生物活性玻璃改性樹脂粘接劑對牙本質脫礦及樹脂粘接強度的影響

王瑜　龔玲　計艷　鄭麗純　陳嵩

南京大學醫學院附屬口腔醫院預防口腔科，南京 210008

生物活性玻璃改性樹脂粘接劑對牙本質脫礦及樹脂粘接強度的影響

王瑜龔玲計艷鄭麗純陳嵩

南京大學醫學院附屬口腔醫院預防口腔科，南京 210008

目的研究生物活性玻璃（BG）改性樹脂粘接劑抑制牙本質脫礦及對樹脂-牙本質微拉伸粘接強度的影響。方法將硅烷偶聯劑表面處理后的BG與Single Bond 2粘接劑混合制備出30%、40%和50%的BG改性的樹脂粘接劑，選擇上頜前磨牙40顆，隨機分為4組，陰性對照組（不添加BG）、30%BG組、40%BG組、50%BG組，每組10顆。根據分組分別采用相應BG含量的粘接劑制備樹脂-牙本質粘接試件。將制備的粘接試件在37 ℃水浴中浸泡24 h后進行微拉伸粘接強度測試。每組選擇1個牙片浸泡在pH 4.0的人工唾液中1周，每24 h測試溶液的pH值。結果陰性對照組、30%BG組、40%BG組、50%BG組的粘接強度分別為（27.76±0.29）、（27.05±0.58）、（26.95±0.69）和（25.12±0.24）MPa。對照組和30%BG組的粘接強度無統計學差異（P=0.06），和40%BG組、50%BG組有統計學差異（P=0.04，P=0.00）；30%、40%BG組的粘接強度高于50%BG組（P=0.00，P=0.00）。隨著BG含量的增加，pH值也逐漸增高。結論含有BG的樹脂粘接劑可以有效抑制牙本質的脫礦，30%BG組對短期的粘接強度無明顯影響，50%BG組抑制脫礦能力最強，但是粘接強度較低。

生物活性玻璃；樹脂粘接劑；牙本質；pH值；粘接強度

以樹脂粘接劑為基礎的牙色修復樹脂逐漸取代銀汞合金等成為齲病治療修復中的主要材料，良好的粘接是修復體持久行使功能的前提，有效的粘接可增強機械固位，保存牙體組織，減少修復體和牙體組織的微滲漏。經過幾十年的發展，樹脂粘接劑無論在粘接強度、臨床操作的簡便性、生物相容性等方面均取得長足的進步；但是在臨床工作中由于操作原因或樹脂材料聚合收縮、微滲漏等因素常會引起充填體繼發齲的發生，影響充填修復體的粘接強度，導致治療失敗。因此，減少繼發齲的發生、發展對延長樹脂充填體的壽命有著重要的意義，而增加粘接材料的抗菌性可以減少繼發齲的發生、發展。

生物活性玻璃（bioactive glass，BG）是以Na2O、CaO、SiO2、P2O5為主要成分的一種生物活性材料，在體內可以形成羥磷灰石樣結構，促進及誘導骨形成［1］，對口腔內常見的細菌具有抑菌作用［2-3］，同時具有良好的生物相容性［4］，在口腔醫學領域得到了廣泛的研究應用。本實驗擬制備一種新型的BG改性的樹脂基粘接劑，并對材料的生物化學性能進行研究，比較其對樹脂-牙本質粘接強度的影響。

1　材料和方法

1.1材料和設備

Single Bond 2粘接劑（3M ESPE公司，美國），BG粉（北京大清生物技術有限公司），復合樹脂（FilteKTMZ350XT，3M ESPE公司，美國），硅烷偶聯劑ATES（New Jersy公司，美國），電子天平［賽多利斯科學儀器（北京）有限公司］，體式顯微鏡（ACT-1，Nikon公司，日本），慢速切割機（ISOMET，Buheler公司，美國），光固化機（mini LED，SATELEC公司，法國），恒溫箱（金壇市白塔金昌實驗儀器廠），萬能材料試驗機（ACT-1，Nikon公司，日本），電子pH計（PB-10，賽多利斯公司，德國）。

