3種金屬底板托槽噴砂處理前后粘結強度的比較及其意義

王守東，楊陸一，寧 磊，牡琦麗，閆 婧，趙雪嬌，于 淼，孫淑芬

(1.吉林大學口腔醫院正畸科 吉林省牙發育及頜骨重塑與再生重點實驗室，吉林 長春130021； 2.吉林大學口腔醫院牙體牙髓病科，吉林 長春 130021)

托槽是固定矯治中不可缺少的材料，托槽一般是通過粘附于牙齒上而發揮作用，保證托槽與牙面的牢固粘結就成為正畸科醫生普遍關注的問題。臨床上托槽一般分為金屬托槽和陶瓷托槽2種，金屬托槽由于其強度大，矯治過程中不易損壞，在臨床上應用廣泛。近年來，國內外的研究者為了提高金屬托槽的粘結強度，在金屬底板上進行多種改進，如改變金屬托槽底板形態與結構、改變托槽底與托槽翼的連接方式和對托槽底板進行激光照射等[1-4]。無論如何改善托槽的粘結強度，在臨床上托槽脫落的現象還是十分常見，而脫落的托槽一般需要重新進行粘結，因此，脫落的金屬托槽底板上殘留粘結劑的去除問題就成為正畸科醫生普遍關注的問題，研究者采用噴砂和火燒等方法處理脫落托槽底板殘留的底膠，都取得了比較好的效果[5-6]。但是對于不同設計底板的托槽及不同底板托槽脫落后經噴砂處理再粘結后粘結性能比較的相關研究罕見報道。本實驗選取了3種托槽，即國產新亞直絲弓托槽、進口MBT直絲弓托槽和進口TOMY自鎖托槽，在人工唾液的條件下，選用3M化學粘結劑進行粘結，并檢測每組托槽的抗剪切力，評價其粘結性能；每種托槽脫落后采用噴砂處理的方法處理底板殘留的粘結劑，并再次檢測抗剪切力，評價其粘結性能。目前國內外尚無上述3種托槽及3種托槽脫落經噴砂處理后粘結強度比較的研究，本研究旨在為臨床正畸治療過程中托槽的選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料和儀器 選取本院因治療需要而拔除的上頜前磨牙60顆，患者年齡12～15歲，未經過任何牙體及修復治療，釉質表面完好無釉質剝脫，釉質發育良好，無隱裂，無齲壞，非四環素牙，非氟斑牙。實驗材料：直絲弓四翼上頜前磨牙金屬托槽(杭州新亞齒科材料有限公司)，底板面積為12.19 mm2；直絲弓MBT超薄上頜前磨牙金屬托槽(美國3M公司)，底板面積為9.10 mm2；直絲弓TOMY自鎖上頜前磨牙金屬托槽(日本TOMY公司)，底板面積為9.88 mm2。牙科用37%磷酸酸蝕劑和3M化學粘結劑(美國3M公司)，直徑為0.25 mm的結扎絲，持針器，0.019×0.025不銹鋼方絲。人工唾液(Bactopeptone 0.5 g、K2HPO40.035 g、KCl 1.3 g、MgCl2·6H2O 0.05 g、NaF 0.000 025 g、NaCl 10.1 g、CaCl2·2H2O 0.1 g、KH2PO40.027 g，加蒸餾水至1 000 mL，pH值為6.7～6.8)，甲基丙烯酸甲酯單體和室溫固化型義齒基托樹脂(上海齒科材料廠)。10倍放大鏡，AG-X plus系列萬能試驗機(日本Shimadzu公司)，掃描電鏡(EVO18公司，德國ZEISS公司)，噴砂機(德國RenfertGmbH公司)，三用恒溫水槽DK-600S(上海精宏實驗設備有限公司)。

