不同表面處理方法及根管深度對玻璃纖維樁粘接強度的影響

王 玥，謝偉麗，李玥錕，施夢汝，徐 琳，于敬偉

近年來隨著口腔美學修復的發展，纖維樁以其良好的美觀性、生物相容性、耐腐蝕性，對磁共振成像無影響等優點逐漸在臨床上得到廣泛應用。相較于金屬樁，纖維樁具有與牙本質相似的彈性模量，能有效分散應力，不易造成根折，并易于取出[1-2]。但臨床中常有纖維樁脫落、松動等情況發生。纖維樁通過樹脂與根管牙本質進行粘接，形成纖維樁-樹脂、樹脂-根管牙本質兩層界面[3]，而界面微機械固位的緊密程度決定了粘結強度。纖維樁與樹脂粘接失敗是目前臨床中纖維樁修復失敗的主要原因[4]。臨床中使用的纖維樁主要由環氧樹脂包繞呈軸向排列的纖維構成，環氧樹脂為一種惰性材料，與樹脂粘接只能形成有限的化學結合力。許多研究證明，粘接前通過對纖維樁表面進行物理或化學方法處理，增強環氧樹脂活性，增加表面粗糙度和潤濕性，從而增強玻璃纖維樁與樹脂粘接材料之間的相互作用，可增加其粘結強度。本實驗通過薄片推出實驗，比較纖維樁表面經過4種方法處理后在根管不同深度的粘接強度，為纖維樁臨床應用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 實驗材料與試劑

選取因正畸或牙周病拔除的無牙體組織缺損，牙根長度、橫徑相似的下頜單根管前磨牙25顆(貯存于4 ℃生理鹽水中)；POPO玻璃纖維樁(北京實德隆科技發展有限公司，中國)；硅烷偶聯劑KH-570(南京聯硅化工有限公司，中國)；氫氟酸凝膠(BISCO公司，美國)；30%過氧化氫溶液(上海福景化工有限公司，中國)；20%乙醇鈉溶液(安徽酷爾生物工程有限公司，中國)；RelyXTMUltimate 粘接劑套裝(3M公司，美國)；75%乙醇溶液(山東利爾康醫療技術股份有限公司，中國)。

1.2 實驗設備與儀器

根管銼(Mani公司，日本)；樁道預備擴孔鉆(北京實德隆科技發展有限公司，中國)；光固化燈(Kavo Kerr Dental Co.,美國)，低速切割機(MTI.Co.，美國);電子萬能試驗機(Zwick/Roell Co.,美國)；掃描電子顯微鏡(ZEISS，德國)；體視顯微鏡(蔡康光學儀器廠，中國)。

1.3 實驗方法

實驗流程見圖1。

A:實驗流程圖；B：薄片推出實驗

圖1實驗方法

Fig.1Experiment methods

1.3.1 離體牙制備 選取25顆牙體組織完整的單根管前磨牙，隨機分為5組，進行常規根管治療后，放置于37 ℃的生理鹽水中保存。1周后使用硬組織切片機沿釉牙骨質界垂直于牙體長軸切除冠部組織，保證余留牙根長度不少于9 mm。使用擴孔鉆在根管內進行逐級樁道預備，保留3 mm的根尖封閉區，根管內紙尖拭干，備用。

1.3.2 纖維樁表面處理 選取25根直徑1.2 mm的POPO玻璃纖維樁，75%乙醇溶液清潔，使用無濁無水氣槍吹干，隨機分為5組。A組(對照組)：纖維樁表面未進行處理；B組(過氧化氫組)：將纖維樁浸泡于30%H2O2溶液中10 min，使用無濁無水氣槍吹干后備用；C組(硅烷組)：將纖維樁浸泡于硅烷偶聯劑中60 s，使用無濁無水氣槍吹干后備用；D組(氫氟酸凝膠組)：小毛刷蘸取4%氫氟酸凝膠均勻涂布纖維樁表面60 s，流動蒸餾水沖洗后使用無濁無水氣槍吹干后備用；E組(乙醇鈉組)：將纖維樁浸泡于20%乙醇鈉溶液中10 min，使用無濁無水氣槍吹干后備用。

1.3.3 試樣制備 將已進行表面處理的纖維樁粘接于樁道已預備完成的離體牙根管內，待粘接劑完全固化后，于37 ℃生理鹽水中貯存1周。

使用自凝樹脂將實驗牙包埋，在硬組織切片機上固定實驗牙，刀片垂直于牙根，冷卻水沖洗下將纖維樁粘接部分的牙根試樣沿冠-根方向切割為厚度1 mm的薄片，每個試樣切取可得到6個薄片。按薄片所在試樣位置再分為根上部、根中部、根下部3組，即每兩個連續薄片為一組，置于37 ℃生理鹽水中貯存待用。

