不同表面处理对聚乳酸可吸收桩与树脂核间粘结性能的影响

黎淑婷, 黄 华, 周永明

(广西 南宁: 1. 广西医科大学附属口腔医院, 530021; 2. 南宁天使口腔医院, 530012)

不同表面处理对聚乳酸可吸收桩与树脂核间粘结性能的影响

黎淑婷1, 黄 华1, 周永明2

(广西 南宁: 1. 广西医科大学附属口腔医院, 530021; 2. 南宁天使口腔医院, 530012)

目的: 探讨不同表面处理方法对聚乳酸桩与树脂核粘结性能的影响。方法：将25根聚乳酸桩随机分为A、B、C、D、E 5组(n=5), A组表面仅涂布粘结剂；B组表面涂布氯仿后再涂布粘结剂；C组表面涂布氯仿与粘结剂按1 ∶1混合5 s后的混合物；D组表面涂布氯仿与粘结剂按1 ∶2混合5 s的混合物；E组表面涂布氯仿与粘结剂按2 ∶1混合5 s的混合物；另取5根玻璃纤维桩作为F组(对照组)，表面涂布粘结剂。处理后的各组桩分别与Filtek Z350 树脂核粘结制成棒状试件后进行微拉伸测试；体视显微镜观察各样本的断裂类型, SEM观察桩-树脂核断裂界面；并对数据进行统计分析。结果：C组微拉伸强度最高(20.58±3.35)MPa，与其他各组相比P<0.05；随后依次为E组(13.35±3.21)MPa、D组(12.80±2.77)MPa、F组(12.24±1.40)MPa、B组(10.91±1.61)MPa、A组(5.03±1.48)MPa，两两相比，B组与E组比较，P<0.05，D、E、F组间比较P>0.05，其余各组间差异P<0.05；各组断裂模式两两相比P<0.05，C组以树脂内聚破坏为主。结论：将氯仿和粘结剂按1 ∶1的比例混合后处理聚乳酸桩表面可提高聚乳酸桩-树脂核的粘结强度。

聚乳酸桩; 微拉伸粘结强度; 树脂核; 表面处理

[DOI] 10.15956/j.cnki.chin.j.conserv.dent.2015.02.006

[Chinese Journal of Conservative Dentistry,2015,25(2):90]

寻找一种可吸收性高分子材料的桩核系统，并将其应用于乳牙残根残冠的修复，目前已成为儿童口腔医学关注的热点[1]。聚乳酸(Polylactic acid，PLA)作为一种可吸收高分子材料，不但具有一定的机械性能和良好的生物相容性，同时还具备与乳牙牙根生理性吸收速率相似的降解速率，是乳牙根管桩的首选材料[2-5]。桩核系统的固位(指桩与根管壁以及桩与树脂核的粘结强度)是影响残根、残冠临床修复效果的重要因素，在临床上，会遇到因桩-核松脱或分离而导致修复失败的情况[6]。同样在PLA桩与树脂核之间维持足够的粘结强度，也是保证乳牙残根残冠修复成功的基础。因此，本实验通过观察不同表面处理对PLA桩与树脂核之间的粘结强度的影响，以探索何种表面处理方法能显著提高PLA桩与树脂核的粘结强度。

1 材料和方法

1.1 主要材料和仪器

粘结剂Prime&Bond NT(Dentsply, 德国); PLA棒状材料(Nature Works,美国)；Rely XTM玻璃纤维桩、光固化复合树脂Filtek Z350(3M ESPE,美国)； Prime&Bond NT(Dentsply，德国)；医用氯仿(中山大学附属光华口腔医院)；Isomet线性切割机(Isomet 5000,美国)；光固化机(Monitex,台湾)；EZ- TEST 500N微拉伸测试机(SHMADZU,日本)；SMZX7体视显微镜(Olympus,日本)；扫描电镜(S- 3400N,日本)；千分尺(精确度为0.01mm，哈尔滨量具刃具集团)。

1.2 方法

1.2.1 试件分组及表面处理

取PLA桩25根，并按不同表面处理方法将其随机分为A、B、C、D、E 5组(n=5)；另取5根玻璃纤维桩作为对照组F组。然后按表1所示的方法和步骤分别对各桩表面进行处理。

