不同濕度及酸蝕對2種通用型粘接劑粘接強度的影響

陳 勇,王躍巖,張光東

濕粘接技術首先用酸液處理牙本質表面,使之發(fā)生一定程度的脫礦,在涂布粘接劑前牙本質表面須保持一定的潤濕度,以利于粘接劑的滲透和理想粘接界面的形成從而達到最佳的粘接效果。臨床醫(yī)師在應用粘接劑時,試圖通過三用氣槍的氣流強度、作用時間、與粘接界面的距離等方式來控制牙本質表面的水分,但這種控制取決于個人對最合適的表面濕度的理解。目前國內外尚沒有統(tǒng)一的控制牙本質濕度的標準,因此不同操作者獲得的粘接強度差異很大。近年來,新型通用型粘接劑越來越多地被應用于臨床,這類粘接劑既可應用于酸蝕后的粘接界面,也可以直接粘接[1],但關于不同濕度和酸蝕對通用型粘接劑牙本質粘接強度的影響的研究報道較少。因此,本文擬通過對2種通用型粘接劑Prime Bond Universal(PBU)和Single Bond Universal(SBU)在酸蝕和未酸蝕的不同濕度牙本質表面的粘接強度進行比較,并在掃描電子顯微鏡下觀察粘接界面形態(tài),來評價通用型粘接劑的粘接效果,為臨床應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

經(jīng)無錫口腔醫(yī)院倫理委員會批準及患者知情同意。選取實驗前3個月內在無錫口腔醫(yī)院口腔頜面外科拔除的60顆新鮮人離體磨牙。納入標準:無齲壞、未經(jīng)治療或其他處理、無充填物、無明顯隱裂紋;雙氧水消毒后用刮匙刮除牙周附著的軟組織及結石,浸泡于生理鹽水中,置于-20 ℃冰箱中保存,1個月內使用。

酸蝕劑:35%磷酸 Gluma Etch(Heraeus Kulzer,德國);牙本質粘接劑:Single Bond Universal(3M,美國),Prime Bond Universal(Dentsply,美國);充填材料:Filtek Z350 XT納米復合樹脂(3M,美國)。

Isomet低速切割機(Buehler,美國);臺式電子萬能材料試驗機(Instron,美國);SMZ1000體視顯微鏡(Nikon,日本);高速手機;光固化機(Valo,美國);三用氣槍;游標卡尺;蒸餾水移液器(力辰邦西公司,中國);掃描電子顯微鏡(FEI Quanta-200,美國)。

1.2 方法

1.2.1 樣本制作 從根尖方向暴露每顆實驗牙的髓腔,涂布粘接劑后填充雙固化樹脂,以增加后續(xù)實驗過程中制作的試件小棒的長度。用帶有噴水冷卻裝置的金剛砂高速車針在釉牙骨質界上約6 mm垂直于牙體長軸方向磨除冠部牙釉質,暴露淺層牙本質,并沿牙體長軸方向磨除頰側、舌側、近中及遠中牙釉質,制備成矩形狀的平整的牙本質表面。用金剛砂高速車針在牙本質表面磨出一條深約0.5 mm、寬150 μm平分矩形的溝槽,使溝槽兩邊左右對稱。依次用180#、400#、600#碳化硅砂紙打磨出一個光滑的標準粘接面,體視顯微鏡下觀察確保無釉質殘留及牙髓暴露。

1.2.2 實驗分組 將制備后的牙體樣本(n=60)按牙本質表面濕潤度分成干燥、濕潤、過濕3組(n=20),每組隨機選用通用型粘接劑SBU和PBU(n=10),每顆牙體樣本再分成兩半,在牙本質表面上隨機用35%磷酸處理15 s或不進行酸蝕處理。游標卡尺量出長和寬,計算出牙本質表面面積,按以下牙本質濕度控制方法將整個牙本質表面制備出不同的濕度,按照各粘接劑使用說明書在兩側牙本質表面上同時涂布粘接劑,LED光固化燈光照強度為1 200 mW/cm2,照射時間10 s,再分層堆積Z350樹脂,每層不超過2 mm,每層每個面都光固化20 s,總高5～6 mm,所有樣本放置于37 ℃的蒸餾水中24 h后即測試微剪切粘接強度。

