纳米羟基磷灰石填料对窝沟封闭剂抗压强度、显微硬度和黏结剪切强度的影响①

张　艳，王健平，李　岩，赵　亮，韩俊玲

(佳木斯大学附属口腔医院,黑龙江 佳木斯 154002)



纳米羟基磷灰石填料对窝沟封闭剂抗压强度、显微硬度和黏结剪切强度的影响①

张艳，王健平，李岩，赵亮，韩俊玲

(佳木斯大学附属口腔医院,黑龙江 佳木斯 154002)

摘要:目的：研究加入纳米羟基磷灰石填料对光固化窝沟封闭剂抗压强度、显微硬度和黏结剪切强度的影响，并比较添加不同浓度纳米羟基磷灰石填料之间的差别。方法：按照不同浓度将纳米羟基磷灰石添加到光固化窝沟封闭剂中，检测其抗压强度、显微硬度和黏结剪切强度。结果：加入不同浓度纳米羟基磷灰石填料的窝沟封闭剂的抗压强度、显微硬度明显提高，但不影响黏结剪切强度。 结论：添加适当浓度的纳米羟基磷灰石填料可明显增强窝沟封闭剂的机械性能。

关键词:纳米羟基磷灰石；窝沟封闭剂；抗压强度；显微硬度；黏结剪切强度

现代口腔预防牙合面龋坏的重要手段是窝沟封闭，其临床应用比较容易，消耗资源较低，也是降低儿童龋齿发生率的有效措施。临床应用较多的窝沟封闭剂就是光固化窝沟封闭剂，其临床保留率则是预防龋病的关键[1，2]。而磨牙和前磨牙所承受的牙合力较大，所以窝沟封闭剂的抗压强度、显微硬度和黏结剪切强度对于临床保留率有重要影响。现在常用的光固化窝沟封闭剂的组成成分有树脂基脂，无机填料，稀释剂，颜料，光敏剂，光敏促进剂，阻聚剂等组成[3]。对于窝沟封闭剂的机械性能，当中无机填料的成分与浓度有决定作用。随着近30年来迅速发展起来的纳米材料已为材料科学带来巨大变化，纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite，HA)与牙体硬组织的无机成分极其相似，具有良好的生物相容性[4]，而且具有抑菌性[5]。本实验研究纳米羟基磷灰石作为无机填料对窝沟封闭剂抗压强度、显微硬度和黏结剪切强度的影响。

1　材料和方法

1.1材料

搜集13岁左右青少年由于正畸减数拔除的新鲜完整、健康无龋的的上颌前磨牙，清洗干净并吹干，然后用体视显微镜察看，将牙体表面无龋坏，无缺损，没有白斑的窝沟备用，搜集60颗，放置在人工唾液4 ℃电热恒温水槽中留存备用。纳米羟基磷灰石 (佳木斯大学材料学院生物材料实验室提供)；Eco-S光固化窝沟封闭剂(韩国)；釉质酸蚀剂(韩国，Eco-S封闭剂套装)；人工唾液 (配置方法；NaCl 0.4g,KCl 0.4g,CaCl2·2H2O 0.795 g,Na2S·2H2O 0.005 )。

1.2仪器

锥形磨、超声清洗机、标准检验筛、电子天平、万能试验机、数显显微硬度计、电热恒温水槽、电动震荡机、金刚砂裂钻、低速切片机、游标卡尺、牙科综合治疗台、可见光固化机、低速杯状刷。

1.3方法

实验组采用避光条件下分别依照40、30、20、10、5g/L的比例，把纳米羟基磷灰石材料加置窝沟封闭剂中，充分搅匀调拌，然后用锥形磨离散两次，再用超声清洗机离散30min，最后真空排出气泡放置于阻光瓶里保存。对照组为没有添加纳米羟基磷灰石填料的窝沟封闭剂。

实验组：A.窝沟封闭剂中加入40g/L的纳米羟基磷灰石； B.窝沟封闭剂中加入30g/L的纳米羟基磷灰石； C.窝沟封闭剂中加入20g/L的纳米羟基磷灰石； D.窝沟封闭剂中加入10g/L的纳米羟基磷灰石； E.窝沟封闭剂中加入 5 g/L的纳米羟基磷灰石； 对照组: F.窝沟封闭剂。

1.3.1抗压强度观察：取以上6种光固化窝沟封闭剂分别制成9个半径2mm,高为4mm的圆柱形试件，后每组随即分成3组，然后泡在人工唾液里。3组中第1组浸泡1d后；第2组浸泡28后；第3组泡在人工唾液里63d后[这段时间将每个试件逐个在29d和35d时沉浸在5mg/L氟化钠溶液里1h；42d时再放于123mL/L酸性磷酸氟溶液中1h，并且其他时间都放在人工唾液里]。然后将所有试件分别放于力学试验机上，以1mm/min的速度加压直到试件碎裂，并且记下这时的最大载荷值。并使用下面公式算出各个试件的抗压强度：抗压强度(MPa)=断裂时最大载荷(N)/受力面积(mm2)，各组中的3个试件取平均值进行比较。