1.2.2 微拉伸试件的制备

采用Goracci等[7]报道的方法制备桩-核试件和棒状微拉伸测试试件(图1)：用502胶分别将经过不同表面处理后的桩垂直固定于玻璃板上，外套一个直径为10 mm、高10 mm的聚四氟乙烯圆柱形模具，并使桩位于模具中央(图1a)。然后向模具内分次充填Z350复合树脂，每次充填2 mm后用光固化灯光照40 s，直至填满；去除玻璃板，再光照40 s后去除模具，将试件置于蒸馏水中37 ℃放置24 h。取上述制备的各组试件分别固定于慢速金刚石切割机上，先在桩的两侧沿平行于桩长轴的方向切割两次(图1a、b)，得到一个厚约1 mm的薄片(桩位于薄片中央，并充分暴露于薄片两侧的每个截面；然后将薄片再次固定于慢速切割机上，沿垂直于桩长轴的方向将薄片切割为厚1 mm的棒状微拉伸测试试件(图1c、d)。每组各制成15个检测试件(6组共90个)，分别用千分尺精确测量每个试件的粘结面弧形长度，并计算粘结面的实际面积后用于以下测试。以上所有操作均由同一个操作者完成，操作手法相同。

表1 各组桩表面的处理方法

1.2.3 微拉伸粘结强度测试 (Microtensile bond strength, μTBS)

将棒状试件两端的复合树脂臂固定于微拉伸测试机的夹具上(图1e)，以0.5 mm/min的加载速度加载拉伸应力，并分别记录各试件桩-核间最大拉伸破坏载荷F(N)。然后按以下公式计算各试件的微拉伸粘结强度：微拉伸粘结强度(MPa)=最大断裂载荷(N)/粘结面积(mm2)。

1.2.4 粘结界面断裂模式观察

用体视显微镜(×40)观察每个测试完成的试件断面，并按照以下标准进行分类[8]。①界面破坏：断裂面在粘结界面；②树脂内聚破坏；③PLA桩或纤维桩内聚破坏；④混合破坏:既有粘结破坏又有内聚破坏。记录各断裂类型的频数。

1.2.5 扫描电镜(SEM) 观察

从每组断裂标本中随机抽取2个试件，自然干燥后真空镀膜仪喷金，用SEM分别观察各试件桩-核树脂断裂界面的微观形态。

图1 棒状试件制备及微拉伸测试示意图

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 微拉伸强度测试

6组试件的微拉伸粘结强度经单因素方差分析总体有显著性差异(F=62.311,P<0.05)；组间两两比较结果显示：C组微拉伸粘结强度最高，A组微拉伸粘结强度最低，分别与其余5组相比差异均有统计学意义(P<0.05)(表2)。

表2 各组试件微拉伸粘结强度比较 (MPa, ±s)

组间相比，不同字母P<0.05; 相同字母P>0.05; *P>0.05

2.2 粘结断裂模式

6组试件的不同断裂方式差异有统计学意义(χ2=60.105，P=0.05)。各组中均未发现PLA桩或纤维桩的内聚破坏，其中A组和F组多为界面破坏；C组多为树脂内聚破坏及混合破坏，几乎没有界面破坏；B、D、E组均以混合破坏为主要破坏方式(表3)。

表3 各组微拉伸试件的断裂模式比较 (个)

组间相比χ2值=60.105,P=0.000

2.3 SEM观察结果

PLA桩发生界面破坏时，可见断端较平滑，表面出现散在而均匀一致的颗粒，其上有碎屑(图2a)；PLA桩发生混合破坏时，断裂面一侧平滑，另一侧有较多树脂成分(图2b)；PLA桩发生树脂内聚破坏时，断裂侧多为树脂成分，未见平滑面，且无明显裂隙和气泡(图2c)。纤维桩在界面发生破坏时，断端纤维暴露，纤维之间树脂基质较少(图2d)。

图2 不同断裂模式界面的微观形态(SEM, ×500)

