不同表面处理方法及根管深度对玻璃纤维桩粘接强度的影响

王 玥，谢伟丽，李玥锟，施梦汝，徐 琳，于敬伟

近年来随着口腔美学修复的发展，纤维桩以其良好的美观性、生物相容性、耐腐蚀性，对磁共振成像无影响等优点逐渐在临床上得到广泛应用。相较于金属桩，纤维桩具有与牙本质相似的弹性模量，能有效分散应力，不易造成根折，并易于取出[1-2]。但临床中常有纤维桩脱落、松动等情况发生。纤维桩通过树脂与根管牙本质进行粘接，形成纤维桩-树脂、树脂-根管牙本质两层界面[3]，而界面微机械固位的紧密程度决定了粘结强度。纤维桩与树脂粘接失败是目前临床中纤维桩修复失败的主要原因[4]。临床中使用的纤维桩主要由环氧树脂包绕呈轴向排列的纤维构成，环氧树脂为一种惰性材料，与树脂粘接只能形成有限的化学结合力。许多研究证明，粘接前通过对纤维桩表面进行物理或化学方法处理，增强环氧树脂活性，增加表面粗糙度和润湿性，从而增强玻璃纤维桩与树脂粘接材料之间的相互作用，可增加其粘结强度。本实验通过薄片推出实验，比较纤维桩表面经过4种方法处理后在根管不同深度的粘接强度，为纤维桩临床应用提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料与试剂

选取因正畸或牙周病拔除的无牙体组织缺损，牙根长度、橫径相似的下颌单根管前磨牙25颗(贮存于4 ℃生理盐水中)；POPO玻璃纤维桩(北京实德隆科技发展有限公司，中国)；硅烷偶联剂KH-570(南京联硅化工有限公司，中国)；氢氟酸凝胶(BISCO公司，美国)；30%过氧化氢溶液(上海福景化工有限公司，中国)；20%乙醇钠溶液(安徽酷尔生物工程有限公司，中国)；RelyXTMUltimate 粘接剂套装(3M公司，美国)；75%乙醇溶液(山东利尔康医疗技术股份有限公司，中国)。

1.2 实验设备与仪器

根管锉(Mani公司，日本)；桩道预备扩孔钻(北京实德隆科技发展有限公司，中国)；光固化灯(Kavo Kerr Dental Co.,美国)，低速切割机(MTI.Co.，美国);电子万能试验机(Zwick/Roell Co.,美国)；扫描电子显微镜(ZEISS，德国)；体视显微镜(蔡康光学仪器厂，中国)。

1.3 实验方法

实验流程见图1。

A:实验流程图；B：薄片推出实验

图1实验方法

Fig.1Experiment methods

1.3.1 离体牙制备 选取25颗牙体组织完整的单根管前磨牙，随机分为5组，进行常规根管治疗后，放置于37 ℃的生理盐水中保存。1周后使用硬组织切片机沿釉牙骨质界垂直于牙体长轴切除冠部组织，保证余留牙根长度不少于9 mm。使用扩孔钻在根管内进行逐级桩道预备，保留3 mm的根尖封闭区，根管内纸尖拭干，备用。

1.3.2 纤维桩表面处理 选取25根直径1.2 mm的POPO玻璃纤维桩，75%乙醇溶液清洁，使用无浊无水气枪吹干，随机分为5组。A组(对照组)：纤维桩表面未进行处理；B组(过氧化氢组)：将纤维桩浸泡于30%H2O2溶液中10 min，使用无浊无水气枪吹干后备用；C组(硅烷组)：将纤维桩浸泡于硅烷偶联剂中60 s，使用无浊无水气枪吹干后备用；D组(氢氟酸凝胶组)：小毛刷蘸取4%氢氟酸凝胶均匀涂布纤维桩表面60 s，流动蒸馏水冲洗后使用无浊无水气枪吹干后备用；E组(乙醇钠组)：将纤维桩浸泡于20%乙醇钠溶液中10 min，使用无浊无水气枪吹干后备用。

1.3.3 试样制备 将已进行表面处理的纤维桩粘接于桩道已预备完成的离体牙根管内，待粘接剂完全固化后，于37 ℃生理盐水中贮存1周。

使用自凝树脂将实验牙包埋，在硬组织切片机上固定实验牙，刀片垂直于牙根，冷却水冲洗下将纤维桩粘接部分的牙根试样沿冠-根方向切割为厚度1 mm的薄片，每个试样切取可得到6个薄片。按薄片所在试样位置再分为根上部、根中部、根下部3组，即每两个连续薄片为一组，置于37 ℃生理盐水中贮存待用。

1.3.4 微推出实验 将薄片放置在万能试验机上，使用末端直径小于1 mm的加载头垂直向以0.5 mm/min对纤维桩(不接触薄片中纤维桩以外部位)加载，至纤维桩完全脱出，记录应力-应变曲线峰值为最大破坏载荷。推出强度=最大破坏载荷/粘接面积。

