口腔復合樹脂表面分析方法的比較

[摘要]目的 比較四種測試方法對兩種納米復合樹脂拋光表面的測試結果。方法 兩種納米復合樹脂Z350及Majesty在Sof-lex拋光盤拋光后依次由光澤度儀，原子力顯微鏡，機械表面粗糙度儀，掃描電鏡檢測，比較不同測試方法的特點。結果Z350表面粗糙度Ra值低，拋光表面平滑均一，光澤度儀，機械表面粗糙度儀能反映拋光表面的平均性質，掃描電鏡實現表面觀測從宏觀至微觀過度，原子力顯微鏡可以精確測量復合樹脂表面微結構。結論 采取多種測試方法綜合測試，可將復合樹脂材料性質與拋光效果關系完整而充分的表達出來。

[關鍵詞] 復合樹脂;表面結構;表面粗糙度

[中圖分類號] R76 [文獻標識碼] A[文章編號] 1673-9701(2010)10-05-03

Analysis of Different Test Techniques for Two Kinds of Dental Nano-composite Resin Polished Surface

WANG NanyanMIAO Ying

Department of Stomatology，Foshan Municipal First People’s Hospital，Foshan 528000，China

[Abstract] Objective To compare the results of four different test techniques for two kinds of dental nano-composite resin polished surfaces. Methods After the surfaces of two composite resins，Z350 and Majesty，were polished by sof-lex polishing system，four surface analyzers were successively used to detect glossmeter，mechanical profilometer，SEM and AFM. Results Z350 showed a lower surface roughness value Ra. Both SEM and AFM could present the surface structure and composition of materials. The scanning electron microscope could achieve the macro-to micro-observation of surface and the atomic force microscopy could accurately measure the surface micro-structure of composite resin. Conclusion The comprehensive detection including a variety of testing methods can fully express the relationship between composite resin nature and polishing effect.

[Key words] Composite resin;Surface structure;Surface roughness

口腔復合樹脂是由有機樹脂基質和經過表面處理的無機填料以及引發體系組合而成。納米技術的應用使口腔復合樹脂兼具機械及拋光性能，納米復合樹脂填料組分、復合工藝、復合材料的界面等材料結構的構建更加精確、復雜，從空間角度，材料的結構從宏觀到微觀具有多個層次，不同層次上有不同的參數，它們相互聯系同時影響著復合樹脂物理性能[1]。本文采用四種測試方法測試兩種納米復合樹脂拋光表面，比較不同測試方法所得結果，探討測試材料性質與拋光效果關系的最佳方法。

1材料與方法

1.1復合樹脂試樣制備

選取納米復合樹脂Z350及納米復合樹脂混合型Majesty。見表1。

將各樹脂材料填壓入直徑為7mm，厚度2mm的指環形聚酯模具中，表面覆蓋聚酯薄膜，垂直加載2kg負荷放置在模具上擠壓出多余樹脂，使用QHL75光固化機(Dentsply/Caulk)按廠家推薦的光固化時間進行操作，使其固化。每種復合樹脂制備7個試件。將Sof-Lex discs拋光盤安裝在慢速手機上，使拋光盤輕微施壓與試樣表面朝同一方向水平移動，每個拋光盤反復15次時間約為20s。拋光盤更換順序為C-M-F-SF。

1.2表面粗糙度測定

應用德國Mahr M2型機械表面粗糙度儀，測尖2μm，最大測量范圍350μm，最大取樣長度1.75mm，在試樣表面隨機選取5個位點，取樣長度1.75mm，測量輪廓算術平均偏差Ra，取5個位點Ra值的平均值。

1.3光澤度儀測定

Sheen MICROGLOSS 157/SO小孔徑光澤度儀，測量面積2mm×2mm，入射光角度60°，將試樣完全覆蓋光澤度儀頂部的小孔，試樣中心作為測試區域，每轉動90°讀取一次光澤度值，取4次讀數的平均值。

1.4原子力顯微鏡觀測

試樣粘臺后，采用NanoScopeⅢa型原子力顯微鏡，敲擊模式的蝕刻硅(tappingmode etched silicon)微懸臂，長度125μm，所用探針的材料與微懸臂材料相同，探針長度10～15μm，針尖半徑5～10nm，實驗中敲擊模式下微懸臂的共振頻率為280kHz，每幅圖的掃描頻率為1Hz，樣品的成像區域均為正方形，邊長尺寸選擇10μm，圖像像素512×512。在試樣表面隨機選取五個位點，獲得表面形貌圖及粗糙度值Ra。

1.5掃描電鏡觀察

在每組中選取兩個樣本，超聲清洗，干燥，使用離子濺射儀噴金，噴金后的標本用導電膠固定在標本臺上，用掃描電鏡觀察。工作電壓10kV，放大倍數5.00K。

1.6統計學處理

采用SPSS 11.0 軟件包進行ANOVA方差分析，以P<0.05表示差異有統計學意義。

2結果

2.1試件粗糙度值及光澤度值

對兩種復合樹脂材料經拋光處理后的拋光面所測試的粗糙度均值和光澤度均值見表2。

表面粗糙度儀測量結果Z350Ra值顯著低于Majesty(P<0.05)，而光澤度顯著較高(P<0.05)。原子力顯微鏡測量結果中z350的Ra值低于Majesty，但無統計學意義(P>0.05)。

2.2掃描電鏡觀察結果

見圖1、2。

2.3原子力顯微鏡觀察結果

見圖3、4。

3討論

納米復合樹脂填料組分，復合工藝，復合材料的界面等材料結構的構建更加精確、復雜，使用旋轉器械修整拋光過程損耗機制與傳統復合樹脂有所不同，拋光表面材料結構從宏觀至微觀有多個層次，因此需要重新評價納米復合樹脂的拋光性能以及比較不同測試方法的結果[2]。