1.2BG的硅烷化處理

將乙醇與水按照體積比90∶10配置溶液，用冰醋酸酸化，使pH=4，加入硅烷偶聯劑制得質量分數為0.3%～1.0%的水醇溶液并充分攪拌。將BG粉末加入溶液攪拌1～2 h，離心分離后在溫度為110～120 ℃的環境中干燥。

1.3BG改性樹脂粘接劑的制備

用電子天平秤取一定質量的BG粉末和樹脂粘接劑混合，制備出分別為30%、40%和50%的BG改性的樹脂粘接劑。

1.4實驗樣本的制備及分組

選取南京大學醫學院附屬口腔醫院頜面外科因正畸治療拔除的上頜前磨牙40顆，在體視顯微鏡下觀察無明顯的齲壞、菌斑、隱裂及釉質發育不全等，去除牙周膜，生理鹽水下沖洗干凈，保存在0.01%的麝香草酚溶液中，1個月內使用完畢。在流動水冷卻下用高速渦輪機垂直于牙體長軸磨除釉質咬合面至釉牙本質交界處，完全暴露牙本質。在流動水下用320、400、600目碳化硅砂紙濕性打磨牙本質表面1 min，超聲清洗后，無油空氣吹干后備用。

將牙齒隨機分為4組，陰性對照組（不添加BG）、30%BG組、40%BG組、50%BG組，每組10顆。將牙本質界面用37%磷酸酸蝕15 s后，水沖洗10 s，氣槍吹干5 s，根據分組分別涂布相應BG含量的粘接劑，氣槍輕吹5 s，光固化10 s，將內徑為4 mm、高2 mm的銅環固定于粘接界面上，充填樹脂材料，光固化20 s，粘接完成的牙齒保存在37 ℃水浴中24 h，流動水下用慢速切割機垂直于粘接面將牙齒切割成1 mm厚、界面面積為1 mm×1 mm的薄片，每顆牙選取1個牙片進行酸性溶液緩沖能力測試，其余牙片再切割成粘接界面大小為1 mm×1 mm的柱狀樣本，經體視顯微鏡篩查剔除有裂紋及釉質端剩余長度不足的樣本，每組選取10個，保存在37 ℃水浴中備用。

1.5微拉伸粘接強度測試

將浸泡24 h的樣本固定于夾具中，于萬能材料試驗測試機上進行微拉伸粘接強度測試，加載速度為1 mm·min-1，記錄其拉伸斷裂時的最大載荷力，測試結束后用游標卡尺測量并計算每個樣本粘接面的實際面積，計算粘接強度，粘接強度=最大載荷力/粘接面積。

1.6酸性溶液緩沖能力測試

每組選擇1個牙片放入含有人工唾液的容器中（pH=4.0）1 周，每隔24 h用pH計測試溶液的pH值，繪制隨時間改變溶液pH變化的曲線，比較含有不同濃度BG的樹脂粘接劑對溶液pH值的影響。

1.7統計學分析

采用SPSS 17.0軟件進行分析。使用單因素方差分析和LSD兩兩法對各組的微拉伸粘接強度進行統計分析。

2　結果

陰性對照組、30%BG組、40%BG組、50%BG組的粘接強度分別為（27.76±0.29）、（27.05±0.58）、（26.95±0.69）和（25.12±0.24）MPa。單因素方差分析顯示，4組的粘接強度有統計學差異（F=25.11，P=0.00）。LSD法兩兩比較表明，50%BG組的粘接強度值最低，與對照組、30%組、40%組相比有統計學差異（P=0.00，P=0.00，P=0.00）；對照組和30%BG組的粘接強度無統計學差異（P=0.06），和40%BG組、50%BG組有統計學差異（P=0.04，P= 0.00）；30%、40%BG組的粘接強度無統計學差異（P=0.77），均高于50%BG組（P=0.00，P=0.00）。

4組人工唾液中pH值變化見圖1。從圖1可見，30%BG組、40%BG組、50%BG組隨著浸泡時間的延長，溶液pH值逐漸增高，并且隨著BG含量的增加，pH值也逐漸增高，緩沖能力隨之增強。