3 讨论

桩核修复技术是目前常采用的残根残冠保存治疗方法，恒牙残根残冠的修复临床上通常选用金属桩或纤维桩，但由于这些根管桩材料不能与乳牙根同步吸收，会影响乳恒牙替换，因此不能用于乳牙的修复。

具有一定机械强度的聚乳酸是目前临床上最常用于骨折内固定的可吸收性材料[9]，其不仅具有与乳牙牙根生理性吸收速率相似的降解速率[1,10]，还对牙囊细胞、乳牙牙周膜细胞及乳牙牙髓细胞等具有良好的生物相容性[2-4]。2012年，Mizutani等[1]发现，PLA桩和PGA桩的弯曲弹性模量与复合树脂相近，提示PLA桩的机械强度能满足乳牙残根残冠的桩核修复需要。作为可吸收桩核系统的树脂核材料不但应具有良好的生物、理化等性能，还应与可吸收桩之间有强大的固位力，这样才能为外部的冠修复体提供一个稳定的支持，以保证其正常的功能行使[11]。

聚乳酸作为热塑型有机高分子材料，其表面处理的方法可参照聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)[12]。PMMA的粘结强度与其表面状态密切相关，不同的表面处理方式能改变PMMA的表面结构和表面性能。常用的表面处理方式为化学溶剂溶胀处理法，如甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、丙酮、氯仿处理等[13-14]。Leles 等[15]认为 ，用MMA 对树脂表面进行溶胀处理后，能去除粗糙粘结面中的气泡，并可提高粘结面的润湿性，从而使粘结剂能更充分的浸入。Sarac等[16]研究表明，PMMA表面经化学溶剂溶胀后，可使树脂表面粗化，增大粘结剂与树脂的接触面积，使粘结剂更容易进入树脂表层结构中，从而使粘结材料与树脂间形成更紧密的结合。Jagger等[17]认为，对PMMA 表面进行化学处理，不仅可清除其表面的污染层、提高表面粘结的能力；还可部分或完全消除过度粗糙的表面在尖角凸起的地方造成的应力集中，并加强树脂与粘结剂的机械附着，从而提高粘结材料与丙烯酸树脂的粘结强度。到目前为止，关于化学表面处理剂的作用原理仍不清楚。但大部分研究认为，主要是由于化学试剂溶解了基托树脂的表层分子结构，更有利于粘结材料粘结剂能进一步渗入到基托树脂的表层结构中，增强了粘结材料和基托树脂的粘结强度[18]。

本实验采用的微拉伸强度测试是目前最常用，且结果稳定而可靠的一种粘结强度测试方法[19]。本结果显示，单纯用粘结剂进行桩表面处理时，并不能提高PLA桩与树脂核材料的粘结强度。这是因为Prime&Bond NT的溶剂为丙酮，对PLA的溶解性差，未能溶解聚乳酸表层分子结构使之形成有效地机械结合力，从而导致充填的树脂材料直接覆盖于粘结剂上，故其粘结强度较低。另外，该组的破坏多发生在粘结界面处,并没有发生内聚破坏，进一步说明单纯用粘结剂处理PLA桩不能提高桩-核粘结强度。

纤维桩对照组(F组)的微拉伸强度低于C、D、E组，断裂模式与A组一样多为粘结界面破坏，与以往相关研究结果一致[20]。有学者认为，与甲基丙烯酸酯为基质的树脂之间的固位来源于微机械扣锁作用不同[21]，以环氧树脂为基质的成品纤维桩由于含有高度交联的聚合物分子结构而不溶于有机溶剂，因此会影响粘结剂单体成分的渗入，不利于粘结。