1.3.4 微推出實驗 將薄片放置在萬能試驗機上，使用末端直徑小于1 mm的加載頭垂直向以0.5 mm/min對纖維樁(不接觸薄片中纖維樁以外部位)加載，至纖維樁完全脫出，記錄應力-應變曲線峰值為最大破壞載荷。推出強度=最大破壞載荷/粘接面積。

在體視顯微鏡下放大20倍觀察所有薄片試樣的破壞模式，記錄為以下4種：纖維樁-粘接劑界面(Ⅰ型)，粘接劑-牙本質界面(Ⅱ型)，內聚破壞(Ⅲ型)，混合破壞(Ⅳ型)。

1.3.5 掃描電鏡觀察 使用掃描電子顯微鏡對經過不同方法進行表面處理后的纖維樁表面形貌進行觀察，比較各組之間的差異。

1.4 統計學方法

使用SPSS 22.0對實驗數據進行雙因素方差分析及多重比較，分析不同表面處理方法及根管不同深度對纖維樁粘接強度的影響，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

經過不同方法進行表面處理后的纖維樁在根管不同深度的粘接強度結果見表1。與A組(對照組)相比，通過不同方法進行纖維樁表面處理后其粘接強度均有增加，由高到低的順序為30%H2O2組>4%氫氟酸凝膠組>20%乙醇鈉溶液組>對照組。其中B組，D組，E組所測得粘接強度與A組有明顯差異，具有統計學意義(P<0.05)，且進行兩組間對比，組間差異均有統計學意義。而C組所得數值與A組差異較小，無統計學意義(P>0.05)。另外，根據纖維樁位于根管內深度不同，5組纖維樁與樹脂粘接強度由高到低的順序均體現為根上部>根中部>根下部，其差異具有統計學意義(P<0.05)。在體視光學顯微鏡下薄片試樣破壞方式在根管不同部位均以纖維樁-粘接劑界面(Ⅰ型)破壞為主，未見內聚破壞(Ⅲ型)方式，見圖2。

表1 纖維樁表面經處理后在根管不同深度的粘接強度

圖2 在根管不同深度薄片試樣的破壞方式

SEM觀察結果可見，對照組的纖維樁表面被樹脂基質嚴密覆蓋，僅暴露少量纖維(圖3)。經過4種方法進行表面處理后，與未經表面處理的纖維樁對比，表面基質均有不同程度的溶解，纖維束暴露量增加(圖4～7)，其中經過30%H2O2溶液處理后的纖維樁表面樹脂基團溶解量最多，纖維暴露明顯(圖4)；經氫氧酸凝膠處理后的纖維樁除基質溶解外，還可見纖維樁斷裂現象(圖6)；硅烷偶聯劑處理后的纖維樁表面基質溶解量與纖維束暴露均較少(圖5)。

A: ×500；B： ×1 000

圖3A組(對照組)SEM

Fig.3Group A(untreatment) SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖4B組(30%H2O2組)SEM

Fig.4Group B(30%H2O2)SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖5C組(硅烷組)SEM

Fig.5Group C(silanization)SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖6D組(4%氫氟酸凝膠)SEM

Fig.6Group D (4%HF)SEM

A: ×500；B： ×1 000

圖7E組(20%乙醇鈉)SEM

Fig.7Group E (20% sodium ethoxide)SEM

3 討 論

根管治療后牙冠嚴重缺損的牙齒需要樁核系統提供足夠的固位力，纖維樁以其優秀的美觀效果以及具有與牙本質相近的彈性模量等優點在臨床中廣泛應用。纖維樁修復成功主要包括兩個因素：一是纖維樁-樹脂-牙本質間具有牢固的粘接結構，二是纖維樁材料能夠承擔口腔各種功能所產生的力。臨床中纖維樁與樹脂間粘接缺陷是修復失敗的常見原因。未經處理過的纖維樁表面環氧樹脂平滑致密，其間包繞的纖維束結構未見暴露，化學結構穩定，與樹脂中的甲基丙烯酸基缺乏有效結合，導致纖維樁出現松動、脫落等現象[5]。因此，對纖維樁進行表面處理，即處理環氧樹脂層，提高活性，有益于增強纖維樁與樹脂的粘接強度，提高纖維樁修復的成功率[6-7]。

在纖維樁表面涂布硅烷偶聯劑來達到增強其粘接強度的目的是臨床中常見的方法。但是，這種處理方法存在較大爭議。有研究表明，硅烷偶聯劑的作用機制為其功能烷氧基與含羥基無機纖維間的鍵合，玻璃纖維樁經過硅烷化處理后，潤濕性增加，并與樹脂粘接材料形成共價鍵，從而增加粘接強度[8]。與此相反，有學者認為[9-10]，玻璃纖維樁粘接的化學結合主要存在于暴露纖維與樹脂粘接劑之間，而纖維樁表面環氧樹脂是一種高度交聯結構，硅烷偶聯劑中的硅醇基團不能與纖維樁表面的羥基發生共價結合，因此單純使用硅烷偶聯劑并不能提高纖維樁-粘接劑界面的強度。本實驗使用KH-570硅烷偶聯劑處理玻璃纖維樁后，粘接強度與對照組差異無統計學意義(P>0.05)，即對玻璃纖維樁表面進行硅烷化處理無法有效增加其粘接強度。

