TiF4预处理牙本质对复合树脂的粘接性能及边缘微渗漏影响的研究进展

李 响(综述)， 李 妍， 俞鸿飞， 柏 乐， 王自立， 高江红(审校)

龋病是一种常见病、高发病，可造成牙体硬组织的缺损。牙体硬组织缺损后常用牙科复合树脂修复，而复合树脂的聚合收缩及其热膨胀系数和牙体硬组织间存在一定差异，易造成充填体和牙体硬组织之间的密合性降低甚至脱粘接，继而导致微渗漏甚至继发龋的形成。因此，促进复合树脂充填体与牙体组织间粘接的持久性和密合性一直是粘接剂研究的重点问题。四氟化钛(titanium tetrafluoride，TiF4)是一种多价金属氟化物，其水溶液作用于牙面后可在牙齿表面形成耐酸层，增加牙体硬组织的抗酸性；TiF4预处理牙本质可减少牙本质粘接混合层的降解，并具有一定的抗菌性。目前，关于TiF4牙本质预处理剂对牙本质粘接系统粘接性能的研究结果尚存争议。基于TiF4溶液与牙体硬组织反应形成稳定的耐酸层等突出的优点，TiF4溶液预处理牙本质对复合树脂充填体与牙体组织的粘接持久性、密合性的作用值得进一步关注。本研究拟就TiF4牙本质预处理对牙本质粘接系统的粘接性能及复合树脂充填后微渗漏影响的研究进展进行综述，并对TiF4牙本质预处理剂研究中的问题进行总结。

1 复合树脂充填体和牙体间密合性的促进措施

研究表明，在6、25和70岁时，未经治疗的恒牙龋的患病率达到高峰[1]。目前，临床上龋齿的常规治疗是去尽龋坏腐质后用牙科材料充填以恢复牙齿外形。光固化复合树脂由树脂基质、无机填料和固化引发体系等构成，其硬度、透光性能、抛光性能、表面光滑性能的保持均较佳，且因其固化后色泽与牙体硬组织色泽相近，故在临床上常被广泛应用于牙体缺损修复。

充填体与牙体间的密合性是影响充填体寿命的重要因素，二者间持久、良好的密合性可延长修复体的使用寿命。复合树脂固化时的聚合收缩是造成复合树脂充填体和牙体密合性不良的主要原因[2]。此外，复合树脂的热膨胀系数常大于天然牙体硬组织，当口腔内温度急剧变化时，产生冷收缩应力，形成边缘裂隙[3]。唾液、细菌及其产物等物质容易渗漏入此缝隙[3-4]，最终导致充填体边缘色素沉着、牙本质敏感、继发龋、充填体脱落甚至牙髓炎[5-6]。复合树脂修复牙体缺损时，粘接剂单体渗入牙本质胶原纤维网，树脂单体聚合反应生成的聚合物与胶原纤维相互交织，形成了一个机械固位层即混合层。研究认为，混合层可在复合树脂聚合时吸收一定的收缩应力起到应力缓冲的作用,从而减轻聚合收缩的不良影响[7]。密合性还与牙体组织结构有关。闫晶等[8]关于硝酸银染色对龋病内层牙本质(未被致龋菌感染的变性脱矿层)和正常牙本质粘接强度及粘接界面密合性影响的研究认为，龋病内层牙本质的界面银渗漏程度高于正常牙本质，说明龋病内层牙本质粘接界面的密合性不如正常牙本质。

应用粘接剂提高充填材料和牙体间的结合力，减小复合树脂聚合收缩，减小材料与牙体间线胀系数差异等，均可改善复合树脂充填体与牙齿结合界面的密合性。复合树脂中无机填料比例的增加可降低复合树脂的聚合收缩率。因此，往常通过改变无机填料颗粒的大小、形状和分布以增加复合树脂中无机相的比例，从而提高牙科复合树脂的强度并降低其聚合收缩率[9]。近年来则采用无机填料纳米化的方式提高复合树脂中无机填料的添加量，减小有机相体积，以降低复合树脂的聚合收缩率[10-11]。还有学者通过研发以新型高分子单体为复合树脂基质(如Silorane单体)、预热处理提高复合树脂流动性、采用复合渗透树脂衬洞、预酸蚀处理、激光预备通过激光的热效应和光蚀作用等去除玷污层，部分开放牙本质小管以及分层充填技术等，其实质均为改变了粘接性能、收缩应力的大小及形成速率等，从而提高复合树脂充填的密合性、减少其微渗漏[6,12-14]。

