pH=2.5），蘇打水（焦作市明仁天然藥物有限責(zé)任公司，pH=7.8）及人工唾液（按ISO/TR10271標(biāo)準(zhǔn)配制，pH=6.8）。

光固化燈（桂林啄木鳥醫(yī)療器械有限公司），氧化鋁噴砂機(jī)（EXP，佛山西耐德醫(yī)療器械有限公司），游標(biāo)卡尺（桂林精密），金相磨拋機(jī)（上海瑞戈實(shí)業(yè)有限公司），恒溫水浴箱（上海啟前電子科技有限公司），微機(jī)控制電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南思達(dá)測試技術(shù)有限公司），高速渦輪機(jī)（NSK 公司，日本），超硬石膏（上海醫(yī)療器械股份有限公司齒科材料廠）。

1.2 方法

1.2.1 離體牙的收集和制備

選擇在口腔外科1個(gè)月內(nèi)拔除的磨牙96顆，為經(jīng)肉眼觀察牙體表面無齲壞、無缺損（四環(huán)素牙等）、牙根發(fā)育完全，且經(jīng)放大鏡下觀察無隱裂的標(biāo)準(zhǔn)牙。用超聲潔治機(jī)去除離體牙周邊的軟組織，置于生理鹽水，存放在4 益冰箱，定期（1 周）更換生理鹽水，1個(gè)月內(nèi)使用。

1.2.2 樹脂瓷塊的制備

在體式顯微鏡下，觀察樹脂陶瓷復(fù)合材料優(yōu)韌瓷，確保無明顯裂紋和破損，然后用低速切割機(jī)切割成96 個(gè)4 mm×4 mm×5 mm 的標(biāo)準(zhǔn)瓷塊（粘接面積≈4 mm×4 mm）。按粘接標(biāo)準(zhǔn)要求，依次使用200 目、400 目、600 目的碳化硅耐水磨砂紙濕性打磨樹脂瓷塊的粘接面60 s，將打磨后的瓷塊置于超聲蕩洗機(jī)中蕩洗5 min，吹干備用。制備過程均由實(shí)驗(yàn)者1人完成。

1.2.3 牙本質(zhì)塊的制備

將低速切割機(jī)垂直于牙體長軸，在離體牙的釉牙本質(zhì)界以上1 mm 處去除牙合面的牙體，暴露牙本質(zhì)面。牙本質(zhì)面＞4 mm×4 mm，用水砂紙（360 目、600目、800目）依次濕水打磨，再用超聲清洗10 min，備用。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)分組及剪切樣本制作

優(yōu)韌瓷粘接面預(yù)處理：小顆粒氧化鋁噴砂（50 μm 及以下）優(yōu)韌瓷表面10 s，流動(dòng)水沖洗并徹底干燥，保證清除所有蝕刻屑。將硅烷偶聯(lián)劑涂施到噴砂過的優(yōu)韌瓷表面，輕微干燥（1 s）。

按照隨機(jī)數(shù)字表法，將牙本質(zhì)塊分為3 組（n=8），分別用不同粘接方法（兩步法自酸蝕粘接系統(tǒng)、雙組分全酸蝕粘接系統(tǒng)、一步法自酸蝕粘接系統(tǒng)）將牙本質(zhì)塊與優(yōu)韌瓷按照說明書進(jìn)行粘接（表1），砝碼加壓1 min，光固化20 s，去除多余粘接劑［3］，置于37 益的恒溫水浴箱中儲(chǔ)存24 h。

表1 3種粘接系統(tǒng)的組分Table 1 Components of three bonding systems

按以上操作制備72 個(gè)樣本進(jìn)行人工老化處理。各粘接系統(tǒng)組內(nèi)樣本隨機(jī)分3組（n=8），分別置于可樂（經(jīng)典版）、蘇打水及人工唾液，37 益恒溫水浴箱中保存30 d，每周換液。所有的樣本包埋于超硬石膏中，制作成3.5 cm×3.5 cm 的柱狀物，注意不能污染粘接面。

1.2.5 樣本的包埋、固定

將離體牙置于裝滿超硬石膏的3.5 cm×3.5 cm×3.0 cm 方型聚乙烯管中，并確保瓷塊四面與管口四邊平行。

1.2.6 剪切強(qiáng)度測試

把剪切樣本放在微機(jī)控制電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)特制的夾具上，調(diào)整加載頭緊貼牙本質(zhì)面，保證加載力方向與粘接面平行，下降速度設(shè)為1 mm/min，電腦自動(dòng)記錄樣本斷裂瞬間的最大載荷值，即最大剪切力（F）。根據(jù)公式P=F/S（P為剪切強(qiáng)度，F(xiàn)為樣本斷裂瞬間的最大載荷，S 為有效粘接面積），計(jì)算剪切強(qiáng)度值（MPa）。測試由同1名操作人員完成。