圖1　人工唾液中pH值變化Fig　1　Changes of pH values in artificial saliva

3　討論

樹脂粘接劑作為樹脂修復材料和牙體組織間的粘接媒介，對樹脂修復的最終效果起著非常重要的作用。粘接劑應該具有良好的粘接性能，承受正常咀嚼力時在口腔這個復雜的理化生物環境中能保持一定的穩定；同時，最好能與牙齒的結構相似，可以修復牙齒的缺損。近年來，樹脂粘接修復已經得到了廣泛的發展和應用，但是由于樹脂材料所固有的聚合收縮等缺點，不可避免地會發生繼發齲，繼發齲中細菌產酸，降低局部pH值，導致鈣、磷離子流失，進一步加劇齲壞的發生，繼發齲也是造成充填體脫落、充填治療失敗的最主要原因［5］。

在修復材料中增加具有抗菌活性的生物活性材料是減少繼發齲發生發展的一種有效途徑。國內外學者相繼研發了一些抗菌材料，包括天然抗菌材料（殼聚糖、蜂膠）、有機抗菌材料（季銨鹽）、無機離子抗菌劑等，但是由于其存在安全性、藥效持久性等問題，距離廣泛應用于臨床仍存在一定距離。

BG具有良好的生物活性，與體液環境接觸后，局部釋放出Na+、K+，與溶液中的H+以及HO+迅速交換，形成Si-OH；Si-OH通過聚合反應在玻璃表面形成一富SiO2的多孔膠體層，隨后來源于玻璃體內或溶液中的Ca2+和PO43-在富SiO2膠體層上聚集并逐漸轉變成含碳的羥磷灰石（hydroxyapatite，HCA）。HCA是釉質的主要成分，廣泛應用于牙齒組織的修復中。體內外研究［6-7］表明，BG具有良好的生物相容性，對牙髓細胞無細胞毒性作用。Brown等［8］將BG添加到正畸粘接劑中，發現該粘接劑可以顯著減少釉質表面的脫礦，降低釉質白斑發生的概率。目前尚無關于BG改性樹脂粘接劑用于牙本質粘接的相關報道。本研究使用BG對樹脂粘接劑進行改性，比較添加不同含量BG的粘接劑在粘接牙本質時對酸性液體pH值的緩沖作用及其對牙本質與樹脂粘接強度的影響。

齲病的發生、發展是脫礦-再礦化交替進行的一個動態過程，當局部的pH值低于臨界值時，在牙齒和菌斑表面與周圍環境之間會產生離子濃度梯度，導致鈣、磷離子的流失，當局部的pH值升高時，周圍環境中的鈣、磷離子會重新沉積在牙齒表面，對脫礦的釉質進行再礦化［9］，而堿性的環境會改變細菌的滲透壓，從而抑制口腔致齲菌的生長。本研究測試了含BG的樹脂粘接劑對酸性環境的緩沖作用，在1周內隨時間推移和對照組相比，幾種含BG的樹脂粘接劑均可起到緩沖環境pH的作用，并且BG含量高的粘接劑對酸的緩沖作用更強，這可能是因為BG含量高，含有的鈣離子濃度也高，隨著鈣離子的釋放，可以與溶液中更多的H+交換，從而提高局部的pH值。這與Kohda等［10］用含有BG的4-META/MMATBB基樹脂粘接劑進行實驗得到的結論相一致。利用BG可以提高局部環境中的pH值，緩沖酸性環境造成的離子流失，并且在釉質表面形成與其結構相似的羥磷灰石，修復脫礦造成的釉質結構缺損。本實驗使用了硅烷偶聯劑這一樹脂單體常用的表面處理劑對BG進行處理，使BG表面形成-Si-O-Si-結構，同時其結構末端的C=C鍵可以與樹脂單體間形成牢固的共價性連接，從而增加BG與樹脂基質的相容性，改善分散性。

