生物活性玻璃改性树脂粘接剂对牙本质脱矿及树脂粘接强度的影响

王瑜　龚玲　计艳　郑丽纯　陈嵩

南京大学医学院附属口腔医院预防口腔科，南京 210008

生物活性玻璃改性树脂粘接剂对牙本质脱矿及树脂粘接强度的影响

王瑜龚玲计艳郑丽纯陈嵩

南京大学医学院附属口腔医院预防口腔科，南京 210008

目的研究生物活性玻璃（BG）改性树脂粘接剂抑制牙本质脱矿及对树脂-牙本质微拉伸粘接强度的影响。方法将硅烷偶联剂表面处理后的BG与Single Bond 2粘接剂混合制备出30%、40%和50%的BG改性的树脂粘接剂，选择上颌前磨牙40颗，随机分为4组，阴性对照组（不添加BG）、30%BG组、40%BG组、50%BG组，每组10颗。根据分组分别采用相应BG含量的粘接剂制备树脂-牙本质粘接试件。将制备的粘接试件在37 ℃水浴中浸泡24 h后进行微拉伸粘接强度测试。每组选择1个牙片浸泡在pH 4.0的人工唾液中1周，每24 h测试溶液的pH值。结果阴性对照组、30%BG组、40%BG组、50%BG组的粘接强度分别为（27.76±0.29）、（27.05±0.58）、（26.95±0.69）和（25.12±0.24）MPa。对照组和30%BG组的粘接强度无统计学差异（P=0.06），和40%BG组、50%BG组有统计学差异（P=0.04，P=0.00）；30%、40%BG组的粘接强度高于50%BG组（P=0.00，P=0.00）。随着BG含量的增加，pH值也逐渐增高。结论含有BG的树脂粘接剂可以有效抑制牙本质的脱矿，30%BG组对短期的粘接强度无明显影响，50%BG组抑制脱矿能力最强，但是粘接强度较低。

生物活性玻璃；树脂粘接剂；牙本质；pH值；粘接强度

以树脂粘接剂为基础的牙色修复树脂逐渐取代银汞合金等成为龋病治疗修复中的主要材料，良好的粘接是修复体持久行使功能的前提，有效的粘接可增强机械固位，保存牙体组织，减少修复体和牙体组织的微渗漏。经过几十年的发展，树脂粘接剂无论在粘接强度、临床操作的简便性、生物相容性等方面均取得长足的进步；但是在临床工作中由于操作原因或树脂材料聚合收缩、微渗漏等因素常会引起充填体继发龋的发生，影响充填修复体的粘接强度，导致治疗失败。因此，减少继发龋的发生、发展对延长树脂充填体的寿命有着重要的意义，而增加粘接材料的抗菌性可以减少继发龋的发生、发展。

生物活性玻璃（bioactive glass，BG）是以Na2O、CaO、SiO2、P2O5为主要成分的一种生物活性材料，在体内可以形成羟磷灰石样结构，促进及诱导骨形成［1］，对口腔内常见的细菌具有抑菌作用［2-3］，同时具有良好的生物相容性［4］，在口腔医学领域得到了广泛的研究应用。本实验拟制备一种新型的BG改性的树脂基粘接剂，并对材料的生物化学性能进行研究，比较其对树脂-牙本质粘接强度的影响。

1　材料和方法

1.1材料和设备

Single Bond 2粘接剂（3M ESPE公司，美国），BG粉（北京大清生物技术有限公司），复合树脂（FilteKTMZ350XT，3M ESPE公司，美国），硅烷偶联剂ATES（New Jersy公司，美国），电子天平［赛多利斯科学仪器（北京）有限公司］，体式显微镜（ACT-1，Nikon公司，日本），慢速切割机（ISOMET，Buheler公司，美国），光固化机（mini LED，SATELEC公司，法国），恒温箱（金坛市白塔金昌实验仪器厂），万能材料试验机（ACT-1，Nikon公司，日本），电子pH计（PB-10，赛多利斯公司，德国）。

1.2BG的硅烷化处理

将乙醇与水按照体积比90∶10配置溶液，用冰醋酸酸化，使pH=4，加入硅烷偶联剂制得质量分数为0.3%～1.0%的水醇溶液并充分搅拌。将BG粉末加入溶液搅拌1～2 h，离心分离后在温度为110～120 ℃的环境中干燥。