1.2.7 牙本質(zhì)面斷裂形式

用體視顯微鏡（×30）觀察并記錄各組剪切樣本的斷裂形貌，將其分為3 類，界面破壞：破壞發(fā)生于被粘體（瓷塊或牙本質(zhì)面）上，破壞界面表面極少或者沒有粘接劑余留；內(nèi)聚破壞：破壞發(fā)生在牙本質(zhì)或優(yōu)韌瓷內(nèi)部，表明粘接強(qiáng)度大于樹脂水門汀、牙本質(zhì)或優(yōu)韌瓷的內(nèi)聚能；混合破壞：同時(shí)含有界面破壞和內(nèi)聚破壞。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，采用t檢驗(yàn)，多組比較采用方差分析，兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以例數(shù)表示，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組牙本質(zhì)剪切強(qiáng)度比較

所有剪切樣本放置于37 益恒溫水浴箱中水浴24 h 后，一步法自酸蝕粘接系統(tǒng)組的剪切強(qiáng)度高于雙組分全酸蝕粘接系統(tǒng)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.001），兩步法自酸蝕粘接系統(tǒng)組的剪切強(qiáng)度也高于雙組分全酸蝕粘接系統(tǒng)組（P=0.028）。一步法自酸蝕粘接系統(tǒng)剪切強(qiáng)度與兩步法自酸蝕粘接系統(tǒng)無明顯差異（P=0.208，圖1）。

圖1 3種粘接系統(tǒng)剪切強(qiáng)度之間的比較Figure 1 Comparisons of shear strength among three bonding systems

2.2 各組牙本質(zhì)斷裂形式的比較

剪切樣本斷裂后，各組牙本質(zhì)斷裂形式均以混合破壞為主，各實(shí)驗(yàn)組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.241，表2）。

表2 3種粘接系統(tǒng)老化前剪切測試后斷裂形式的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Table 2 Statistical data of fracture forms of three bonding systems after shear testing before aging（n=8）

2.3 浸泡老化后3種粘接系統(tǒng)的剪切強(qiáng)度

同種粘接系統(tǒng)的不同溶液浸泡后剪切強(qiáng)度值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Ⅰ組、Ⅱ組、Ⅲ組內(nèi)不同浸泡液間剪切強(qiáng)度值比較，P值分別為0.310、0.603、0.253），即浸泡溶液種類對剪切強(qiáng)度無顯著影響（圖2）。

圖2 3種粘接系統(tǒng)在酸堿環(huán)境浸泡后剪切強(qiáng)度之間的比較Figure 2 Comparisons of shear strength among three bonding systems after immersion in acid and alkali environment

2.4 同組老化前后剪切強(qiáng)度

與老化前比較，各組浸泡可樂［4］、蘇打水、人工唾液30 d后剪切強(qiáng)度均不同程度降低，但剪切強(qiáng)度值的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P=0.157（Ⅰ組），P=0.553（Ⅱ組），P=0.201（Ⅲ組），說明3 種老化方式均未對粘接強(qiáng)度造成顯著負(fù)面影響（圖3）。

圖3 3種粘接系統(tǒng)在老化前后剪切強(qiáng)度對比Figure 3 Comparisons of shear strength among three bonding systems before and after aging in the same group

3 討論

隨著患者對義齒美學(xué)外觀的更高需求，醫(yī)師對修復(fù)材料粘接性能、機(jī)械強(qiáng)度的更高追求，研究者不斷改進(jìn)粘接材料及間接修復(fù)材料，優(yōu)化材料的組成成分，強(qiáng)化間接修復(fù)體性能及舒適感，并獲得較好的粘接強(qiáng)度。本研究使用了目前較為廣泛應(yīng)用的優(yōu)韌瓷，即納米復(fù)合陶瓷，其具有突出的美學(xué)效果、優(yōu)良的生物學(xué)性能以及高強(qiáng)度的機(jī)械性能［5］，在國外已作為一種良好的美學(xué)修復(fù)材料，成為口腔修復(fù)重建領(lǐng)域中的主流材料之一［6］。通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，與其他CAD/CAM 修復(fù)材料相比，優(yōu)韌瓷的耐磨性、機(jī)械強(qiáng)度及與粘接劑結(jié)合的能力均較優(yōu)越，且更適用于主要依靠粘接力固位的修復(fù)方式［7］。