1.2 試件制備 將60顆上頜前磨牙清洗后包埋于自制的自凝塑料底座中，使頰舌面外露。

1.3 初次抗剪切力及牙釉質表面粘結劑殘留指數(ARI)測定 將制備好的60顆上頜前磨牙試件分為3組，每組20顆，分別用3M化學固化粘結劑粘結以下托槽，新亞托槽、MBT托槽和TOMY托槽。用75%酒精棉球擦拭離體上頜前磨牙，慢速手機加拋光膏拋光頰面，沖洗，吹干，磷酸酸蝕牙面30 s，濕棉球擦去粘結劑，氣槍吹干10 s。在酸蝕牙面的位置處涂布粘結劑液劑，在托槽底板處先涂布粘結劑液劑，之后涂布糊劑，將托槽安放在牙面正確位置后用探針輕輕施壓，并去除托槽周圍的多余粘結劑。3組均按照此方式進行，所有操作均由同一名正畸科醫生在自然光條件下完成。粘結完成10 min后放置于人工唾液的水浴箱水浴24 h。室溫條件下，用不銹鋼絲制備好的三角形試件頂端纏繞結扎絲(雙股)，底端垂直卡于托槽翼下方，保證施力方向與牙體長軸平行。持針器夾持結扎絲的上方，保證結扎絲在持針器上不滑動。萬能力學實驗機上方夾具固定持針器，下方夾具固定試件底座。使托槽平面與剪切力方向平行。以1 mm·min-1的速度對試件施力，直至托槽脫落。記錄此時剪切力值(P)，根據各組托槽的底板面積(F)，計算各組托槽抗剪切力強度，抗剪切力強度(MPa)=P/F。用10倍放大鏡觀察牙釉質表面粘結劑的殘留量，進行評估計分，計算ARI(以牙數為單位)。牙面ARI計分：0分，牙釉質表面無殘留粘結劑；1分，小于托槽底板面積50%的粘結劑殘留在牙釉質表面上；2分，大于托槽底板面積50%的粘結劑殘留在牙釉質表面上；3分，粘結劑全部留于牙釉質表面上，且粘結劑表面有托槽底板壓痕。

1.4 再次抗剪切力及ARI測定 用慢速手機加柱狀砂石磨除牙面上殘留的粘結劑，并用放大鏡觀察，確保牙面無殘留粘結劑，盡量不傷及釉質，拋光沖洗，吹干。用噴砂機去除托槽底板殘留的粘結劑，噴砂頭垂直于托槽底板，并按照從中心向四周的方式進行。用放大鏡觀察確認直至托槽底無殘留的粘結劑。將處理好的上頜前磨牙隨機分為6組，每組10顆。選取新的3種底板托槽，每組10個。從3組脫落后經噴砂的托槽中每組隨機選取10個，同1.3中操作將各組托槽粘結于6組試件中，所有操作均由同一名正畸科醫生在自然光條件下完成，再次計算抗剪切強度及ARI。

1.5 掃描電鏡觀察 隨機挑選出3種粘結前的托槽底板、脫落后經噴砂處理的托槽底板和再次脫落后經噴砂處理的托槽底板行掃描電鏡觀察。

2 結 果

2.1 各組托槽的抗剪切力強度 人工唾液條件下，各組托槽的抗剪切力強度：初次粘結新托槽組和再次粘結新托槽組中，TOMY組抗剪切強度大于新亞組和MBT組(P<0.05)，而新亞組和MBT組抗剪切強度比較差異無統計學意義(P>0.05)；再次粘結脫落后經噴砂處理的3組托槽中，TOMY組抗剪切強度大于新亞組和MBT組(P<0.05),而新亞組和MBT組抗剪切強度比較差異無統計學意義(P>0.05)。TOMY組和MBT組中，脫落后經噴砂托槽的抗剪切強度較原托槽和再次粘結新托槽強度大(P<0.05)，而新亞組抗剪切強度比較差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

2.2 各組托槽的ARI 秩和檢驗結果顯示：各組ARI比較差異無統計學意義(P>0.05)。ARI計分：新亞組>MBT組>TOMY組。見表2。

2.3 掃描電鏡觀察各組托槽底板的形態表現 3種托槽底板網絲縱橫交錯，形成一定規格的網孔，TOMY托槽各網格間形態更為規則和致密(圖1 A～C)。第1次噴砂后，MBT組和TOMY組砂粒嵌入部位多集中于網格交錯部位的倒凹處，而新亞組砂粒嵌入部位則較為分散(圖1 D～F)。第2次噴砂后，砂粒的嵌入量較第1次有所增加，而新亞組托槽網格有破壞現象存在，而其他2組未見明顯異常(圖1 G～I)。