1.3BG改性树脂粘接剂的制备

用电子天平秤取一定质量的BG粉末和树脂粘接剂混合，制备出分别为30%、40%和50%的BG改性的树脂粘接剂。

1.4实验样本的制备及分组

选取南京大学医学院附属口腔医院颌面外科因正畸治疗拔除的上颌前磨牙40颗，在体视显微镜下观察无明显的龋坏、菌斑、隐裂及釉质发育不全等，去除牙周膜，生理盐水下冲洗干净，保存在0.01%的麝香草酚溶液中，1个月内使用完毕。在流动水冷却下用高速涡轮机垂直于牙体长轴磨除釉质咬合面至釉牙本质交界处，完全暴露牙本质。在流动水下用320、400、600目碳化硅砂纸湿性打磨牙本质表面1 min，超声清洗后，无油空气吹干后备用。

将牙齿随机分为4组，阴性对照组（不添加BG）、30%BG组、40%BG组、50%BG组，每组10颗。将牙本质界面用37%磷酸酸蚀15 s后，水冲洗10 s，气枪吹干5 s，根据分组分别涂布相应BG含量的粘接剂，气枪轻吹5 s，光固化10 s，将内径为4 mm、高2 mm的铜环固定于粘接界面上，充填树脂材料，光固化20 s，粘接完成的牙齿保存在37 ℃水浴中24 h，流动水下用慢速切割机垂直于粘接面将牙齿切割成1 mm厚、界面面积为1 mm×1 mm的薄片，每颗牙选取1个牙片进行酸性溶液缓冲能力测试，其余牙片再切割成粘接界面大小为1 mm×1 mm的柱状样本，经体视显微镜筛查剔除有裂纹及釉质端剩余长度不足的样本，每组选取10个，保存在37 ℃水浴中备用。

1.5微拉伸粘接强度测试

将浸泡24 h的样本固定于夹具中，于万能材料试验测试机上进行微拉伸粘接强度测试，加载速度为1 mm·min-1，记录其拉伸断裂时的最大载荷力，测试结束后用游标卡尺测量并计算每个样本粘接面的实际面积，计算粘接强度，粘接强度=最大载荷力/粘接面积。

1.6酸性溶液缓冲能力测试

每组选择1个牙片放入含有人工唾液的容器中（pH=4.0）1 周，每隔24 h用pH计测试溶液的pH值，绘制随时间改变溶液pH变化的曲线，比较含有不同浓度BG的树脂粘接剂对溶液pH值的影响。

1.7统计学分析

采用SPSS 17.0软件进行分析。使用单因素方差分析和LSD两两法对各组的微拉伸粘接强度进行统计分析。

2　结果

阴性对照组、30%BG组、40%BG组、50%BG组的粘接强度分别为（27.76±0.29）、（27.05±0.58）、（26.95±0.69）和（25.12±0.24）MPa。单因素方差分析显示，4组的粘接强度有统计学差异（F=25.11，P=0.00）。LSD法两两比较表明，50%BG组的粘接强度值最低，与对照组、30%组、40%组相比有统计学差异（P=0.00，P=0.00，P=0.00）；对照组和30%BG组的粘接强度无统计学差异（P=0.06），和40%BG组、50%BG组有统计学差异（P=0.04，P= 0.00）；30%、40%BG组的粘接强度无统计学差异（P=0.77），均高于50%BG组（P=0.00，P=0.00）。

4组人工唾液中pH值变化见图1。从图1可见，30%BG组、40%BG组、50%BG组随着浸泡时间的延长，溶液pH值逐渐增高，并且随着BG含量的增加，pH值也逐渐增高，缓冲能力随之增强。

图1　人工唾液中pH值变化Fig　1　Changes of pH values in artificial saliva

3　讨论

树脂粘接剂作为树脂修复材料和牙体组织间的粘接媒介，对树脂修复的最终效果起着非常重要的作用。粘接剂应该具有良好的粘接性能，承受正常咀嚼力时在口腔这个复杂的理化生物环境中能保持一定的稳定；同时，最好能与牙齿的结构相似，可以修复牙齿的缺损。近年来，树脂粘接修复已经得到了广泛的发展和应用，但是由于树脂材料所固有的聚合收缩等缺点，不可避免地会发生继发龋，继发龋中细菌产酸，降低局部pH值，导致钙、磷离子流失，进一步加剧龋坏的发生，继发龋也是造成充填体脱落、充填治疗失败的最主要原因［5］。

