不同湿度及酸蚀对2种通用型粘接剂粘接强度的影响

陈 勇,王跃岩,张光东

湿粘接技术首先用酸液处理牙本质表面,使之发生一定程度的脱矿,在涂布粘接剂前牙本质表面须保持一定的润湿度,以利于粘接剂的渗透和理想粘接界面的形成从而达到最佳的粘接效果。临床医师在应用粘接剂时,试图通过三用气枪的气流强度、作用时间、与粘接界面的距离等方式来控制牙本质表面的水分,但这种控制取决于个人对最合适的表面湿度的理解。目前国内外尚没有统一的控制牙本质湿度的标准,因此不同操作者获得的粘接强度差异很大。近年来,新型通用型粘接剂越来越多地被应用于临床,这类粘接剂既可应用于酸蚀后的粘接界面,也可以直接粘接[1],但关于不同湿度和酸蚀对通用型粘接剂牙本质粘接强度的影响的研究报道较少。因此,本文拟通过对2种通用型粘接剂Prime Bond Universal(PBU)和Single Bond Universal(SBU)在酸蚀和未酸蚀的不同湿度牙本质表面的粘接强度进行比较,并在扫描电子显微镜下观察粘接界面形态,来评价通用型粘接剂的粘接效果,为临床应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

经无锡口腔医院伦理委员会批准及患者知情同意。选取实验前3个月内在无锡口腔医院口腔颌面外科拔除的60颗新鲜人离体磨牙。纳入标准:无龋坏、未经治疗或其他处理、无充填物、无明显隐裂纹;双氧水消毒后用刮匙刮除牙周附着的软组织及结石,浸泡于生理盐水中,置于-20 ℃冰箱中保存,1个月内使用。

酸蚀剂:35%磷酸 Gluma Etch(Heraeus Kulzer,德国);牙本质粘接剂:Single Bond Universal(3M,美国),Prime Bond Universal(Dentsply,美国);充填材料:Filtek Z350 XT纳米复合树脂(3M,美国)。

Isomet低速切割机(Buehler,美国);台式电子万能材料试验机(Instron,美国);SMZ1000体视显微镜(Nikon,日本);高速手机;光固化机(Valo,美国);三用气枪;游标卡尺;蒸馏水移液器(力辰邦西公司,中国);扫描电子显微镜(FEI Quanta-200,美国)。

1.2 方法

1.2.1 样本制作 从根尖方向暴露每颗实验牙的髓腔,涂布粘接剂后填充双固化树脂,以增加后续实验过程中制作的试件小棒的长度。用带有喷水冷却装置的金刚砂高速车针在釉牙骨质界上约6 mm垂直于牙体长轴方向磨除冠部牙釉质,暴露浅层牙本质,并沿牙体长轴方向磨除颊侧、舌侧、近中及远中牙釉质,制备成矩形状的平整的牙本质表面。用金刚砂高速车针在牙本质表面磨出一条深约0.5 mm、宽150 μm平分矩形的沟槽,使沟槽两边左右对称。依次用180#、400#、600#碳化硅砂纸打磨出一个光滑的标准粘接面,体视显微镜下观察确保无釉质残留及牙髓暴露。

1.2.2 实验分组 将制备后的牙体样本(n=60)按牙本质表面湿润度分成干燥、湿润、过湿3组(n=20),每组随机选用通用型粘接剂SBU和PBU(n=10),每颗牙体样本再分成两半,在牙本质表面上随机用35%磷酸处理15 s或不进行酸蚀处理。游标卡尺量出长和宽,计算出牙本质表面面积,按以下牙本质湿度控制方法将整个牙本质表面制备出不同的湿度,按照各粘接剂使用说明书在两侧牙本质表面上同时涂布粘接剂,LED光固化灯光照强度为1 200 mW/cm2,照射时间10 s,再分层堆积Z350树脂,每层不超过2 mm,每层每个面都光固化20 s,总高5～6 mm,所有样本放置于37 ℃的蒸馏水中24 h后即测试微剪切粘接强度。

