不同凝固時(shí)間對生物活性材料表面粘接力度的影響

馬建崗

摘 要：生物活性材料的類型較多，文章主要針對3種不同的生物活性材料作為研究對象，分別為三氧化礦物凝聚體（MTA）、iRoot BP Plus（BP）和iRoot FS（FS），這幾種材料有助于促進(jìn)修復(fù)性牙本質(zhì)生成和牙髓細(xì)胞分化，能夠在牙科領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。在應(yīng)用過程中，需要和樹脂材料有一定的粘接力度。于是文章以實(shí)驗(yàn)研究的方式分析不同凝固時(shí)間對生物活性材料表面粘接力度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)凝固時(shí)間為24h時(shí)，兩種不同酸蝕情況下MTA的表面粘接力度明顯高于另外兩種生物活性材料，其P<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;3種材料在兩種酸蝕情況下，凝固時(shí)間為7d和初始凝固時(shí)間之間P>0.05，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;與初始凝固組相比，同種材料完全凝固之后其粘接強(qiáng)度具有明顯性的提高;生物活性材料和樹脂材料界面全部表現(xiàn)的是內(nèi)聚破壞模式。

關(guān)鍵詞：凝固時(shí)間;生物活性材料;粘接力度

中圖分類號：R783.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2021）07-0042-04

Effect of Different Setting Time on the Surface Adhesion Strength of Bioactive Materials

Ma Jiangang

（Xi an Peihua University， Xi an 710125， China）

Abstract：There are many types of bioactive materials. The paper mainly focuses on three different bioactive materials as the research objects， namely mineral trioxide aggregate （MTA）， iRoot BP Plus （BP） and iRoot FS （FS）. These materials help to promote the production of restorative dentin and the differentiation of dental pulp cells， and can play an important role in the dental field. In the application process， it needs to have a certain bonding strength with the resin material. Therefore， the paper analyzes the effect of different setting time on the surface adhesion of bioactive materials by means of experimental research. The experimental results show that when the setting time is 24 hours， the surface adhesion strength of MTA under two different acid etching conditions is significantly higher than that of the other two biologically active materials， and its P<0.05， the difference is statistically significant; under the two acid etching conditions of the three materials， the setting time is 7 days and the initial setting time is P>0.05 ， and the difference is not statistically significant; coMPared with the initial solidification group， the bonding strength of the same material is significantly improved after the same material is completely solidified; the interface between the bioactive material and the resin material all shows a cohesive failure mode.

Key words：setting time; bioactive material; bonding strength

相比于傳統(tǒng)的氫氧化鈣，三氧化礦物凝聚體（MTA）和iRoot類的生物活性材料有更高的直接蓋髓臨床成功率[1-2]。但是由于這些類型的生物活性材料凝固時(shí)間過程，往往需要進(jìn)行二次就診，就會增加二次創(chuàng)傷和感染的風(fēng)險(xiǎn)，所以為了解決這個(gè)問題，需要對材料進(jìn)行改良，重點(diǎn)在于降低其凝固時(shí)間。iRoot類生物活性材料的種類也比較多，該類型材料的主要優(yōu)勢在于固化比較快，并且其治療效果與MTA差不多[3]。iRoot類生物活性材料中iRoot FS（FS）屬于一種新型材料，凝固時(shí)間只有20s[4]。生物活性材料需要和酸性材料進(jìn)行反應(yīng)才能和膠粘接直接形成粘接力度，而不同的酸性材料處理效果也會存在差異[5]。于是文章將主要對不同凝固時(shí)間和酸性處理方式對3種生物活性材料粘接力度的影響進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

文章選擇3種不同的生物活性蓋髓材料，分別為三氧化礦物凝聚體（簡稱MTA）、iRoot BP Plus（簡稱BP）和iRoot FS（簡稱FS），這3種材料的初始凝固時(shí)間全部不一樣，分別如表1所示。3種材料中BP和FS的呈現(xiàn)狀態(tài)一致，都是膏狀，且成分也存在很多相似之處，最主要的區(qū)別在于兩者的增固劑含量不同。然后還需要使用到其他的材料，如35%磷酸酸蝕劑、流動(dòng)樹脂和通用粘接劑這幾種材料的主要作用在于對材料表面粘接處進(jìn)行處理。