牙科粘接剂的应用使复合树脂充填体和牙体间形成了混合层，从而实现修复体的微机械保持[15]。在牙体修复中,选择适宜的粘接技术和粘接材料可以有效改善两者结合界面的密合性，延长修复体的寿命，而粘接界面的耐久性和稳定性是影响树脂复合修复体性能的关键因素之一[16]。目前，通过酸蚀形成微孔、粘接剂渗透于微孔中形成树脂突的微机械锁扣从而实现复合树脂与牙釉质的紧密结合，并能有效地封闭修复体边缘。然而，相对于牙釉质，牙本质有机物、水分含量较高，使潮湿的牙本质和复合树脂充填体能有效、持久地粘接一直是粘接牙科中最具挑战的任务[17]。目前的研究认为，造成复合树脂-牙本质粘接长期稳定性不佳的主要原因是粘接剂的不完全渗透、混合层中胶原纤维的降解及树脂基质的降解[18]。牙本质胶原降解与牙本质中存在基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)和半胱氨酸组织蛋白酶(cysteine cathepsins, CTs)两大类胶原水解酶息息相关。目前常采用抑制胶原水解酶的活性、使用交联剂、促进粘接剂的渗透、改善聚合反应效果等方法改善混合层的稳定性[18]。Stanislawczuk等[19]将2%氯己定添加到酸蚀剂中，发现其能发挥抗MMPs作用。此外，Lee等[20]的研究表明，戊二醛(glutaric dialdehyde, GD)作为常见的交联剂，可以与胶原纤维中基团结合，起到交联作用，减少了混合层的降解，提高粘接强度。Fu等[21]的研究表明，牙本质粘接剂不能完全阻止牙本质的渗透性，但现有的粘接剂可以阻止相对较快的流体渗透通过牙本质小管。

近年来，人们在传统的充填方法上不断探索和突破，在提高复合树脂修复牙体缺损的粘接性能方面获得了一些新技术和新材料。然而，在提高牙本质粘接持久性这一问题上还面临着巨大的挑战。目前的研究在提高即刻粘接强度这一问题有了明显进展，但其粘接的长期稳定性仍需进一步研究。研发形成缺陷少、稳定性高的混合层的复合树脂粘接系统以使修复体紧密持久的与牙本质结合，仍是牙科粘接系统的重要研究方向之一。李晓东[18]认为，针对湿粘接技术，由于热力学问题以及界面相容性问题，即使实现粘接剂对于牙本质胶原的完全渗透，也很难保证粘接剂各成分在牙本质基质中分布的均一性，因此，粘接剂-胶原纤维界面的缺陷必然存在。最新的通用型粘接剂不仅提供了多模式粘接，且减少了粘接技术敏感性并缩短了临床应用时间。然而，其在牙本质粘接方面的粘接效率仍存在争议，尚无法完全防止粘接剂界面出现微间隙[22]。此外，单瓶通用型粘接剂中疏水性和亲水性物质的混合物可能导致纳米渗漏增加[23-24]。后续研究可针对目前粘接理论、技术的局限性以及粘接界面混合层的本质等方面进一步研究，以提高牙本质粘接稳定性和持久性，增加复合树脂充填体和牙体界面的密合性。

2 窝洞牙本质面的预处理

为获得良好的粘接效果，一方面要选用性能好的粘接剂，另一方面被粘物的表面预处理也非常重要。牙本质预处理能改变表面的物理和化学性质，从亲水、结晶、相对不可渗透的酸不稳定表面变为更疏水、高渗透性、耐酸的表面[25]。最常用的预处理是磷酸溶液酸蚀处理。酸蚀会造成釉质表面不均匀脱矿，形成凹凸不平的蜂窝状表面结构，这种结构不但增加了粘接的表面积，而且能够使粘接剂与釉质间形成微机械嵌合作用，产生牢固的结合力。此外，酸蚀后的表面有利于粘接剂的润湿；而对于牙本质，其表面有一层由牙体碎屑、唾液、细菌等物质构成的不利于粘接的无序层状结构，即玷污层。目前常用的方法是以20%或35%～37%磷酸酸蚀剂溶解，或用自酸蚀粘接剂中的酸性单体完全或部分溶解玷污层[25-26]。