1.3.2显微硬度观察：将各组实验材料分别做出半径为2.5mm,厚1mm的标本,A-F每组按规格各制备10个标本，分别用1500目砂纸将其打磨、低速杯状刷抛光，再经显微硬度仪器测试标本的表面维氏显微硬度，加力值是25g,持续30s时间。记录下结果取平均值，各个实验组分别和对照组比较并做方差分析。

1.3.3黏结剪切强度观察:随机选择备用实验牙，制成60个半径为3.5mm牙釉质片，随后结合万能材料试验机要求制作所需试件。然后把釉质片包埋到牙杯里，而且用800目砂纸把其打磨，370mL/L磷酸将其酸蚀40s后冲洗吹干。分别把留有半径为2.5mm圆形孔粘结带粘到处理后的釉质面上，其上放置内半径2.5mm、厚3mm的聚四氟乙烯模具，然后分别用A-F各组(每组10个)实验材料沿着内壁流入其内，用光固化灯照射20s。制备完后置于37°C恒温水箱中放置24h，随后使用万能试验机测试黏结剪切强度，以1mm/min的速度加力。记录下每组数值，算出每组的均值进行方差分析比较。

2　结果

2.1抗压强度比较

6组窝沟封闭剂泡长度不一的时间后，每组都随着浸泡时间的增长抗压强度减小，但每一组的三个时间点之间比较，其差异都没有意义(P>0.05);在各时间点内的每组窝沟封闭剂的比较，每个时间内都是A组(40g/L)取得最大抗压强度，与C-F组进行比较均有统计学意义(P<0.05)，与B组差异无统计学意义(P>0.05)；从下到上两组间不同时间点抗压强度相比，只有C组和D组(P<0.05)，其余组间两两相比(P>0.05),见表1。

表1　各组材料不同时间的抗压强度检测±s)

组别 1d 28d 63dA282.0533±2.6464272.7000±5.2135263.9800±12.4610B281.6233±5.3481270.6367±5.0513263.9467±12.5134C280.0067±9.7045268.1300±6.7405263.3400±3.9131D259.3967±8.2214251.9933±7.4763246.5933±3.2353E242.0067±6.7992236.6900±4.1393228.8900±7.4021F236.5933±8.3002231.2667±3.7694224.1300±4.9632

2.2显微硬度比较

加入不同浓度纳米羟基磷灰石填料的窝沟封闭剂的A-E组的维氏显微硬度均明显高于对照组F组(P<0.05)，见表2。

表2　各组材料显微硬度检测

2.3黏结剪切强度比较

与空白对照组F组相比加入填料的黏结剪切强度都跟着浓度的升高有所下降，除A和F组比较其差异有统计学意义(P<0.05)外,其余各组与F组相比P>0.05。见表3。

表3　各组材料黏结剪切强度检测

3　讨论

儿童及青少年是龋病的高发人群[6]，行窝沟封闭术是临床常用的防治龋病高效术式，而边缘密合性和是否留存完好与防龋疗效密切相关[7]。封闭材料要有足够的粘结强度和渗透性，还要满足机械强度如抗压强度和黏结剪切强度等。普遍使用的光固化窝沟封闭剂如实验材料Eco-S窝沟封闭剂，流动性好，可使得边缘密合性好一些，但是主要成分为树脂基质，无机填料的成分少，机械性能相对低些，而无机填料的优势可增长它的刚性、硬度、强度[8]，所以我们研究添加纳米羟基磷灰石填料来检测对其性能的改变。

有学者指出，很多物质的成分在液态或熔融条件里是不可能混淆在一起的，但可以在纳米级下合金化。而且纳米材料有普通材料所无法比拟的优势，其配位数不够，粒子的表面原子比例增加还有高表面能更容易使其和原子结合，所以含有更高的化学和生物活性[9]。本实验使用纳米级羟基磷灰石材料，有较大的比表面积，其包含数量较多的羟基、磷酸基等极性基团，所以和树脂基质混合的过程中，纳米羟基磷灰石填料不仅可以充填树脂基质之间的缝隙，而且可以和树脂分子之间产生更强的分子间作用力，很好的提高了材料的整体强度。