干燥組:在棉球吸干水分的基礎上用三用氣槍空氣干燥30 s(5 cm處使用牙科三用氣槍風干,氣壓為2.5 kgf/cm2);濕潤組:在干燥組的基礎上,用蒸餾水移液器添加約0.03 μL/5 mm2的蒸餾水[2];過濕組:在濕潤組的基礎上,用蒸餾水移液器額外再添加約0.05 μL/5 mm2的蒸餾水,以模擬過飽和現(xiàn)象。

1.2.3 微剪切強度實驗[3-5]使用慢速精密切割機將牙體樣本切割成1 mm×1 mm×10 mm的柱形小棒。收集來自兩半牙體非邊緣區(qū)域的小棒樣本,剔除有缺陷的試件,每半顆牙選擇2個柱狀試件進行微剪切強度測試,游標卡尺測量出粘接層的長和寬,計算實際的橫截面積,精度為±0.01 mm2,同時做好記錄。將每組20根試件小棒的樹脂端用自凝樹脂包埋于塑料小管中,使牙本質樹脂界面平行于自凝樹脂界面,將試件固定在萬能試驗機的夾具上,單刃狀刀具離開牙本質樹脂粘接面0.5 mm,垂直向下施加壓力,設置加載速度為0.5 mm/min。當牙本質與樹脂端完全分離時,記錄粘接面破壞時的力量峰值(N)。按計算公式:剪切強度(MPa)=剪切力峰值(N)/粘接面的橫截面積(mm2),統(tǒng)計數(shù)據(jù),求得各組微剪切粘接強度。斷裂后的小棒置于光學顯微鏡下檢查斷裂模式,斷裂模式分為3種:樹脂或牙本質內聚破壞、界面破壞和混合破壞。

1.2.4 掃描電鏡觀察粘接界面 每組取一根牙本質-樹脂小棒,將擬觀察切面先后用600、800、1 200目水砂紙打磨后,35%磷酸酸蝕15 s,沖洗吹干,再用5%次氯酸鈉溶解膠原10 min,清洗干燥后噴金,掃描電子顯微鏡觀察粘接界面。

1.3 統(tǒng)計學方法

分別計算酸蝕模式、粘接劑、濕潤度三種因素不同水平組合下的均數(shù)和標準差,三因素組間比較采用裂-裂區(qū)設計的方差分析,各組微剪切強度兩兩比較采用獨立樣本t檢驗,檢驗水準α=0.05,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 微剪切強度

酸蝕模式、粘接劑、濕潤度三種因素均有統(tǒng)計學意義(F酸蝕模式=51.335,P=0.000;F粘接劑=35.420,P=0.000;F濕潤度=7.765,P=0.001)。具體見表1、2。

表1 SBU、PBU在3種牙本質濕度以及酸蝕或未酸蝕條件下的微剪切強度Tab.1 Micro-shear strength of SBU and PBU under three dentin humidity and acid erosion or no acid erosion conditions

表2 裂-裂區(qū)設計的微剪切強度的方差分析Tab.2 Analysis of variance for the micro-shear strength of the split-split zone design

SBU在酸蝕后的3種濕度牙本質表面的粘接強度差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);SBU在未酸蝕的干燥牙本質表面的粘接強度明顯低于在濕潤和過濕牙本質表面的粘接強度,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

SBU酸蝕各組比對應的未酸蝕各組能獲得更高的粘接強度,但在濕潤和過濕條件下,酸蝕與否差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

PBU在酸蝕后的3種濕度牙本質表面的粘接強度差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),在未酸蝕的3種濕度牙本質表面的粘接強度差異亦無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

PBU酸蝕各組比對應的未酸蝕各組能獲得更高的粘接強度,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

SBU與PBU相比,同等實驗條件下能獲得更高的粘接強度,但在酸蝕后的濕潤、過濕牙本質表面兩者粘接強度差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

任意兩組間有相同字母表示粘接強度沒有統(tǒng)計學意義(P>0.05)

2.2 斷裂模式分析

各組斷裂模式均以界面破壞為主,小部分為混合破壞,內聚破壞較少。各組斷裂破壞模式具體情況見圖1。

圖1 SBU、PBU在3種牙本質濕度以及酸蝕或未酸蝕條件下的斷裂模式Fig.1 Fracture modes of SBU and PBU under three dentin humidity and acid or no acid etching conditions