TiF4是一种多价金属氟化物，纯金属形式的钛无毒，其生物相容性较好。体外研究表明，0.4%～10% TiF4溶液对酸侵蚀牙齿具有抑制作用[27-28]，这不仅归因于氟的作用，更归因于钛的作用[27,29]。牙体硬组织局部应用TiF4后，可在牙齿表面形成“釉样”耐酸层，并增加牙体硬组织的氟含量。“釉样”耐酸层主要由TiO2、TiF4水解时的低PH促使钛与牙本质表面上的磷酸基团的氧原子偶联，形成紧密结合的金属络合物以及钛与牙体硬组织的有机物质形成有机钛酸盐组成，该层可作为扩散屏障而抑制牙体脱矿[27,30-31]；使用TiF4后发现，牙体硬组织氟化物吸收增加，这可以用氟化物易于沉积到钛与羟基磷灰石形成的金属络合物来解释[30,32]。McCann[33]研究了多种金属(Al，Ti，Zr，La，Fe，Be，Sn，Mg，Zn)对氟化物吸收和保留的影响，结果发现，任何能形成强氟化物络合物且能同时结合磷灰石晶体的多价金属预处理牙齿时，牙釉质对氟化物的吸收和保留都得到增强，建议在釉质局部处理时使用氟化物络合物，以增加牙釉质中的氟含量。该研究还指出，钛离子预处理显示出最大的氟吸收和氟保留。Skartveit等[34]发现，牙本质中应用TiF4水溶液可促进氟化物的快速吸收和长期释放，氟释放可长达28 d。Shrestha等[35]的体外研究表明，局部使用1%TiF4溶液比SnF2、NaF和AlF3更有效地降低牙釉质的溶解性和预防龋齿。此外，多项体外研究表明，TiF4溶液或清漆能有效防止人工龋病的形成，动物实验也表现出良好的抗龋作用[36-39]。Exterkate等[37]发现一种新的氟化钛衍生物预处理牙釉质能够达到80%的脱矿抑制，是一种很有前途的防龋剂。Magalhães等[38]发现，TiF4清漆能够减少原有完好牙釉质的脱矿作用，增加龋病牙釉质的再矿化作用。Nassur等[39]在TiF4作为一种有效但不稳定的防龋剂的基础上，以β-环糊精为原料制备了TiF4纳米体系，具有较高的抑制牙釉质脱矿的潜能。这些研究提示，TiF4有望用于预防龋齿。

Dündar等[40]提出，TiF4(0.1%～4%)中的钛可与牙齿的羟基磷灰石相互作用，在牙齿表面形成比CaF2层更耐酸的“釉样”层，增强牙体硬组织的抗酸性从而抗龋，减少牙齿硬组织的脱矿[41]。Bridi等[42]通过原位模型研究观察2.5%TiF4水溶液预处理牙本质后，两步自酸蚀(CLE/Clearfil-SE-Bond)和一步自酸蚀粘接系统(SBU/Single Bond Universal)牙体修复界面龋抑制的情况，结果发现TiF4预处理联合两种粘接剂系统均可抑制釉质脱矿，此外，TiF4预处理与CLE联合应用在抑制牙本质脱矿方面表现出更大的潜力。而Tranquilin等[43]以牙本质为研究对象，采用不同2.5% TiF4水溶液涂抹时机(酸处理前后)和底漆/粘接剂涂抹方法(主动法和被动法)，评价2.5%TiF4水溶液对常规全酸蚀粘接系统与牙本质的粘接强度的影响，结果显示，使用2.5%TiF4预处理可提高两步粘接系统与牙本质的粘接强度，并且形成了含有渗透更深、直径更大、密度更高树脂突的混合层，提示2.5%TiF4预处理对提高粘接性能的良好效果。

McComb等[44]首次报道了根管壁上存在的玷污层影响充填效果。Wahenbam等[45]认为，由于TiF4与硬组织独特的相互作用，其能够改变根管壁上的玷污层的生物机械性能和生化性质，改性层可完全永久性地阻塞根管壁的所有牙本质小管，从而最大程度地减少了再次感染的机会。Sen等[46]用4%TiF4处理有或没有玷污层的根管，在扫描电镜下发现，有玷污层的表面显示出比无玷污层的表面有更厚的，可以阻塞牙本质小管的涂层(1～5 μm)，认为TiF4可能与玷污层发生了相互作用。Kazemi等[47]的研究已显示玷污层的形成可明显降低牙本质的渗透性，添加柠檬酸(citric acid,CA)后，1%和0.5% TiF4处理后的试样表现出最低的渗透性值，可见施加了TiF4的牙本质表面玷污层具有稳定和耐酸的特性。此外，Tveit等[48]对犬牙本质局部应用TiF4和SnF2，结果显示在暴露的牙本质上短暂使用TiF4会导致氟化物含量的增加，这与SnF2作用4 min的效果几乎相同，且相比之下TiF4表面脱矿较少。Basting等[41]发现，在0.3% CA酸蚀前后，应用2.5%的TiF4预处理牙本质后，牙本质的表面纳米硬度和弹性模量值明显提高，且表面的微观形态改变，从而显示出显著的抗侵蚀性，进一步说明TiF4层可以防止牙本质脱矿，并且TiF4增强了牙本质表面的强度和稳定性。