3.1 處理方式的選擇

間接修復(fù)體借用樹脂水門汀與牙體表面形成了牙本質(zhì)-粘接劑-復(fù)合樹脂粘接界面的類似三明治的結(jié)構(gòu)。眾多文獻(xiàn)研究也表明，牙體與樹脂之間的自酸蝕、全酸蝕技術(shù)較為成熟，基本滿足臨床實(shí)際的需求［8-9］。但臨床操作中發(fā)現(xiàn)，間接修復(fù)體的固位力很大程度上受樹脂粘接劑的影響，而粘接強(qiáng)度是評估固位力的重要指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)選用兩步法自酸蝕光固化通用粘接劑（第八代）和第五代全酸蝕粘接劑作為研究對象，以一步法自酸蝕通用粘合劑（第八代）作為對照，研究不同粘接體系對優(yōu)韌瓷瓷塊與正常牙本質(zhì)之間粘接性能的影響，及在酸堿環(huán)境下粘接性能的差異，尋找滿足臨床需求且性價(jià)比較高的粘接體系。

本實(shí)驗(yàn)選用的自酸蝕粘接系統(tǒng)是含磷酸酯功能單體（GPDM）的OptiBond Versa 和含硅烷偶聯(lián)劑和磷酸酯功能單體（MDP）的萬能膠Single Bond Universanl。Single Bond Universal 為第八代通用粘接劑，其不但臨床操作的粘接過程對口腔環(huán)境要求低，而且因主要組成成分包括MDP 單體、硅烷偶聯(lián)劑、VitreBond 共聚物等，其與牙本質(zhì)、牙釉質(zhì)及修復(fù)材料等都有較好的粘接性能［10］。Single Bond Universal 通常與Rely X Ultimate 配套使用，其修復(fù)粘接效果獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持及臨床醫(yī)師的肯定［11］。

OptiBond Versa 是來自KaVo Kerr 的一種自酸蝕雙組分通用新型粘合劑，具有獨(dú)特的智能pH 技術(shù)，即光聚合后酸度下降，其預(yù)處理劑富含金標(biāo)準(zhǔn)GPDM 單體和三溶劑系統(tǒng)（水、乙醇、丙酮），可實(shí)現(xiàn)整體聯(lián)合作用，其中包括增強(qiáng)蝕刻、再潤濕能力、深度滲透和均勻粘合層［12］。文獻(xiàn)表明，應(yīng)用于牙本質(zhì)的基于GPDM 引物配方的界面與基于MDP 的粘合劑產(chǎn)生的界面在結(jié)構(gòu)上沒有差異［9，13］。本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果也證實(shí)了該觀點(diǎn)。

而Kerr OptiBond S系統(tǒng)是將粘接系統(tǒng)與底涂劑合二為一的第五代全酸蝕單組分粘接系統(tǒng)。其粘接原理主要是采用“濕粘接”，保持水分從而利于保持牙本質(zhì)膠原網(wǎng)膨松狀態(tài)，也利于確保樹脂滲透性。因其成分中含有丙酮溶劑，有較好的揮發(fā)性，能有效置換出牙本質(zhì)面膠原纖維之間的水分，樹脂單體隨后可進(jìn)入膠原纖維之間的微孔中并與其產(chǎn)生緊密接觸，從而進(jìn)入膠原纖維結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，形成牢固的微機(jī)械鎖結(jié)固位。

此外，為了確保剪切樣本的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，在優(yōu)韌瓷塊預(yù)處理時(shí)，本實(shí)驗(yàn)均采用氧化鋁噴砂及硅烷偶聯(lián)劑處理。研究表明，樹脂陶瓷復(fù)合材料經(jīng)噴砂、氫氟酸或硅烷偶聯(lián)劑等處理后，能提高間接修復(fù)材料的粘接強(qiáng)度［14］。

3.2 剪切強(qiáng)度測試結(jié)果與表面形貌比較

剪切實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室最廣泛使用的粘接劑系統(tǒng)評估方法之一。本實(shí)驗(yàn)采用剪切強(qiáng)度測試反映粘接界面的粘接力，從而幫助評估牙本質(zhì)粘接界面的粘接強(qiáng)度。