3 討 論

目前，固定矯治在正畸領域占的比重仍然很高，而固定矯治一般是通過將托槽粘在牙齒表面，對牙齒表面施加作用力來解決矯正牙齒以及頜骨的目的，因此托槽與牙面的粘結對矯正效果至關重要。粘結得越牢固，矯治力越容易有效而持續地發揮作用，從而使正畸矯治過程順利進行。在臨床上托槽脫落的現象十分常見，而造成托槽脫落的一般原因是咬合力和矯治力所產生的剪切力。由于托槽脫落后重新更換托槽花費較大，故托槽脫落后重新粘結成為醫生和患者普遍關注的問題。目前，處理脫落托槽底板的方法有機械磨除法、氯仿浸泡法、燃燒法、噴砂法和激光照射法等。現在臨床上常用噴砂法處理脫落的托槽，有研究者認為噴砂的方法可以增大其粘結強度[7]。托槽的粘結強度與多種因素有關，如粘結劑的種類、酸蝕劑的種類及酸蝕時間、托槽的底板結構、粘固時間、牙齒的結構及形態和操作者熟練程度等。牟胤赫等[8]研究顯示：3M化學固化劑的粘結性能和光固化粘結劑的粘結性能相差不大，但3M化學固化粘結劑的操作簡便，不易受到光照等因素影響。Fox等[9]研究顯示：粘結24 h后能達到最高的粘結性能，此時粘結性能也最穩定。葛康康等[10]認為：托槽底板的設計與形狀對金屬托槽的粘結強度起著至關重要的作用。國內外許多學者對托槽底板形態進行了大量研究，其結果不盡相同[11]。本實驗選取了臨床上常用的3種托槽(新亞托槽、MBT托槽和TOMY托槽)，使用3M化學固化粘結劑粘結，分別在人工唾液條件下水浴24 h后，測量其抗剪切強度和ARI，托槽脫落經噴砂處理后再次測量抗剪切強度和ARI。 Witlock等[12]曾指出6～8 MPa的抗剪切強度均能滿足正畸的臨床需要。本實驗結果顯示：人工唾液條件下，各組托槽的抗剪切強度，在初次粘結的3組新托槽中，TOMY組抗剪切強度最大，MBT組抗剪切強度最小，而新亞組抗剪切強度介于2組之間。有學者[13]曾指出：托槽的底板面積越大，托槽的抗剪切力強度越大。但本實驗中，TOMY組的底板面積小于新亞組和MBT組，但其抗剪切強度明顯大于其他2組，可能是TOMY托槽底板的弧度較其他2種托槽與牙面的密合度更高以及TOMY自鎖托槽的厚度大于其他2組。TOMY托槽為焊接式底板，而其余2組托槽均為整體式底板，這也可能是TOMY組的抗剪切力強度增大的原因。錢偉等[14]研究也得出了相似的結論，即分體式網底托槽抗剪切強度大于整體式托槽。本實驗中經噴砂處理后再次粘結的托槽中，3組的抗剪切強度均增大。這與Quiek等[15]的研究結果一致。噴砂后可能增大底板的粗糙程度，使機械嵌合的作用增大，從而增強抗剪切強度[16]。自鎖托槽在矯正牙齒畸形時有較低的摩擦力、在復診過程中有便利的臨床操作和在口腔中相對于傳統托槽更為舒適等特點,得到了廣大正畸醫師和患者的青睞。本實驗從抗剪切強度方面也證實了TOMY自鎖托槽高于其他2組托槽。本文作者認為：如果患者的經濟條件允許，臨床上可以推薦使用TOMY自鎖托槽，并且臨床上脫落的托槽可以采用噴砂的處理方法進行再粘結。

表1 人工唾液條件下各組托槽的抗剪切強度

*P<0.05vsXinya group;△P<0.05vsMBT group;#P<0.05vsfirst bonding+new brackets;○P<0.05vssecond bonding+new brackets.