综上，TiF4作为牙本质预处理剂能够有效提高牙本质抗酸性，减少牙本质脱矿，增加氟化物含量，从而有望提高牙本质与复合树脂充填体间的粘接性能、降低微渗漏、减少牙齿敏感。然而，也有研究提出，TiF4对离体牙成纤维细胞的细胞毒性作用[49]，提示其作为预处理剂可能存在一定的局限性。

3 牙本质界面TiF4预处理后对牙本质粘接性能的影响

目前，关于TiF4溶液预处理牙本质对牙本质粘接系统的影响尚存在不同的观点。有研究认为，TiF4溶液预处理牙本质可提高牙本质粘接系统的粘接性能[43,50]。Sharafeddin等[50]比较TiF4和NaOCl对纳米填充和硅烷基复合树脂剪切强度的影响，结果显示，4%的TiF4预处理使得硅烷基复合树脂(复合树脂采用P90，粘接剂采用3M ESPE)的剪切强度显著增加。此外，Tranquilin等[43]根据涂药时间(酸处理前后)和底漆/粘接剂涂药方法(主动或被动)评价2.5%TiF4预处理的两步常规粘接剂体系与牙本质的粘接强度(复合树脂采用Filtek Z350, 粘接剂采用Adper Single Bond 2/3M ESPE)，微拉伸结合强度测试结果显示，无论底漆/粘接剂的使用方法和牙本质预处理的时间如何，用TiF4预处理均增加了常规两步粘接系统对牙本质的粘接强度。

然而，有研究结果与上述发现相矛盾[40]。Dündar等[40]分别用双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯(bisphenol glycydil-methacrylate，Bis-GMA)、4-甲基丙烯酰氧乙基偏苯三酸酐酯/甲基丙烯酸甲酯(4-methacryloyloxyethyl trimellitate anhydride/methyl methacrylate，4-META/MMA)、甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate，MMA)牙科粘接剂粘接人类第三磨牙牙本质，每组树脂黏合剂进一步随机分为4个表面处理亚组: TiF4、咖啡酸苯乙酯(Caffeic acid phenethyl ester，CAPE)、TiF4+ CAPE和对照组，结果发现，TiF4预处理牙本质后，Bis-GMA粘接剂、META/MMA粘接剂微拉伸粘接强度较对照组降低，但MMA粘接剂组与对照组比较，差别无统计学意义；TiF4+ CAPE预处理牙本质后，3种不同的树脂粘接剂微拉伸粘接强度均较对照组降低，提示除MMA外，TiF4降低了树脂粘接剂与牙本质的粘接强度。

此外，还有研究认为，TiF4溶液预处理牙本质不影响牙本质粘接系统的粘接性能。Devabhaktuni等[51]对4%TiF4和2%NaF预处理牙本质对复合树脂与牙本质之间的粘接强度及其玷污层影响的研究发现，使用常规三步全酸蚀粘接系统蚀刻后，4%的TiF4预处理组在实验组中表现出最高的粘接强度，但低于对照组，差别无统计学意义，提示应用TiF4后，粘接强度没有显著改变。Bridi等[42]在评估2.5%TiF4牙本质预处理对一步或两步自酸酸蚀粘接剂体系的微拉伸粘接强度影响的实验中，将人第三磨牙牙本质分为未经2.5%TiF4溶液处理组和用2.5% TiF4溶液处理组，并分别使用一步自蚀刻粘接剂Adper Easy One(ADP)或两步自酸蚀粘接剂Clearfil SE Bond(CLEAR)(复合树脂采用Filtek Z350 XT)。微拉伸强度测试和立体显微镜观察结果显示，TiF4溶液预处理牙本质不会影响任何一种粘接剂体系的微拉伸粘接强度值。