粘接強度直接影響修復效果，這也是衡量粘接劑性能的主要指標。在口腔環境中，修復體不僅要承受復雜的咀嚼壓力，而且進食、唾液、溫度等都會對粘接強度產生影響。因此如何真實的模擬口腔環境下修復體的受力情況一直是口腔粘接學的研究難點。本研究應用了微拉伸這一廣泛應用于牙本質粘接領域的方法，與其他方法相比粘接界面的應力分布更均勻、可以更準確地反映真實粘接強度，并且一個樣本可以獲得幾個試件，節約樣本含量。從粘接強度實驗的結果可以發現，含有30%BG的粘接劑與臨床上廣泛應用的全酸蝕粘接劑的粘接強度無明顯差異，完全可以達到臨床使用的要求。50%BG組的粘接強度比30%、40%BG組的低，這可能是因為本實驗所用的粘接劑是模擬的第四代全酸蝕粘接劑，即酸蝕-沖洗粘接系統，這也是目前研究粘接強度和效果的金標準，酸蝕牙面后表層牙本質完全脫礦，形成的多孔狀結構有助于樹脂單體的滲透，達到微機械固位的作用。具有較高含量BG的粘接劑在牙表面形成的HCA較多，可以修復酸蝕脫礦形成的脫礦層，減少單體對牙本質小管和管間牙本質中膠原纖維的滲透，從而降低粘接強度。

本研究在全酸蝕粘接系統中增加了不同濃度的BG對其進行改性，結果顯示該粘接劑可以緩沖局部溶液中的pH值，減少牙本質脫礦，并且含有30%BG的粘接劑對牙本質和樹脂的粘接強度沒有影響。今后將完善在口腔環境中該粘接劑粘接的耐久性和抗菌性的相關研究。

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［10］ Kohda N， Iijima M， Kawaguchi K， et al. Inhibition of enamel demineralization and bond-strength properties of bioactive glass containing 4-META/MMA-TBB-based resin adhesive ［J］. Eur J Oral Sci， 2015， 123（3）:202-207.

（本文編輯李彩）

Effects of dentin demineralization and bond-strength properties of bioactive glass containing resin adhesive

Wang Yu，Gong Ling， Ji Yan， Zheng Lichun， Chen Song.（Dept. of Preventive Dentistry， Nanjing Stomatological Hospital， Medical School of Nanjing University， Nanjing 210008， China）
Supported by: Nanjing Medical Science and Technology Development Program （YKK14111）. Correspondence: Gong Ling，E-mail: glinnanjing@hotmail.com.

ObjectiveThis study investigated the shear bond strength and the ability of resin adhesive containing different amounts of bioactive glass （BG） to prevent dentin demineralization. MethodsBG bonds at 30%， 40%， and 50% concentrations comprised a mixture of coupling agents modifying BG and Single Bond 2. Forty permanent premolars extracted for orthodontic treatment were randomly divided into four groups， namely， control group （BG-free）， 30% BG group， 40% BG group， and 50% BG group. Composite resin and dentin were prepared into bonding specimens by using respective adhesives and then immersed in artificial saliva at pH 4 for 1 week. Changes in the pH values of the solution were measured every 24 h. The microtensile bond strength （TBS） of each specimen was examined after immersion in distilled water at 37 °C for 24 h. ResultsThe TBS values of the control group， 30% BG group， 40% BG group， and 50% BG group were （27.76±0.29）， （27.05± 0.58）， （26.95±0.69）， and （25.12±0.24） MPa， respectively. The TBS of the control group was not significantly different from that of the 30% BG group （P=0.06） but significantly higher than that of the 40% BG and 50% BG groups （P=0.04 and P=0.00，respectively）. In addition， TBS was significantly higher in the 30% BG and 40% BG groups than in the 50% BG group （P= 0.00 and P=0.00， respectively）. The pH values of the solution increased with increasing BG content. ConclusionBG bonds are useful in the prevention of dentin demineralization. However， in this study， the 30% BG group did not affect the shortterm bond strength. The 50% BG group displayed the optimum ability to inhibit demineralization but showed the worst bond strength.

bioactive glass；resin adhesive；dentin；pH value；bond strength

R 783.1

A

10.7518/hxkq.2016.04.006

2015-10-12；

2016-01-04

南京市醫學科技發展項目（YKK14111）

王瑜，主治醫師，碩士，E-mail:wangyunjmu1981@sina. com

龔玲，主任醫師，學士，E-mail:glinnanjing@hotmail.com