表2 人工唾液條件下各組托槽的ARI

Tab.2 ARI of brackets in various groups under artificial saliva condition (n=20)

A-C: Bottom plates in Xinya,MBT,and TOMY groups; D-F:After first sandblasting; G-I:After second sandblasting;A,D,G:Xinya group;B,E,H:MBT group;C,F,I:TOMY group;A-I:×40.

圖1 掃描電鏡觀察各組托槽底板形態表現

Fig.1 Morphology of bottom plates in various groups observed by SEM

國際上常用ARI評分來衡量托槽與粘結劑的粘結效果。一般來說，ARI評分越低，表明托槽的粘結性能越好。同時，ARI評分也能說明托槽斷裂的位置，評分越高，說明發生斷裂的位置主要在托槽和粘結劑之間；評分越低，說明發生斷裂的位置主要在牙釉質和粘結劑之間[17]。本實驗結果顯示：初次粘結3種托槽ARI計分中，TOMY最低，新亞組最高，MBT組介于兩者之間，說明TOMY托槽的粘結性能優于其他2組，也表明了TOMY組斷裂的位置是發生在粘結劑和釉質的界面上，有學者認為這樣在托槽脫落時有可能損傷到牙釉質[18]。而新亞組托槽的粘結性能比較低，但托槽脫落時斷裂的位置發生在粘結劑和托槽的界面上，雖然這樣一定程度上保護了釉質，但殘留在牙面上的粘結劑后期清理難度較大，且在清理時釉質也存在損傷的風險[19]。再次粘結新托槽組中，3組托槽的ARI評分均有增大的趨勢，原因可能是再次粘結前都會對牙釉質表面殘留的粘結劑進行處理，這樣的操作可能導致牙釉質粗糙度增高，從而使牙釉質表面與粘結劑之間粘結力增大。再次粘結脫落后經噴砂處理的托槽，3組ARI評分均有下降的趨勢，表明噴砂后托槽底板粗糙度增加，使粘結劑與托槽結合度增大，從而使粘結性能提高。這與錢偉等[20]的研究結果相一致。

目前，掃描電鏡在口腔材料領域廣泛應用，其是一種可以研究樣本表面形態的儀器，具有較高的放大倍數，較大的景深，較廣的視野范圍，并且成像富有立體感。本實驗采用掃描電鏡觀察了3種托槽底板的形態及噴砂后的托槽底板形態。3種托槽的底板形態均為網格狀，網格底部存在倒凹，粘結劑滲入網孔固化后能與底板形成較強的機械嵌合結構，有利于增加粘結強度[21]。其中，TOMY托槽的形態網格更加致密與規則。第1次噴砂后，可見3組托槽均有不同程度的砂粒嵌入，MBT組和TOMY組一般嵌入部位是網格交錯部位的倒凹處，而新亞托槽則嵌入部位分布不均，偶可見大塊的砂粒嵌入。上述結果可能是MBT與TOMY托槽脫落后經噴砂處理后的抗剪切強度增加較新亞組明顯的原因。而第2次噴砂中可見3組砂粒嵌入量均增大，MBT和TOMY組托槽底板未見明顯損壞，而新亞組托槽網底出現被破壞的現象，提示在臨床上應該避免脫落的新亞托槽重復利用。

本研究結果顯示：3種底板的托槽中，TOMY托槽組抗剪切強度最大，ARI計分最低；噴砂處理脫落托槽可以使托槽的抗剪切強度增大和ARI評分降低。但是，對于新亞脫落托槽盡量避免使用多次噴砂處理，這樣可能會破壞其底板結構。本文作者認為：在患者經濟條件允許條件下，TOMY托槽的粘結性能優于其他2組托槽，推薦臨床使用；另外，可以使用噴砂的方法處理脫落的MBT和TOMY托槽。目前的體外實驗不能完全模擬復雜的口腔環境，濕度、溫度、酸堿度和菌群變化都可能對實驗結果產生干擾，本實驗結果僅供臨床參考。