本實(shí)驗(yàn)證實(shí)，兩種自酸蝕通用型粘接系統(tǒng)粘接強(qiáng)度均明顯高于全酸蝕粘接系統(tǒng)。對于樹脂復(fù)合陶瓷材料優(yōu)韌瓷，一步法自酸蝕通用型粘接系統(tǒng)與兩步法自酸蝕通用型粘接系統(tǒng)效果相當(dāng)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與Krikheli 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致［15］。但丘洪添等［16］研究表明全酸蝕粘接系統(tǒng)的剪切力及纖維樁與樹脂結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)于自粘接系統(tǒng)。本研究認(rèn)為這可能是由于Single Bond Universal 粘接劑中含有10-甲基丙烯酸二氫甲酰氧基磷酸酯單體，其作用在于可溶解復(fù)合樹脂陶瓷材料表面的微粒子層，單體自身擴(kuò)散，滲透到其中，在復(fù)合樹脂陶瓷塊表面產(chǎn)生樹脂浸潤層，而樹脂浸潤層則與流體樹脂形成共同體，從而利于粘接強(qiáng)度的提高。而Kerr OptiBond Versa 屬于兩步法自酸蝕通用粘合劑，是唯一一種能將全酸蝕粘接劑的“強(qiáng)大粘接性能和持久效果”與自酸蝕粘接劑的“簡單操作”結(jié)合在一起的新一代粘接產(chǎn)品，是基于GPDM 的粘合劑，比基于MDP的粘合劑具有更大的粘接潛力［17］。

本研究的牙本質(zhì)面斷裂形貌數(shù)據(jù)顯示，3 種粘接系統(tǒng)的斷裂形貌差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，大多表現(xiàn)為粘接劑殘留于納米復(fù)合陶瓷面，而牙本質(zhì)面較少，表明優(yōu)韌瓷面通過氧化鋁噴砂和硅烷化處理后，與樹脂粘接劑獲得較好的粘接強(qiáng)度，但是與牙本質(zhì)的粘接仍是整個(gè)粘接中的薄弱環(huán)節(jié)。

3.3 酸堿老化下剪切強(qiáng)度的比較

在口腔環(huán)境中，粘接劑常受到酸堿變化、溫度高低及咀嚼力大小等多因素影響繼而出現(xiàn)老化現(xiàn)象，尤其是在酸堿環(huán)境中隨著時(shí)間推移影響修復(fù)材料的表面性能、顏色等。因此，本研究的第二部分實(shí)驗(yàn)就是模擬在口腔酸堿環(huán)境下不同粘接系統(tǒng)對優(yōu)韌瓷面與牙本質(zhì)面間的剪切強(qiáng)度是否存在差異。在本實(shí)驗(yàn)中，3 種粘接系統(tǒng)在酸堿環(huán)境浸泡后剪切強(qiáng)度的改變無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與其他學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致［18-19］。這可能與本次實(shí)驗(yàn)選的材料有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為CAD/CAM 樹脂復(fù)合材料對不同酸性介質(zhì)和軟化水具有足夠的抵抗力［20］，可能與優(yōu)韌瓷成分中納米填料以分散納米粒子和納米粒子團(tuán)簇形式存在有關(guān)，而且納米填料為79%氧化鋯-二氧化硅，其中氧化鋯具有對酸和堿的耐腐蝕性［21］。所以飲料對優(yōu)韌瓷的粘接強(qiáng)度影響甚微。

因此，鑒于自酸蝕粘接系統(tǒng)的剪切強(qiáng)度優(yōu)于全酸蝕粘接系統(tǒng)，而酸堿液老化處理對3 種粘接系統(tǒng)與優(yōu)韌瓷間的剪切強(qiáng)度均無顯著不利影響，在嵌體修復(fù)實(shí)際操作選擇時(shí)，醫(yī)師考慮材料在可侵蝕條件下耐久性可優(yōu)先使用CAD/CAM 樹脂陶瓷復(fù)合材料。

目前在有關(guān)樹脂復(fù)合材料老化實(shí)驗(yàn)中，對其顏色穩(wěn)定性、耐磨性方面的研究［22］較多，而酸堿老化環(huán)境對其粘接性能的相關(guān)改變報(bào)道比較少，但本研究對粘接試件進(jìn)行體外老化處理的時(shí)間較短，且無法準(zhǔn)確模擬口腔內(nèi)材料變化行為，如在口腔環(huán)境中，唾液的緩沖能力pH 值是會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，在體外研究模型中很難表現(xiàn)，因此建議進(jìn)行進(jìn)一步的長期體內(nèi)研究。