在修复材料中增加具有抗菌活性的生物活性材料是减少继发龋发生发展的一种有效途径。国内外学者相继研发了一些抗菌材料，包括天然抗菌材料（壳聚糖、蜂胶）、有机抗菌材料（季铵盐）、无机离子抗菌剂等，但是由于其存在安全性、药效持久性等问题，距离广泛应用于临床仍存在一定距离。

BG具有良好的生物活性，与体液环境接触后，局部释放出Na+、K+，与溶液中的H+以及HO+迅速交换，形成Si-OH；Si-OH通过聚合反应在玻璃表面形成一富SiO2的多孔胶体层，随后来源于玻璃体内或溶液中的Ca2+和PO43-在富SiO2胶体层上聚集并逐渐转变成含碳的羟磷灰石（hydroxyapatite，HCA）。HCA是釉质的主要成分，广泛应用于牙齿组织的修复中。体内外研究［6-7］表明，BG具有良好的生物相容性，对牙髓细胞无细胞毒性作用。Brown等［8］将BG添加到正畸粘接剂中，发现该粘接剂可以显著减少釉质表面的脱矿，降低釉质白斑发生的概率。目前尚无关于BG改性树脂粘接剂用于牙本质粘接的相关报道。本研究使用BG对树脂粘接剂进行改性，比较添加不同含量BG的粘接剂在粘接牙本质时对酸性液体pH值的缓冲作用及其对牙本质与树脂粘接强度的影响。

龋病的发生、发展是脱矿-再矿化交替进行的一个动态过程，当局部的pH值低于临界值时，在牙齿和菌斑表面与周围环境之间会产生离子浓度梯度，导致钙、磷离子的流失，当局部的pH值升高时，周围环境中的钙、磷离子会重新沉积在牙齿表面，对脱矿的釉质进行再矿化［9］，而碱性的环境会改变细菌的渗透压，从而抑制口腔致龋菌的生长。本研究测试了含BG的树脂粘接剂对酸性环境的缓冲作用，在1周内随时间推移和对照组相比，几种含BG的树脂粘接剂均可起到缓冲环境pH的作用，并且BG含量高的粘接剂对酸的缓冲作用更强，这可能是因为BG含量高，含有的钙离子浓度也高，随着钙离子的释放，可以与溶液中更多的H+交换，从而提高局部的pH值。这与Kohda等［10］用含有BG的4-META/MMATBB基树脂粘接剂进行实验得到的结论相一致。利用BG可以提高局部环境中的pH值，缓冲酸性环境造成的离子流失，并且在釉质表面形成与其结构相似的羟磷灰石，修复脱矿造成的釉质结构缺损。本实验使用了硅烷偶联剂这一树脂单体常用的表面处理剂对BG进行处理，使BG表面形成-Si-O-Si-结构，同时其结构末端的C=C键可以与树脂单体间形成牢固的共价性连接，从而增加BG与树脂基质的相容性，改善分散性。

粘接强度直接影响修复效果，这也是衡量粘接剂性能的主要指标。在口腔环境中，修复体不仅要承受复杂的咀嚼压力，而且进食、唾液、温度等都会对粘接强度产生影响。因此如何真实的模拟口腔环境下修复体的受力情况一直是口腔粘接学的研究难点。本研究应用了微拉伸这一广泛应用于牙本质粘接领域的方法，与其他方法相比粘接界面的应力分布更均匀、可以更准确地反映真实粘接强度，并且一个样本可以获得几个试件，节约样本含量。从粘接强度实验的结果可以发现，含有30%BG的粘接剂与临床上广泛应用的全酸蚀粘接剂的粘接强度无明显差异，完全可以达到临床使用的要求。50%BG组的粘接强度比30%、40%BG组的低，这可能是因为本实验所用的粘接剂是模拟的第四代全酸蚀粘接剂，即酸蚀-冲洗粘接系统，这也是目前研究粘接强度和效果的金标准，酸蚀牙面后表层牙本质完全脱矿，形成的多孔状结构有助于树脂单体的渗透，达到微机械固位的作用。具有较高含量BG的粘接剂在牙表面形成的HCA较多，可以修复酸蚀脱矿形成的脱矿层，减少单体对牙本质小管和管间牙本质中胶原纤维的渗透，从而降低粘接强度。

本研究在全酸蚀粘接系统中增加了不同浓度的BG对其进行改性，结果显示该粘接剂可以缓冲局部溶液中的pH值，减少牙本质脱矿，并且含有30%BG的粘接剂对牙本质和树脂的粘接强度没有影响。今后将完善在口腔环境中该粘接剂粘接的耐久性和抗菌性的相关研究。

［1］ Hench LL. The story of Bioglass［J］. J Mater Sci Mater Med，2006， 17（11）:967-978.