干燥组:在棉球吸干水分的基础上用三用气枪空气干燥30 s(5 cm处使用牙科三用气枪风干,气压为2.5 kgf/cm2);湿润组:在干燥组的基础上,用蒸馏水移液器添加约0.03 μL/5 mm2的蒸馏水[2];过湿组:在湿润组的基础上,用蒸馏水移液器额外再添加约0.05 μL/5 mm2的蒸馏水,以模拟过饱和现象。

1.2.3 微剪切强度实验[3-5]使用慢速精密切割机将牙体样本切割成1 mm×1 mm×10 mm的柱形小棒。收集来自两半牙体非边缘区域的小棒样本,剔除有缺陷的试件,每半颗牙选择2个柱状试件进行微剪切强度测试,游标卡尺测量出粘接层的长和宽,计算实际的横截面积,精度为±0.01 mm2,同时做好记录。将每组20根试件小棒的树脂端用自凝树脂包埋于塑料小管中,使牙本质树脂界面平行于自凝树脂界面,将试件固定在万能试验机的夹具上,单刃状刀具离开牙本质树脂粘接面0.5 mm,垂直向下施加压力,设置加载速度为0.5 mm/min。当牙本质与树脂端完全分离时,记录粘接面破坏时的力量峰值(N)。按计算公式:剪切强度(MPa)=剪切力峰值(N)/粘接面的横截面积(mm2),统计数据,求得各组微剪切粘接强度。断裂后的小棒置于光学显微镜下检查断裂模式,断裂模式分为3种:树脂或牙本质内聚破坏、界面破坏和混合破坏。

1.2.4 扫描电镜观察粘接界面 每组取一根牙本质-树脂小棒,将拟观察切面先后用600、800、1 200目水砂纸打磨后,35%磷酸酸蚀15 s,冲洗吹干,再用5%次氯酸钠溶解胶原10 min,清洗干燥后喷金,扫描电子显微镜观察粘接界面。

1.3 统计学方法

分别计算酸蚀模式、粘接剂、湿润度三种因素不同水平组合下的均数和标准差,三因素组间比较采用裂-裂区设计的方差分析,各组微剪切强度两两比较采用独立样本t检验,检验水准α=0.05,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 微剪切强度

酸蚀模式、粘接剂、湿润度三种因素均有统计学意义(F酸蚀模式=51.335,P=0.000;F粘接剂=35.420,P=0.000;F湿润度=7.765,P=0.001)。具体见表1、2。

表1 SBU、PBU在3种牙本质湿度以及酸蚀或未酸蚀条件下的微剪切强度Tab.1 Micro-shear strength of SBU and PBU under three dentin humidity and acid erosion or no acid erosion conditions

表2 裂-裂区设计的微剪切强度的方差分析Tab.2 Analysis of variance for the micro-shear strength of the split-split zone design

SBU在酸蚀后的3种湿度牙本质表面的粘接强度差异无统计学意义(P>0.05);SBU在未酸蚀的干燥牙本质表面的粘接强度明显低于在湿润和过湿牙本质表面的粘接强度,差异有统计学意义(P<0.05)。

SBU酸蚀各组比对应的未酸蚀各组能获得更高的粘接强度,但在湿润和过湿条件下,酸蚀与否差异无统计学意义(P>0.05)。

PBU在酸蚀后的3种湿度牙本质表面的粘接强度差异无统计学意义(P>0.05),在未酸蚀的3种湿度牙本质表面的粘接强度差异亦无统计学意义(P>0.05)。

PBU酸蚀各组比对应的未酸蚀各组能获得更高的粘接强度,差异均有统计学意义(P<0.05)。

SBU与PBU相比,同等实验条件下能获得更高的粘接强度,但在酸蚀后的湿润、过湿牙本质表面两者粘接强度差异无统计学意义(P>0.05)。

任意两组间有相同字母表示粘接强度没有统计学意义(P>0.05)