氫氟酸凝膠在臨床中常用于全瓷修復體粘接前的處理，已有許多國內外學者進行臨床實驗或基礎實驗的研究表明其酸蝕的活躍機制是二氧化硅的溶解，產生粗糙的表面，從而增大有效粘接面積，促進了纖維樁與樹脂粘合劑的機械聯鎖，但經氫氟酸處理后的纖維樁在SEM下觀察表面形貌可見纖維軸向微裂，說明這種試劑會破壞纖維樁本身的結構，破壞纖維樁的完整性[11-12]。研究表明，使用4%～5%低濃度氫氟酸需進行60～120 s酸蝕[13]，高濃度氫氟酸進行15～60 s酸蝕即可得到明顯效果[14]。本研究使用4%氫氟酸凝膠處理玻璃纖維樁表面60 s，薄片試樣的粘接強度顯著高于對照組(P<0.05)，SEM觀察可見纖維樁內部纖維束暴露，但纖維束本身出現斷裂，結構發生部分破壞，此結果與上述學者研究結論一致。綜上所述，經氫氟酸處理玻璃纖維樁表面后雖然能夠提高其粘接強度，但本身的機械強度等性能是否受到影響，是否能夠承擔口腔內產生的力，仍需進一步研究，故不建議在臨床中使用氫氟酸進行纖維樁表面處理。

由于氫氟酸對纖維樁的完整性的影響，H2O2溶液在臨床中被推廣用于玻璃纖維樁表面處理[15]。H2O2可以通過部分溶解環氧樹脂上的環氧樹脂鍵來改善樹脂材料對樁表面的粘附，并且在不破壞纖維的前提下產生更多的微機械鎖合[16-17]，這種表面處理方法對玻璃纖維樁的粘接強度的影響與兩種因素有關，即H2O2的濃度和處理時間。Reperto等[18]報道了用24%H2O2溶液處理纖維樁10 min，可顯著提高其與樹脂的界面結合強度。本實驗使用的30%H2O2溶液具有較強的氧化性，處理纖維樁表面10 min后，其粘接強度與對照組相比有顯著提高。SEM觀察纖維張表面形貌可見表面樹脂基質溶解較多，內部纖維束大量暴露，表面粗糙度增加，且未見纖維束斷裂現象。可見H2O2能夠有效地處理玻璃纖維樁表面的惰性環氧樹脂層，若與其他方法聯合使用，可能對纖維樁粘接強度有更大程度的提高。

乙醇鈉具有強堿性，可通過底物氧化的方式破壞環氧樹脂的結合，掃描電鏡下可觀察到玻璃纖維樁表面的環氧樹脂被溶解，纖維得到暴露，使表面粗糙度增加，提高纖維樁-粘接劑間的機械和化學固位，改善樹脂與纖維樁直接的粘接強度[19]。本實驗使用20%乙醇鈉溶液處理玻璃纖維樁后所得粘接強度，明顯高于對照組；SEM下觀察纖維樁外觀形貌也與上述實驗結論吻合，提示20%乙醇鈉溶液酸蝕玻璃纖維樁能夠提高纖維樁的粘接強度，且未對纖維樁結構造成破壞。

纖維樁在根管內的穩定不僅受纖維樁-粘接劑界面的影響，同樣也與在根管內的位置有關。本實驗將每組試樣根據所在根管位置分為3組分別進行微推出測試，得出根上部的粘接強度顯著高于根中部及根下部；分析薄片試樣破壞方式發現，隨著根管深度的加深，發生樹脂粘接劑與牙本質界面破壞的薄片試樣數量增加，這一結果可能是由于在根管內，由根頸部至根尖部，牙本質小管的密度逐漸降低，使樹脂粘接劑與牙本質形成的粘接面積逐漸減小，影響粘接效果[20-21]。

有文獻報道的能夠提高纖維樁粘接強度的表面處理方法還有許多，包括噴砂法、高錳酸鉀溶液處理法、低溫等離子及激光處理等；測定粘接強度的實驗方法除微推出法外，還可以應用微拉伸、彎曲實驗等。對纖維樁粘接強度的相關研究多為體外實驗，影響因素較多。為了降低離體牙的形態學及實驗操作方面因素造成的干擾，本實驗對所選取的離體牙要求較高，選用形態大小相近的圓形單根管下頜前磨牙，并且實驗的每一個步驟均在相關專業醫生的指導下進行，得出結論。但本實驗未完全模擬患者口內情況，不能準確反應經表面處理后的纖維樁在患者口內修復后的粘接效果，具有局限性；另一方面，已知的這些方法對纖維樁粘接強度的提高有限，且易造成纖維樁結構破壞。因此，尋找更加有效的方法來增加纖維樁的粘接強度，從而提高遠期療效的方法，仍有待深入研究。