在体视显微镜下放大20倍观察所有薄片试样的破坏模式，记录为以下4种：纤维桩-粘接剂界面(Ⅰ型)，粘接剂-牙本质界面(Ⅱ型)，内聚破坏(Ⅲ型)，混合破坏(Ⅳ型)。

1.3.5 扫描电镜观察 使用扫描电子显微镜对经过不同方法进行表面处理后的纤维桩表面形貌进行观察，比较各组之间的差异。

1.4 统计学方法

使用SPSS 22.0对实验数据进行双因素方差分析及多重比较，分析不同表面处理方法及根管不同深度对纤维桩粘接强度的影响，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

经过不同方法进行表面处理后的纤维桩在根管不同深度的粘接强度结果见表1。与A组(对照组)相比，通过不同方法进行纤维桩表面处理后其粘接强度均有增加，由高到低的顺序为30%H2O2组>4%氢氟酸凝胶组>20%乙醇钠溶液组>对照组。其中B组，D组，E组所测得粘接强度与A组有明显差异，具有统计学意义(P<0.05)，且进行两组间对比，组间差异均有统计学意义。而C组所得数值与A组差异较小，无统计学意义(P>0.05)。另外，根据纤维桩位于根管内深度不同，5组纤维桩与树脂粘接强度由高到低的顺序均体现为根上部>根中部>根下部，其差异具有统计学意义(P<0.05)。在体视光学显微镜下薄片试样破坏方式在根管不同部位均以纤维桩-粘接剂界面(Ⅰ型)破坏为主，未见内聚破坏(Ⅲ型)方式，见图2。

表1 纤维桩表面经处理后在根管不同深度的粘接强度

图2 在根管不同深度薄片试样的破坏方式

SEM观察结果可见，对照组的纤维桩表面被树脂基质严密覆盖，仅暴露少量纤维(图3)。经过4种方法进行表面处理后，与未经表面处理的纤维桩对比，表面基质均有不同程度的溶解，纤维束暴露量增加(图4～7)，其中经过30%H2O2溶液处理后的纤维桩表面树脂基团溶解量最多，纤维暴露明显(图4)；经氢氧酸凝胶处理后的纤维桩除基质溶解外，还可见纤维桩断裂现象(图6)；硅烷偶联剂处理后的纤维桩表面基质溶解量与纤维束暴露均较少(图5)。

A: ×500；B： ×1 000

图3A组(对照组)SEM

Fig.3Group A(untreatment) SEM

A: ×500；B： ×1 000

图4B组(30%H2O2组)SEM

Fig.4Group B(30%H2O2)SEM

A: ×500；B： ×1 000

图5C组(硅烷组)SEM

Fig.5Group C(silanization)SEM

A: ×500；B： ×1 000

图6D组(4%氢氟酸凝胶)SEM

Fig.6Group D (4%HF)SEM

A: ×500；B： ×1 000

图7E组(20%乙醇钠)SEM

Fig.7Group E (20% sodium ethoxide)SEM

3 讨 论

根管治疗后牙冠严重缺损的牙齿需要桩核系统提供足够的固位力，纤维桩以其优秀的美观效果以及具有与牙本质相近的弹性模量等优点在临床中广泛应用。纤维桩修复成功主要包括两个因素：一是纤维桩-树脂-牙本质间具有牢固的粘接结构，二是纤维桩材料能够承担口腔各种功能所产生的力。临床中纤维桩与树脂间粘接缺陷是修复失败的常见原因。未经处理过的纤维桩表面环氧树脂平滑致密，其间包绕的纤维束结构未见暴露，化学结构稳定，与树脂中的甲基丙烯酸基缺乏有效结合，导致纤维桩出现松动、脱落等现象[5]。因此，对纤维桩进行表面处理，即处理环氧树脂层，提高活性，有益于增强纤维桩与树脂的粘接强度，提高纤维桩修复的成功率[6-7]。

在纤维桩表面涂布硅烷偶联剂来达到增强其粘接强度的目的是临床中常见的方法。但是，这种处理方法存在较大争议。有研究表明，硅烷偶联剂的作用机制为其功能烷氧基与含羟基无机纤维间的键合，玻璃纤维桩经过硅烷化处理后，润湿性增加，并与树脂粘接材料形成共价键，从而增加粘接强度[8]。与此相反，有学者认为[9-10]，玻璃纤维桩粘接的化学结合主要存在于暴露纤维与树脂粘接剂之间，而纤维桩表面环氧树脂是一种高度交联结构，硅烷偶联剂中的硅醇基团不能与纤维桩表面的羟基发生共价结合，因此单纯使用硅烷偶联剂并不能提高纤维桩-粘接剂界面的强度。本实验使用KH-570硅烷偶联剂处理玻璃纤维桩后，粘接强度与对照组差异无统计学意义(P>0.05)，即对玻璃纤维桩表面进行硅烷化处理无法有效增加其粘接强度。