實(shí)驗(yàn)所需要的主要儀器有立體顯微鏡、微剪切強(qiáng)度測試儀、掃描電鏡和光固化燈等。

1.2 試樣制備和分組

首先做丙烯酸樹脂快，其形狀為圓柱形，然后其斷面中心處需要制作出一個(gè)窩洞，該窩洞的直徑為4mm，深度為2mm，讓后將180個(gè)丙烯酸樹脂快平均分為3組。然后將3種生物活性材料分別裝到窩洞中后進(jìn)行壓實(shí)處理，然后將其放入溫度為37℃，濕度達(dá)到100%的環(huán)境中進(jìn)行凝固，然后對不同凝固時(shí)間下的試樣進(jìn)行測試，其中凝固時(shí)間有3個(gè)，分別為24h、7d和每種材料的初始凝固時(shí)間。然后在每個(gè)凝固時(shí)間下每種材料設(shè)置為20個(gè)試樣。再對每個(gè)試樣進(jìn)行處理，首先對材料表面進(jìn)行沖洗，然后使用砂紙打磨一分鐘即可，然后再將20個(gè)試樣平均分為兩組，即每小組有10個(gè)試樣，然后在每個(gè)試樣上使用3mm孔洞的紙片進(jìn)行覆蓋，再在兩組試樣中分別用通用粘接劑使用自酸蝕和酸蝕沖洗兩種不同模式進(jìn)行處理。然后再將四氟乙烯磨具放到紙片上方，該磨具的直徑同樣為2mm，再將流動(dòng)樹脂注入到磨具中，并對其進(jìn)行光固化處理40s，將光固化燈的光照強(qiáng)度設(shè)置為700mW/cm2。然后再將磨具去除，于是材料粘接表面就會形成一個(gè)直徑和高都為3mm的樹脂柱，即可以對該粘接試樣進(jìn)行剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)測試內(nèi)容

剪切強(qiáng)度測試。完成上述試樣制作之后，即需要通過使用剪切強(qiáng)度測試儀進(jìn)行剪切強(qiáng)度測試，將測試儀的速度設(shè)置為1mm/min，然后加載方向?yàn)樯锘钚圆牧虾蜆渲缑娴姆较颍瑢?shí)驗(yàn)過程中需要將斷裂時(shí)的最大荷載和粘接界面的剪切強(qiáng)度進(jìn)行記錄。然后還需要對斷裂面使用立體顯微鏡進(jìn)行觀察，看其斷裂模式屬于哪一種，一共有3種斷裂模式，分別為界面斷裂、混合斷裂和內(nèi)聚斷裂。

材料表面掃描電鏡觀察。將3種不同的生物活性材料填充到磨具中進(jìn)行7d保存之后作為備用，并將每種材料制作出6個(gè)試樣，然后使用不同的表面處理液進(jìn)行處理，一共有3種處理情況，首先是對材料表面不進(jìn)行處理，作為對照組，然后使用自酸蝕模式進(jìn)行處理，即為自酸蝕組，最后使用磷酸進(jìn)行處理，即為酸蝕沖洗組。其中酸蝕沖洗組需要使用35%磷酸酸蝕劑進(jìn)行處理15s，然后沖洗15s，最后對其進(jìn)行吹干即可;另外自酸蝕組使用通用粘接劑進(jìn)行處理20s，再同樣進(jìn)行沖洗15s之后將其吹干即可。最后使用掃描電鏡對處理之后的材料表面形貌進(jìn)行觀察。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

通過實(shí)驗(yàn)測試之后將會獲得比較多的數(shù)據(jù)信息，然后使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用Tukey法對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩比較，當(dāng)p<0.05時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;使用單因素方差分析測試酸蝕沖洗組和自酸蝕組的結(jié)果，目的在于分析不同凝固時(shí)間和材料對粘接力度的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同凝固時(shí)間下生物活性材料的粘接強(qiáng)度表現(xiàn)