2.3 粘接界面掃描電鏡分析

酸蝕和未酸蝕粘接界面的掃描電鏡結果顯示(圖2、3),兩種粘接劑在酸蝕條件下形成的樹脂突更密集、更長,并且有樹脂突伸入牙本質小管中,2種粘接劑之間直接觀察并沒有明顯的差異。未酸蝕條件下,兩種粘接劑形成的樹脂突均較稀疏和短小,SBU比PBU形成的樹脂突相對較多。

D:牙本質;R:樹脂;RT:樹脂突

3 討 論

牙本質表面經(jīng)磷酸脫礦處理后,留下膠原纖維網(wǎng)絡,周圍是水[6]。膠原纖維周圍的水對于保持纖維間間隙至關重要,以便粘接單體更好地滲透到膠原網(wǎng)絡中,促進粘接劑與膠原蛋白的相互作用。如果牙本質表面過度干燥,膠原網(wǎng)絡就會塌陷和收縮,導致與粘接劑的相互作用變差,減少粘接單體的滲透[7]。如果牙本質表面過度濕潤將不利于粘接單體的滲透,且過多的水分會使粘接單體間的聚合反應受阻,導致聚合不全及形成孔隙結構,將會明顯降低牙本質粘接強度[8]。

在未經(jīng)酸蝕的牙本質表面,粘接劑中的酸性功能單體與牙本質礦物質相互作用,使牙本質脫礦,同時伴隨著粘接性單體的滲透[9]。與酸蝕后的牙本質表面相比,未經(jīng)酸蝕的牙本質脫礦深度較淺,但由于功能性單體與牙齒結構中鈣、磷等形成的化學鍵較穩(wěn)定,其對牙本質的粘接有積極的影響[10]。牙本質脫礦過程需要水,有實驗證明水是產(chǎn)生脫礦所需氫離子的必要來源,這樣酸性單體才能解離并滲透到牙本質中[9,11]。如果牙本質表面過度干燥或濕潤,將會對粘接強度產(chǎn)生不良影響。

隨著材料學的發(fā)展,粘接劑也在不斷更新?lián)Q代。粘接劑的發(fā)展主要經(jīng)過了有“金標準”之稱的第四代[12],將底漆與粘結劑合為一體的第五代粘結劑,第六代粘結劑大多是一種兩步自酸蝕粘結劑,一些產(chǎn)品是將粘結劑作為一部分,酸性單體與底漆融合,有一些將酸性單體作為單獨成分,底漆和粘結劑合為一體[13]。而第七代自酸蝕粘結劑是將粘結劑、底漆、酸蝕成分合為一瓶,降低了治療技術的敏感性[14]。近年來各公司相繼推出了新型通用型粘接劑,這類粘接劑可應用于酸蝕后或未經(jīng)酸蝕的粘接界面[1],且部分粘接劑廠家聲稱其品牌的粘接劑在粘接界面過干或過濕條件下仍能獲得可靠的粘接強度。各種粘接劑中加入的一些特殊成分,以及不同粘接單體的組合、濃度、含水量、其他溶劑和pH值等均可能影響最終的粘接強度[8]。

SBU是臨床上常用的一款通用型粘結劑,其主要成分為甲基丙烯酸羥乙酯(hydroxyethyl methylacrylate,HEMA)、雙甲基丙烯酸縮水甘油酯(glycidyl methacrylate,Bis-GMA)、10-甲基丙烯酰氧癸基二氫磷酸酯(10-methacryloxydecyl dihydrophosphate,10-MDP)以及特有的甲基丙烯酸酯改性聚烯酸共聚物(VitrebondTM共聚物)等。PBU是近年在國內新上市的一款通用型粘接劑,其成分中不含有雙性單體HEMA、偶聯(lián)聚合物Bis-GMA單體,其主要成分為N,N′-雙丙烯?；?N,N′-雙烯丙基-1,4-丁基-2-二胺(BAABE)、N,N′-雙丙烯酰胺基-N,N′-二乙基-1,3-丙烷(BADEP)、10-甲基丙烯酰氧癸基二氫磷酸酯(10-MDP)、雙季戊四醇五丙烯酸酯磷酸酯(PENTA)等。HEMA 是一種分子量小的線性雙性單體,易滲入至脫礦后的膠原纖維網(wǎng)中,并保持膠原網(wǎng)絡的潤濕性,利于疏水性單體的滲透[15-17]。在PBU中,BAABE和BADEP等雙丙烯酰胺單體作為該粘接劑的表面活性交聯(lián)劑,不僅有類似于HEMA利于粘接劑滲透的作用,其優(yōu)勢還在于此類單體能耐受更多的水分,降低粘接劑對牙本質表面水分的敏感性,且對后期粘接劑可能發(fā)生的水解降解過程更具抗性[18]。該粘接劑還使用了一種新開發(fā)的Active-Guard技術,能克服水的表面張力,使粘接劑與水分主動混合,避免了由于表面濕度差異而導致粘接劑不必要的相分離[2]。