［2］ Allan I， Newman H， Wilson M. Antibacterial activity of particulate bioglass against supra- and subgingival bacteria［J］. Biomaterials， 2001， 22（12）:1683-1687.

［3］ Hu S， Chang J， Liu M， et al. Study on antibacterial effect of 45S5 Bioglass［J］. J Mater Sci Mater Med， 2009， 20（1）: 281-286.

［4］ Bendall SP， Gaies M， Frondoza C， et al. Effect of particulate bioactive glass on human synoviocyte cultures［J］. J Biomed Mater Res， 1998， 41（3）:392-397.

［5］ Mjör IA， Toffenetti F. Secondary caries: a literature review with case reports［J］. Quintessence Int， 2000， 31（3）:165-179.

［6］ Kuo TC， Lee BS， Kang SH， et al. Cytotoxicity of DP-bioglass paste used for treatment of dentin hypersensitivity［J］. J Endod， 2007， 33（4）:451-454.

［7］ Bakry AS， Tamura Y， Otsuki M， et al. Cytotoxicity of 45S5 bioglass paste used for dentine hypersensitivity treatment ［J］. J Dent， 2011， 39（9）:599-603.

［8］ Brown ML， Davis HB， Tufekci E， et al. Ion release from a novel orthodontic resin bonding agent for the reduction and/ or prevention of white spot lesions. An in vitro study［J］. Angle Orthod， 2011， 81（6）:1014-1020.

［9］ Lynch E， Baysan A. Reversal of primary root caries using a dentifrice with a high fluoride content［J］. Caries Res， 2001，35（Suppl 1）:60-64.

［10］ Kohda N， Iijima M， Kawaguchi K， et al. Inhibition of enamel demineralization and bond-strength properties of bioactive glass containing 4-META/MMA-TBB-based resin adhesive ［J］. Eur J Oral Sci， 2015， 123（3）:202-207.

（本文编辑李彩）

Effects of dentin demineralization and bond-strength properties of bioactive glass containing resin adhesive

Wang Yu，Gong Ling， Ji Yan， Zheng Lichun， Chen Song.（Dept. of Preventive Dentistry， Nanjing Stomatological Hospital， Medical School of Nanjing University， Nanjing 210008， China）
Supported by: Nanjing Medical Science and Technology Development Program （YKK14111）. Correspondence: Gong Ling，E-mail: glinnanjing@hotmail.com.

ObjectiveThis study investigated the shear bond strength and the ability of resin adhesive containing different amounts of bioactive glass （BG） to prevent dentin demineralization. MethodsBG bonds at 30%， 40%， and 50% concentrations comprised a mixture of coupling agents modifying BG and Single Bond 2. Forty permanent premolars extracted for orthodontic treatment were randomly divided into four groups， namely， control group （BG-free）， 30% BG group， 40% BG group， and 50% BG group. Composite resin and dentin were prepared into bonding specimens by using respective adhesives and then immersed in artificial saliva at pH 4 for 1 week. Changes in the pH values of the solution were measured every 24 h. The microtensile bond strength （TBS） of each specimen was examined after immersion in distilled water at 37 °C for 24 h. ResultsThe TBS values of the control group， 30% BG group， 40% BG group， and 50% BG group were （27.76±0.29）， （27.05± 0.58）， （26.95±0.69）， and （25.12±0.24） MPa， respectively. The TBS of the control group was not significantly different from that of the 30% BG group （P=0.06） but significantly higher than that of the 40% BG and 50% BG groups （P=0.04 and P=0.00，respectively）. In addition， TBS was significantly higher in the 30% BG and 40% BG groups than in the 50% BG group （P= 0.00 and P=0.00， respectively）. The pH values of the solution increased with increasing BG content. ConclusionBG bonds are useful in the prevention of dentin demineralization. However， in this study， the 30% BG group did not affect the shortterm bond strength. The 50% BG group displayed the optimum ability to inhibit demineralization but showed the worst bond strength.

bioactive glass；resin adhesive；dentin；pH value；bond strength

R 783.1

A

10.7518/hxkq.2016.04.006

2015-10-12；

2016-01-04

南京市医学科技发展项目（YKK14111）

王瑜，主治医师，硕士，E-mail:wangyunjmu1981@sina. com

龚玲，主任医师，学士，E-mail:glinnanjing@hotmail.com