研磨無機填料，如陶瓷玻璃粉粒徑較大且大小形態不等會使復合樹脂拋光表面粗糙，無光澤。因此，納米填料顆粒，多為小于100nm圓形填料的應用，改善了復合樹脂的拋光性能。它們可由多種方法獲得，如熱解法及sol-gel過程。熱解二氧化硅顆粒應用較普遍，使復合樹脂拋光性能提高。但這種顆粒趨于連接成鏈狀結構，當粒徑減小表面積增大時難以完全與基質結合，同時表面難以被完全硅烷化，也影響與基質的連接，限制了無機填料在復合樹脂中的含量。樹脂基質和熱解二氧化硅顆粒形成1～10μm的預聚合有機顆粒能夠更好的與基質結合，比較相同數量純二氧化硅顆粒更能加強復合樹脂機械性能。使用sol-gel過程可獲得均質高純度的二氧化硅粉末，如Stber法，可獲得粒徑精確控制的圓形單分散二氧化硅納米粒子，將此小粒徑填料與大粒徑研磨填料(0.1～1μm)混合，可同時提高復合樹脂機械及拋光性能。如果將有機溶膠輕度煅燒使二氧化硅納米粒子輕度接觸再進行碾磨及硅烷化，可獲得納米簇nanocluster[3]。Majesty含預聚合顆粒及20nm納米顆粒，拋光表面可見均質區域與大填料顆粒相間，可見大填料顆粒脫落形成的凹坑。Z350填料由納米簇及20nm二氧化硅納米顆粒組成，拋光表面呈均質，拋光過程中填料脫落均為單個納米顆粒脫落，不存在凹坑結構。

SEM和AFM是納米級形貌研究的最常用技術。雖然這兩種技術獲得圖像的橫向分辨率相近，但是它們所獲得圖像的縱向分辨率存在顯著的差別。對于SEM技術的圖像，它的掃描范圍較大，可達數mm×mm，具有較大的景深，可達數微米，AFM技術的最大掃描范圍100μm×100μm，景深僅為數微米。Majesty的掃描電鏡圖像(圖1)可見預聚合填料在表面的分布，脫落造成的凹坑，以及磨料造成的劃痕。AFM技術可真實地得到樣品表面的形貌結構圖像，圖像是真正的三維圖像，并能測量樣品的三維信息[4]。圖3B顯示Majesty預聚合顆粒在磨料磨拋后呈稍高于基質的不規則外形與周圍基質發生的裂隙，粗糙度較大Ra值54.5nm。圖3A顯示Majesty表面均質光滑，粗糙度Ra值11.1nm。圖4A，圖4B均顯示z350表面均質平坦。SEM技術非常難檢測樣品表面細微的高度變化。與SEM相比，AFM可以檢測局部表面結構，而不是整個表面的平均性質，AFM的工作區域選擇盲目，工作區域有限，只能在微米尺度范圍進行掃描，因此應該利用SEM的納米尺度的分辨率和大范圍搜尋能力，盡快找到和鎖定需要進行AFM研究的目標或感興趣的區域，然后迅速實現宏觀到微觀過渡和跨越。

表面粗糙度儀是最常用來定量研究表面粗糙度的儀器，機械表面粗糙度儀通過記錄針在物體表面滑行來測定表面粗糙度，主要顯示拋光材料在樹脂表面遺留的痕跡，但記錄針的尺寸使之不能辨別物體表面的微細不規則結構，精確度0.01μm[5]。Majesty的Ra值顯著大于z350(P<0.05)。結果與掃描電鏡觀察Majesty表面劃痕凹坑較多相符。AFM在小范圍內有精確的分辨率，但只能在高度平滑的表面測量，探針不能越過較深的劃痕。AFM所測MajestyRa值大于z350，但兩者無顯著差異(P>0.05)。本實驗選取5個10×10μm位點均值假設可以代表整體表面，對于Majesty具有多種形貌的表面，并不足夠，所得數據離散，標準差大(16.7nm)。如前所述，AFM的工作區域選擇盲目，工作區域有限，難以測定整個表面的平均性質。Z350光澤度高于Majesty(P<0.05)。光澤度儀是測量拋光性能簡便的方法。它比較表面粗糙度所得數據離散程度低，更能區分不同材料的拋光特性，可作為篩選方法[6]。

納米技術使復合樹脂具有良好的拋光性能。本實驗中z350拋光性能較好。納米復合樹脂的結構從宏觀到微觀具有多個層次，它們共同影響著復合樹脂拋光性能，應該采取原位以及綜合測試，將材料性質與拋光效果關系完整而充分的表達出來。

[參考文獻]

[1] 徐國財. 納米科技導論[M]. 北京:高等教育出版社，2005:292-293.

[2] Jung M，Sehr K，Klimek J. Surface texture of four nanofilled and one hybrid composite after finishing[J]. Oper Dent，2007，32(1):45-52.

[3] Moszner N，Klapdohr S. Nanotechnology for dental composites[J]. Int J Nanotechnology，2004，1(1):130-156.

[4] 陳耀文，林月娟，張海丹，等. 掃描電子顯微鏡與原子力顯微鏡技術之比較[J]. 中國體視學與圖像分析，2006，11(1):53-58.

[5] S Joniot，Salomon JP，Dejou J，et al. Use of two surface analyzers to evaluate the surface roughness of four esthetic restorative materials after polishing[J]. Oper Dent，2006，31(1):39-46.

[6] Heintzea SD，Forjanica M，Rousson V. Surface roughness and gloss of dental materials as a function of force and polishing time in vitro[J]. Dent Mater，2006，22(2):146-165.

(收稿日期:2010-01-29)