在本研究中,無論PBU應用于酸蝕還是未酸蝕的牙本質表面,同一模式下的3種濕度的牙本質與樹脂之間的粘接強度差異均無統(tǒng)計學意義,掃描電鏡結果也顯示出了同一酸蝕模式下的3種濕度粘接界面的樹脂突的多少和長度并沒有明顯的差異,證明了這種新交聯(lián)劑和新技術保證了該粘接劑較低的與水分相關的牙本質敏感性。Saeed等的研究也證實了當牙本質被水飽和時,PBU的粘接強度沒有受到顯著影響[18]。

SBU中含有一種特定的VitrebondTM共聚物,制造商聲稱使用該聚烯酸酯共聚物能為粘接提供更好的水分穩(wěn)定性[19],Sezinando等[20]的研究表明含聚烯酸酯共聚物的粘接劑比不含聚烯酸酯共聚物的粘接劑粘接效果更好。Sugimura等[21]研究了牙本質水分對通用粘接劑在全酸蝕模式下粘接效果的影響,他們沒有發(fā)現(xiàn)SBU在全酸蝕模式下對牙本質表面水分的依賴性,這與本實驗結果是一致的。本研究還發(fā)現(xiàn),SBU應用于未酸蝕的牙本質表面時,在干燥牙本質表面的粘接強度與在濕潤或過濕牙本質表面的粘接強度相比,出現(xiàn)了明顯下降,表現(xiàn)出了對水分的敏感性。10-MDP是一種高度親水的功能性單體,在牙本質未經(jīng)磷酸酸蝕的情況下,該單體通過其親水的磷酸基團將鈣從羥基磷灰石中解離出來并與鈣離子結合,形成穩(wěn)定的MDP-Ca鹽[22-23]。SBU的含水量約為10%,PBU含水量約為20%[2,19],因牙本質脫礦過程需要適量的水[9,11],在未酸蝕過的干燥牙本質表面,可能SBU的低含水量不能促使該粘接劑中的10-MDP酸性單體充分解離和滲透,導致粘接強度比濕潤組和過濕組顯著下降,在電鏡圖像上表現(xiàn)為樹脂突稀少。與此相反,高含水量的PBU即使在干燥的牙本質表面,也能保持與濕潤牙本質一致的粘接強度。PBU中的另一種酸性單體PENTA,被報道能提高牙本質與樹脂間的粘接強度[24-25],其與10-MDP協(xié)同的酸蝕作用可能也是保障PBU在未酸蝕牙本質表面粘接強度穩(wěn)定性的另一個原因。

在本研究中,SBU、PBU無論應用在哪種牙本質濕度下,在酸蝕的牙本質表面比未酸蝕的牙本質表面都能獲得更高的粘接強度,原因可能在于SBU的pH約為2.7[9],PBU的pH為2.5～3.0。Rosa等的一項研究表明,對于pH大于2.5的粘接劑,磷酸酸蝕后能提高牙本質的粘接強度[25]。同時,本研究發(fā)現(xiàn),SBU在濕潤和過濕條件下,酸蝕組的粘接強度雖比未酸蝕組的粘接強度略高,但差異沒有統(tǒng)計學意義,這與Manzoli等的研究結果[1]一致。

綜上所述,SBU在酸蝕后的牙本質表面對水分的敏感性較低,PBU在酸蝕或未酸蝕牙本質表面對水分的敏感性均較低。SBU和PBU應用于酸蝕后的牙本質表面比未酸蝕的牙本質表面能獲得更高的粘接強度。本實驗各組的抗微剪切強度均達到了10 MPa以上,滿足臨床對粘接強度的要求[26]。