在酸蝕沖洗組和自酸蝕組中，不同凝固時(shí)間下復(fù)合樹脂和不同生物活性材料之間的粘接強(qiáng)度如表2和表3所示。然后對酸蝕沖洗組和自酸蝕組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算時(shí)，其p>0.05，即兩者之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然后再對同種材料之間不同凝固時(shí)間進(jìn)行兩兩比較，從表中可以看出，與初始凝固時(shí)間相比，表2和表3中MTA的凝固時(shí)間為24h的粘接強(qiáng)度具有明顯性提高，且通過計(jì)算之后，p<0.05，即兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;但是凝固時(shí)間為7d的p>0.05，即初始凝固時(shí)間和凝固時(shí)間為7d的粘接強(qiáng)度之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然后再對BP進(jìn)行分析，從表2和表3中可以看出，凝固時(shí)間為7d的粘接強(qiáng)度明顯高于凝固時(shí)間為24h和初始凝固時(shí)間的粘接強(qiáng)度，且兩者之間的p<0.05，即差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。最后對FS進(jìn)行分析，從表2和表3中可以看出，凝固時(shí)間為7d的粘接強(qiáng)度明顯高于凝固時(shí)間24h和初始凝固時(shí)間的粘接強(qiáng)度，通過計(jì)算之后，p<0.05，即差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;然而凝固時(shí)間為24h的粘接強(qiáng)度之比初始凝固時(shí)間的粘接強(qiáng)度大一點(diǎn)，于是沒有顯著性變化，通過計(jì)算之后，其p>0.05，即差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在相同凝固時(shí)間下，對不同材料的粘接力度進(jìn)行比較：從表2和表3中可以看出，當(dāng)凝固時(shí)間為24h時(shí)，MTA的粘接力度都要明顯高于BP和FS，通過計(jì)算之后，p<0.05，即差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然后對BP和FS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)p>0.05，即兩者之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。當(dāng)凝固時(shí)間為7d和初始凝固時(shí)間條件下，兩種不同模式下的對材料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)全部是p>0.05，即兩者之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

最后對斷面情況情況觀察發(fā)現(xiàn)，每個(gè)試樣發(fā)生的都是內(nèi)聚破壞。

2.2 掃描電鏡分析

對3種不同生物活性材料完全凝固之后進(jìn)行掃描電鏡分析，完全凝固的時(shí)間為7調(diào)暗，然后還需要對不同酸性處理劑處理后的形貌進(jìn)行掃描電鏡分析，得到的結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，對材料進(jìn)行酸性處理之后，其表面形貌發(fā)生了變化，不同的生物活性材料其形貌發(fā)生的變化存在差異，MTB表面出現(xiàn)了大小大致為5?m的六方晶體結(jié)構(gòu)，而另外兩種材料的形貌變化差不多，能夠看出是大小大致為1?m的針狀或者簇狀晶體結(jié)構(gòu)。而使用另外一種自酸蝕模式對材料進(jìn)行處理，生物活性材料的形貌變化又不同，其中MTA中的晶體粗糙度有所增加，并且晶體形狀變得不規(guī)則，而另外兩種材料的晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)消失現(xiàn)象。而3種生物活性材料經(jīng)過磷酸酸蝕之后，MTA的晶體結(jié)構(gòu)也消失了，增加了FS表面的空隙，而BP表面出現(xiàn)了非常細(xì)小的晶體。

3 討論

上述實(shí)驗(yàn)中分析了3種不同生物活性材料表面的粘接力度，從結(jié)論可知自酸蝕和酸蝕沖洗組在凝固時(shí)間為7d和初始凝固時(shí)間之下，都能夠提高生物活性材料的粘接力度，對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析時(shí)，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)樵诔跏寄虠l件下，3種材料在應(yīng)用過程中都具備一定的修復(fù)作用，但是MTA和BP這種兩種材料的初始凝固時(shí)間過長，只有FS屬于可接受的椅旁等待時(shí)間，所以另外兩種材料在應(yīng)用過程中需要進(jìn)行二次就診。

一般情況下，材料的剪切強(qiáng)度會受到其自身材料因素的影響，然后還會受到界面結(jié)合強(qiáng)度的影響，所以對斷面的形貌進(jìn)行分析，有助于了解結(jié)合界面附近結(jié)構(gòu)。上文的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)得到試樣發(fā)生斷裂之后，其斷面的破壞類型都是內(nèi)聚破壞，因此可以了解到使用材料進(jìn)行直接修復(fù)即可后，生物活性材料的本身任然為薄弱環(huán)節(jié)。因?yàn)閹缀跛猩锘钚圆牧显谶M(jìn)行凝固時(shí)，都屬于一種水合反應(yīng)，文章所研究的3種生物活性材料也都是一種硅酸鹽水合反應(yīng)，這種反應(yīng)會非常緩慢，如果要等到材料達(dá)到徹底的凝固，需要很長時(shí)間，甚至在1到2年之間才能完成[6]。所以文章所研究的3種凝固時(shí)間并不能實(shí)現(xiàn)徹底凝固，于是其自身性能將會比復(fù)合樹脂材料低，所以就容易發(fā)生內(nèi)聚破壞現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中得凝固時(shí)間為24h時(shí)，MTA的粘接力度明顯高于另外兩個(gè)生物活性材料，該現(xiàn)象能夠反映MTA能夠跟快的達(dá)到完全凝固。