2.2 断裂模式分析

各组断裂模式均以界面破坏为主,小部分为混合破坏,内聚破坏较少。各组断裂破坏模式具体情况见图1。

图1 SBU、PBU在3种牙本质湿度以及酸蚀或未酸蚀条件下的断裂模式Fig.1 Fracture modes of SBU and PBU under three dentin humidity and acid or no acid etching conditions

2.3 粘接界面扫描电镜分析

酸蚀和未酸蚀粘接界面的扫描电镜结果显示(图2、3),两种粘接剂在酸蚀条件下形成的树脂突更密集、更长,并且有树脂突伸入牙本质小管中,2种粘接剂之间直接观察并没有明显的差异。未酸蚀条件下,两种粘接剂形成的树脂突均较稀疏和短小,SBU比PBU形成的树脂突相对较多。

D:牙本质;R:树脂;RT:树脂突

3 讨 论

牙本质表面经磷酸脱矿处理后,留下胶原纤维网络,周围是水[6]。胶原纤维周围的水对于保持纤维间间隙至关重要,以便粘接单体更好地渗透到胶原网络中,促进粘接剂与胶原蛋白的相互作用。如果牙本质表面过度干燥,胶原网络就会塌陷和收缩,导致与粘接剂的相互作用变差,减少粘接单体的渗透[7]。如果牙本质表面过度湿润将不利于粘接单体的渗透,且过多的水分会使粘接单体间的聚合反应受阻,导致聚合不全及形成孔隙结构,将会明显降低牙本质粘接强度[8]。

在未经酸蚀的牙本质表面,粘接剂中的酸性功能单体与牙本质矿物质相互作用,使牙本质脱矿,同时伴随着粘接性单体的渗透[9]。与酸蚀后的牙本质表面相比,未经酸蚀的牙本质脱矿深度较浅,但由于功能性单体与牙齿结构中钙、磷等形成的化学键较稳定,其对牙本质的粘接有积极的影响[10]。牙本质脱矿过程需要水,有实验证明水是产生脱矿所需氢离子的必要来源,这样酸性单体才能解离并渗透到牙本质中[9,11]。如果牙本质表面过度干燥或湿润,将会对粘接强度产生不良影响。

随着材料学的发展,粘接剂也在不断更新换代。粘接剂的发展主要经过了有“金标准”之称的第四代[12],将底漆与粘结剂合为一体的第五代粘结剂,第六代粘结剂大多是一种两步自酸蚀粘结剂,一些产品是将粘结剂作为一部分,酸性单体与底漆融合,有一些将酸性单体作为单独成分,底漆和粘结剂合为一体[13]。而第七代自酸蚀粘结剂是将粘结剂、底漆、酸蚀成分合为一瓶,降低了治疗技术的敏感性[14]。近年来各公司相继推出了新型通用型粘接剂,这类粘接剂可应用于酸蚀后或未经酸蚀的粘接界面[1],且部分粘接剂厂家声称其品牌的粘接剂在粘接界面过干或过湿条件下仍能获得可靠的粘接强度。各种粘接剂中加入的一些特殊成分,以及不同粘接单体的组合、浓度、含水量、其他溶剂和pH值等均可能影响最终的粘接强度[8]。

SBU是临床上常用的一款通用型粘结剂,其主要成分为甲基丙烯酸羟乙酯(hydroxyethyl methylacrylate,HEMA)、双甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycidyl methacrylate,Bis-GMA)、10-甲基丙烯酰氧癸基二氢磷酸酯(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是近年在国内新上市的一款通用型粘接剂,其成分中不含有双性单体HEMA、偶联聚合物Bis-GMA单体,其主要成分为N,N′-双丙烯酰基-N,N′-双烯丙基-1,4-丁基-2-二胺(BAABE)、N,N′-双丙烯酰胺基-N,N′-二乙基-1,3-丙烷(BADEP)、10-甲基丙烯酰氧癸基二氢磷酸酯(10-MDP)、双季戊四醇五丙烯酸酯磷酸酯(PENTA)等。HEMA 是一种分子量小的线性双性单体,易渗入至脱矿后的胶原纤维网中,并保持胶原网络的润湿性,利于疏水性单体的渗透[15-17]。在PBU中,BAABE和BADEP等双丙烯酰胺单体作为该粘接剂的表面活性交联剂,不仅有类似于HEMA利于粘接剂渗透的作用,其优势还在于此类单体能耐受更多的水分,降低粘接剂对牙本质表面水分的敏感性,且对后期粘接剂可能发生的水解降解过程更具抗性[18]。该粘接剂还使用了一种新开发的Active-Guard技术,能克服水的表面张力,使粘接剂与水分主动混合,避免了由于表面湿度差异而导致粘接剂不必要的相分离[2]。