涂布氯仿后再涂布一层粘结剂的B组微拉伸强度与A组相比明显增高，但仍低于其他各组；其原因可能是：先用氯仿溶剂处理后能使PLA表层分子溶胀，并提高了粘结面的湿润性，从而使具有一定流动性的粘结剂渗入浅表层PLA分子；但因氯仿具有较高的挥发性，其对PLA产生溶胀的同时大部分已挥发，从而导致溶胀不足、粘结强度不高。D组是将氯仿和粘结剂按照1 ∶2的比例混合后再涂布于PLA桩表面，其微拉伸强度虽明显高于A、B组，但仍明显低于C组；其原因可能是：氯仿比例过少，不能通过充分溶胀PLA表层分子而使粘结剂有效渗入，从而导致树脂材料与PLA在界面处缺乏足够的互溶。E组是将氯仿和粘结剂按2 ∶1的比例混合后再涂布于PLA桩表面，其微拉伸强度虽较D组稍有增高，但仍明显低于C组；其原因可能是：氯仿比例过多，粘结剂过少，尽管PLA得到充分溶胀，但粘结剂的渗入量不足，从而导致了较低的界面结合强度。故B、D、E组的断裂模式多均为混合断裂。

将氯仿与粘结剂按照1 ∶1混合后再涂布于PLA桩表面(C组)时，其微拉伸强度最高，与其他各组相比差异均有统计学意义；说明该方法能显著提高PLA桩与树脂核的粘结强度。这可能是因为PLA表面被氯仿-粘结剂溶液轻微溶胀后，在PLA-粘结剂界面上存在相互渗透作用，并形成了一扩散层，使之在PLA表层分子溶胀的同时粘结剂渗入PLA分子间的较深层；进而通过其渗透粘附作用力提高了粘结剂的附着力，增加了PLA桩与树脂核的机械扣锁作用，从而提高了PLA桩-树脂核的粘结强度。另外还观察到，C组中有80%的标本为树脂内聚断裂，表明PLA桩和树脂核之间的粘结强度与材料本身的机械强度相近。以上结果提示，氯仿与粘结剂按照1 ∶1混合是最佳的溶胀比例。

本实验选用5种不同的PLA桩表面预处理方法，探讨其对PLA桩与树脂核粘结强度的影响，结果表明用氯仿和粘结剂1 ∶1混合后处理PLA桩可获得较高的粘结强度，此方法简便易行，效果可靠，可供临床应用参考。

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Effects of surface treatment on microtensile bond strength between polylactic acid absorbable post and composite resin core

LI Shu- ting*, HUANG Hua, ZHOU Yong- ming

(*CollageofStomatology,GuangXiMedicalUniversity,Nanning530021,China)

AIM: To evaluate the effect of different surface treatment on the microtensile bond strength between PLA post and composite resin core. METHODS: 25 PLA posts were randomly divided into 5 groups(n=5) and coated with total- etch adhesive Prime&Bond NT (PB)( Group A), chloroform and then coated with PB(Group B); the mixture of chloroform and PB(C- PB) with the proportion of 1 ∶1(C- PB 1 ∶1)(Group C); the mixture of C- PB 1 ∶2 (Group D); the mixture of C- PB 2 ∶1(Group E), respectively. 5 quartz fiber posts coated with PB were set as group F. All treated posts were cemented with composite resin cores and shaped as rod- like bonding specimens and subjected to the microtensile bonding strength test. Failure modes of the specimens were observed under a stereomicroscope. Surface morphologies of fractured specimens were assessed by SEM. Data were statistically analyzed. RESULTS: The highest microtensile bond strength(MPa) was showed in group C (20.58±3.35, vs other groupsP<0.05), followed by group E (13.35±3.21), D (12.80±2.77), F (12.24±1.40), B (10.91±1.61) and A (5.03±1.48). There was difference between each 2 of all the groups in fracture mode (P=0.000). In group C, the most common type of failure was resin cohe- sive failure. CONCLUSION: The microtensile bond strength between PLA post and composite resin core might be affected by the surface treatments of PLA post. The mixture of chloroform and PB with the proportion of 1 ∶1 may improve the adhesive strength between composite resin core and PLA posts.

polylactic acid post; microtensile bond strength; composite resin core; surface treatment

2014-07-30

中华口腔医学会口腔健康促进与口腔医学发展西部行临床科研基金项目(CSA-W2012-01)

黎淑婷(1988-)，女，汉族，广西南宁人。硕士生(导师：黄华)

黄 华, E-mail：huanghua58430@126.com

R783.1

A

1005-2593(2015)02-0090-05