有相關(guān)研究表明，在初凝階段時(shí)，生物活性材料的水合反應(yīng)還是比較快的，當(dāng)凝固時(shí)間不斷增加之后，其反應(yīng)才越來越緩慢，且對水的需求越來越少[7]。生物活性材料在牙科中進(jìn)行使用時(shí)，當(dāng)達(dá)到初始凝固時(shí)間之后，就可以對材料進(jìn)行直接粘接修復(fù)，雖然此時(shí)的強(qiáng)度還沒有完全展現(xiàn)出，但是修復(fù)完成之后的時(shí)間里，任然會繼續(xù)增加自身強(qiáng)度，所以在臨床中不需要等到完全凝固。

三氧化礦物凝聚體等生物活性材料和粘接劑進(jìn)行粘接時(shí)其本身的粘接強(qiáng)度非常低，需要對生物活性材料和酸性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生物活性材料的表面才會形成一種粘接界面[8]。通用粘接劑的pH值在2.7左右，而35%磷酸凝膠的pH值小于1，所以磷酸凝膠的pH值明顯低很多。使用這兩種酸性物質(zhì)和3種生物活性材料進(jìn)行反應(yīng)，然后通過使用掃描電鏡對材料表面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)形貌已經(jīng)發(fā)生了變化。MTA形成了比較大的晶體結(jié)構(gòu)，這些晶體的材質(zhì)應(yīng)該是硅酸鹽和氫氧化鈣。然后使用自酸蝕和磷酸對MTA進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)使用前者酸性物質(zhì)使得材料表面出現(xiàn)蝕刻現(xiàn)象，而使用后者酸性物質(zhì)使得材料表面晶體消失，而處于一種刻蝕模式。另外兩種生物活性材料經(jīng)過處理之后，其形貌變化差不多，且晶體結(jié)構(gòu)都比較小。然后使用通用粘接劑進(jìn)行處理，材料表面的形貌都發(fā)生了變化，BP和FS的晶體的體積變得更小。試樣中使用磷酸進(jìn)行酸蝕之后，能夠觀察到的形成了新的晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的主要是在酸蝕反應(yīng)過程中產(chǎn)生的沉積。

文章對不同凝固時(shí)間對材料的粘接力度影響進(jìn)行了分析，其中還分析了兩種不同的酸蝕方式對材料粘接力度的影響，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，使用酸蝕沖洗型粘接和自酸蝕粘接這兩種方式，材料的粘接力度比較接近，所以對材料的粘接力度影響比較小，出現(xiàn)這種現(xiàn)象應(yīng)該是材料本身強(qiáng)度的限制。于是我們不能簡單的認(rèn)為所使用的酸性物質(zhì)的pH值越小，就越能夠提高材料的粘接力度，因?yàn)椴牧系恼辰恿Χ冗€會受到其他因素的影響。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物活性材料的類型將會越來越豐富，文章雖然只對3種材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，但是還有很多新型材料在不斷涌現(xiàn)，比如含樹脂成分并可光固化的TheraCal LC等。這些新型材料的出現(xiàn)，必然會具有更好的使用效果，在臨床中進(jìn)行使用時(shí)能夠提高固化速度，避免第二次就診所帶來的風(fēng)險(xiǎn)和繁瑣。但是這些材料是否具有較強(qiáng)的綜合性能還需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，然后和傳統(tǒng)的材料進(jìn)行比較，看新型材料和傳統(tǒng)材料之間的區(qū)別如何。

4 結(jié)語

通過上文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論，可知在3種生物活性材料中FS的初始時(shí)間較短，屬于臨床上可以接受的初始凝固時(shí)間，所以在使用時(shí)，能夠通過一次就診就以完成治療效果，并且該材料能夠在初始凝固時(shí)間時(shí)，能夠得到一定的粘接力度，并且滿足材料的力學(xué)要求，能夠在蓋髓之后直接對窩洞進(jìn)行修復(fù)，所以相比于另外兩種材料，能夠明顯提高臨床上的便捷性。

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