在本研究中,无论PBU应用于酸蚀还是未酸蚀的牙本质表面,同一模式下的3种湿度的牙本质与树脂之间的粘接强度差异均无统计学意义,扫描电镜结果也显示出了同一酸蚀模式下的3种湿度粘接界面的树脂突的多少和长度并没有明显的差异,证明了这种新交联剂和新技术保证了该粘接剂较低的与水分相关的牙本质敏感性。Saeed等的研究也证实了当牙本质被水饱和时,PBU的粘接强度没有受到显著影响[18]。

SBU中含有一种特定的VitrebondTM共聚物,制造商声称使用该聚烯酸酯共聚物能为粘接提供更好的水分稳定性[19],Sezinando等[20]的研究表明含聚烯酸酯共聚物的粘接剂比不含聚烯酸酯共聚物的粘接剂粘接效果更好。Sugimura等[21]研究了牙本质水分对通用粘接剂在全酸蚀模式下粘接效果的影响,他们没有发现SBU在全酸蚀模式下对牙本质表面水分的依赖性,这与本实验结果是一致的。本研究还发现,SBU应用于未酸蚀的牙本质表面时,在干燥牙本质表面的粘接强度与在湿润或过湿牙本质表面的粘接强度相比,出现了明显下降,表现出了对水分的敏感性。10-MDP是一种高度亲水的功能性单体,在牙本质未经磷酸酸蚀的情况下,该单体通过其亲水的磷酸基团将钙从羟基磷灰石中解离出来并与钙离子结合,形成稳定的MDP-Ca盐[22-23]。SBU的含水量约为10%,PBU含水量约为20%[2,19],因牙本质脱矿过程需要适量的水[9,11],在未酸蚀过的干燥牙本质表面,可能SBU的低含水量不能促使该粘接剂中的10-MDP酸性单体充分解离和渗透,导致粘接强度比湿润组和过湿组显著下降,在电镜图像上表现为树脂突稀少。与此相反,高含水量的PBU即使在干燥的牙本质表面,也能保持与湿润牙本质一致的粘接强度。PBU中的另一种酸性单体PENTA,被报道能提高牙本质与树脂间的粘接强度[24-25],其与10-MDP协同的酸蚀作用可能也是保障PBU在未酸蚀牙本质表面粘接强度稳定性的另一个原因。

在本研究中,SBU、PBU无论应用在哪种牙本质湿度下,在酸蚀的牙本质表面比未酸蚀的牙本质表面都能获得更高的粘接强度,原因可能在于SBU的pH约为2.7[9],PBU的pH为2.5～3.0。Rosa等的一项研究表明,对于pH大于2.5的粘接剂,磷酸酸蚀后能提高牙本质的粘接强度[25]。同时,本研究发现,SBU在湿润和过湿条件下,酸蚀组的粘接强度虽比未酸蚀组的粘接强度略高,但差异没有统计学意义,这与Manzoli等的研究结果[1]一致。

综上所述,SBU在酸蚀后的牙本质表面对水分的敏感性较低,PBU在酸蚀或未酸蚀牙本质表面对水分的敏感性均较低。SBU和PBU应用于酸蚀后的牙本质表面比未酸蚀的牙本质表面能获得更高的粘接强度。本实验各组的抗微剪切强度均达到了10 MPa以上,满足临床对粘接强度的要求[26]。