氢氟酸凝胶在临床中常用于全瓷修复体粘接前的处理，已有许多国内外学者进行临床实验或基础实验的研究表明其酸蚀的活跃机制是二氧化硅的溶解，产生粗糙的表面，从而增大有效粘接面积，促进了纤维桩与树脂粘合剂的机械联锁，但经氢氟酸处理后的纤维桩在SEM下观察表面形貌可见纤维轴向微裂，说明这种试剂会破坏纤维桩本身的结构，破坏纤维桩的完整性[11-12]。研究表明，使用4%～5%低浓度氢氟酸需进行60～120 s酸蚀[13]，高浓度氢氟酸进行15～60 s酸蚀即可得到明显效果[14]。本研究使用4%氢氟酸凝胶处理玻璃纤维桩表面60 s，薄片试样的粘接强度显著高于对照组(P<0.05)，SEM观察可见纤维桩内部纤维束暴露，但纤维束本身出现断裂，结构发生部分破坏，此结果与上述学者研究结论一致。综上所述，经氢氟酸处理玻璃纤维桩表面后虽然能够提高其粘接强度，但本身的机械强度等性能是否受到影响，是否能够承担口腔内产生的力，仍需进一步研究，故不建议在临床中使用氢氟酸进行纤维桩表面处理。

由于氢氟酸对纤维桩的完整性的影响，H2O2溶液在临床中被推广用于玻璃纤维桩表面处理[15]。H2O2可以通过部分溶解环氧树脂上的环氧树脂键来改善树脂材料对桩表面的粘附，并且在不破坏纤维的前提下产生更多的微机械锁合[16-17]，这种表面处理方法对玻璃纤维桩的粘接强度的影响与两种因素有关，即H2O2的浓度和处理时间。Reperto等[18]报道了用24%H2O2溶液处理纤维桩10 min，可显著提高其与树脂的界面结合强度。本实验使用的30%H2O2溶液具有较强的氧化性，处理纤维桩表面10 min后，其粘接强度与对照组相比有显著提高。SEM观察纤维张表面形貌可见表面树脂基质溶解较多，内部纤维束大量暴露，表面粗糙度增加，且未见纤维束断裂现象。可见H2O2能够有效地处理玻璃纤维桩表面的惰性环氧树脂层，若与其他方法联合使用，可能对纤维桩粘接强度有更大程度的提高。

乙醇钠具有强碱性，可通过底物氧化的方式破坏环氧树脂的结合，扫描电镜下可观察到玻璃纤维桩表面的环氧树脂被溶解，纤维得到暴露，使表面粗糙度增加，提高纤维桩-粘接剂间的机械和化学固位，改善树脂与纤维桩直接的粘接强度[19]。本实验使用20%乙醇钠溶液处理玻璃纤维桩后所得粘接强度，明显高于对照组；SEM下观察纤维桩外观形貌也与上述实验结论吻合，提示20%乙醇钠溶液酸蚀玻璃纤维桩能够提高纤维桩的粘接强度，且未对纤维桩结构造成破坏。

纤维桩在根管内的稳定不仅受纤维桩-粘接剂界面的影响，同样也与在根管内的位置有关。本实验将每组试样根据所在根管位置分为3组分别进行微推出测试，得出根上部的粘接强度显著高于根中部及根下部；分析薄片试样破坏方式发现，随着根管深度的加深，发生树脂粘接剂与牙本质界面破坏的薄片试样数量增加，这一结果可能是由于在根管内，由根颈部至根尖部，牙本质小管的密度逐渐降低，使树脂粘接剂与牙本质形成的粘接面积逐渐减小，影响粘接效果[20-21]。

有文献报道的能够提高纤维桩粘接强度的表面处理方法还有许多，包括喷砂法、高锰酸钾溶液处理法、低温等离子及激光处理等；测定粘接强度的实验方法除微推出法外，还可以应用微拉伸、弯曲实验等。对纤维桩粘接强度的相关研究多为体外实验，影响因素较多。为了降低离体牙的形态学及实验操作方面因素造成的干扰，本实验对所选取的离体牙要求较高，选用形态大小相近的圆形单根管下颌前磨牙，并且实验的每一个步骤均在相关专业医生的指导下进行，得出结论。但本实验未完全模拟患者口内情况，不能准确反应经表面处理后的纤维桩在患者口内修复后的粘接效果，具有局限性；另一方面，已知的这些方法对纤维桩粘接强度的提高有限，且易造成纤维桩结构破坏。因此，寻找更加有效的方法来增加纤维桩的粘接强度，从而提高远期疗效的方法，仍有待深入研究。