从试验得出结果来看，将不同浓度的纳米羟基磷灰石加入到窝沟封闭剂后，其机械性能发生了明显改变。从抗压强度和显微硬度来分析，A组(40g/L)明显高于对照组和其他组；而黏结剪切强度检测中，A组与对照组相比差异有意义，另几组和对照组相比(P>0.05)，可能由于HA浓度提高，影响了粒子的分散，随即影响其黏结强度。对抗压强度的分析中，各组浸泡不同长度的时间差异都无意义，说明抗压强度不会随浸泡时间而明显降低。因此，我们总结添加浓度为30g/L的HA填料，该种光固化窝沟封闭剂的这三种机械性能最高。

Atai和Caroushis等研究证明，填料的种类、直径、含量、体积和形态均能影响树脂的机械性能[10，11]。不同种类的无机填料最适加入浓度不同，若加入浓度太小，无机填料于基质中则起到晶种效果，诱导异相成核，而且材料的物理性能无明显改变，甚至可能降低，若加入浓度过高，就可能对材料的流动性和渗透性等方面造成影响，则会造成对黏结强度的不利[12]。我们的研究结果显示纳米羟基磷灰石添加比例为30g/L，既不影响黏结剪切强度，还可以较好的提高其抗压强度和显微硬度。而40g/L的黏结剪切强度明显下降，如果将纳米羟基磷灰石作为光固化窝沟封闭剂的无机填料，还需做进一步的实验研究其添加浓度具体值在30~40g/L之间的最大值，解决该问题或许对于光固化窝沟封闭剂的机械性能会取得更好效果。

参考文献：

[1]姜永. 纳米金刚石填料对光固化窝沟封闭剂性能的影响 [D].西安：第四军医大学，2003

[2]张亚玉. 窝沟封闭术防龋效果观察[J]. 中国医药科学,2013,3(18):56

[3]陈治清，朱松.口腔材料学[M].第4版.北京：人民卫生出版社，2010:88-91

[4]孙庆治，李金良，李忻轩.纳米羟基磷灰石种植体的研究 [J]. 黑龙江医药科学,2012,35(1)：52-53

[5]滕立群，孟祥才.纳米羟基磷灰石抑制变形链球菌黏附的体外研究[J].黑龙江医药科学，2006,29(3)：20

[6]孙健，戚云峰.佳木斯市向阳区学龄前儿童龋病患病情况调查与分析[J].黑龙江医药科学，2008,31(4)：15

[7] 蔡雅，沈家平.4种窝沟封闭剂微渗漏及抗压强度的比较试验[J].牙体牙髓牙周病学杂志，2013,23(7)：428

[8] 楚小玉，谢窈，孙志辉，等.无机填料含量对流动树脂绕曲强度和压缩强度影响体外研究[J].中国实用口腔科杂志 ，2013， 6(5)：285

[9]魏广志，孟祥才，李洋.纳米羟基磷灰石预防龋病作用的研究[J]. 中国校医，2012， 26(8)：625

[10]Atai M,Nekoomanesh M,Hashemi SA,et al.Physical and mechanical properties of all experimental dental composite based on a new monomer[J].Dent Mater,2004,20(7):663-668.

[11]Caroushis,Lassila L,Tezvergil A,et al.Static and fatigue compression test for particulate filler composite resin with fiber-re-inforced composite substructure[J].Dent Mater,2007,23(1):17-23

[12]姜永，倪龙兴，钟玉修.纳米金刚石填料对光固化窝沟封闭剂粘结剪切强度和表面显微硬度的影响[J]. 牙体牙髓牙周病学杂志，2003,13(5)：273

Effect of nano hydroxyapatite fillers on the sealant compressive strength,
microhardness and shear bond strength

ZHANGYan,WANGJian-ping,LIYan,ZHAOLiang,HANJun-ling

(Stomatology Hospital Affiliated to Jiamusi University, Jiamusi 154002, China)

Abstract:Objective: To study the effect of nano hydroxyapatite filler of pit and fissure sealant in the compressive strength, microhardness and shear bond strength, and to add the difference between different concentrations of nano hydroxyapatite filler. Methods: Nano hydroxyapatite is added to the pit and fissure sealant in different proportions. The compressive strength, microhardness and shearing strength detection was detected. Results: The addition of different concentrations of nano hydroxyapatite filler of pit and fissure sealant compressive strength, microhardness are improved obviously, and the shear bond strength is not affected. Conclusion: Nano hydroxyapatite filler with proper concentration can significantly enhance the mechanical properties of the sealant.

Key words:nano hydroxyapatite; sealant; compressive strength; microhardness; shear bond strength

中图分类号:R78中图分类号：A

文章编号：1008-0104(2015)06-0058-03

基金项目：①佳木斯大学研究生科技创新项目，编号：LM2015_067。

作者简介：张艳(1990~)女，黑龙江虎林人，在读硕士研究生。

通讯作者：王健平(1959~)男，黑龙江佳木斯人，硕士，教授,硕士研究生导师。E-mail：yaner_15246483385@163.com。

(收稿日期：2015-09-09)