以上研究可见，TiF4溶液预处理牙本质对牙本质粘接系统的粘接性的影响尚无定论，这可能是不同研究应用不同的牙本质粘接系统和粘接技术、不同浓度的TiF4溶液、使用不同的复合树脂以及牙体组织本身的结构差异等造成的。牙本质组织结构的状态直接影响混合层的质量，进而影响粘接性能的形成。Lopes等[52]验证了高矿化牙本质与正常牙本质之间的粘接存在差异，硬化牙本质中较高的矿物质含量使其难以与基质结合，从而导致较低的微拉伸粘接强度。不同浓度TiF4溶液的pH值差异对研究结果的影响也很重要。Wiegand等[53]的研究得出结论，pH值为1.2的TiF4溶液可以显著减少钙流失，但pH值为3.5时的TiF4溶液没有表现出同样的效果。TiF4溶液的预处理时间以及处理之前的样品制备也会对后续充填效果产生影响。在湿润条件下，牙本质表面胶原纤维才能呈多孔的直立状态，使预处理剂易渗入胶原纤维孔内，增加粘接性能，故牙本质湿润是粘接的基础[54]。Tay等[55]的实验证明，预处理剂的蒸发不完全能导致微渗漏的增加，推测未完全蒸发的水分子可能会导致未完全转化的单体吸水，导致混合层和粘接树脂内的部分聚合树脂材料长期变质。

理论上，TiF4溶液预处理牙本质后，与牙本质羟基磷灰石反应，钛和磷酸基团容易形成稳定的配合物，氟沉积于其上，形成“釉样”层有助于牙本质抵抗细菌所产生的酸的侵蚀，减少继发龋的形成。另一方面，牙本质胶原纤维降解与MMPs和CTs等内源性蛋白酶密切相关，大量氟离子可以结合到MMPs、CTs酶结构中的钙锌位点，抑制其活性，从而抑制胶原纤维的降解[56-57]，推测TiF4可能具有相似的作用。然而，仍需更多设计严谨的研究，进一步研究TiF4溶液预处理牙本质对牙本质粘接系统的粘接性的影响。

4 牙本质界面TiF4预处理后对光固化复合树脂充填后微渗漏的影响

目前，临床上龋病的主要治疗方法是光固化复合树脂充填术。然而，在该修复术中，尽管现代复合材料比早期的甲基丙烯酸酯基复合材料的线胀系数更趋于与牙体硬组织匹配、聚合收缩率减小以及具有更好的机械和物理性能，但复合树脂充填体与牙体组织间的微缝隙仍然存在，其依然是导致微渗漏和继发龋的主要原因。TiF4可增强牙釉质和牙本质的抗酸能力，牙本质界面TiF4预处理有望减少继发龋的形成，增加复合树脂充填体的使用寿命。评价TiF4预处理牙本质对复合修复体微渗漏影响的研究较少。微渗漏评价法是评价修复材料密封性的最常用方法，也被用于评价粘接剂界面收缩应力情况。

2016年，Fatemeh等[58]研究了TiF4作为牙本质预处理剂对硅烷基复合材料和纳米孔甲基丙烯酸酯基复合材料在V类洞充填后微渗漏的影响，其研究显示，TiF4溶液预处理可显著降低硅烷基复合树脂修复体与牙本质边缘间的微渗漏。该研究认为，在涂抹硅烷体系自酸蚀底漆之前进行TiF4的预处理，可以诱导形成酸性稳定的“釉样层”，原因是TiF4可能与未被直接去除的玷污层中的大量钙和磷酸盐反应，从而形成不溶性产物、块状结构和耐乙二胺四乙酸和次氯酸钠处理的改性玷污层，参与树脂突的形成，达到降低微渗漏的目的[59]。

Büyükyilmaz等[59]采用扫描电镜评估4% TiF4溶液对根管壁的影响，通过4%TiF4溶液处理有或没有玷污层的24个根管，发现TiF4溶液修饰了玷污层，形成了块状结构，修饰过的玷污层更稳定、更抗微渗漏，并且没有一种溶液能够去除这种改性玷污层，这种非常稳定的结构可能有利于根管的形成，因为其可通过永久性地封闭小管从而预防根管内牙本质继发感染。此外，该溶液的高氟化物浓度可能会赋予其抗菌性能。由于钛具有很高的络合能力，特别是与氧原子的络合能力[60]，并且根管封闭剂的粉末中含有含氧化物、碳酸盐、硫酸盐和硼酸盐基的无机材料，因此，该改性层的存在可以赋予根管封闭剂粘接因子，并通过防止玷污层的进一步溶解和解体来减少微渗漏。通过TiF4的应用，玷污层变成一个更加稳定和耐药的状态，原始玷污层可能通过在渗漏的根管填充物周围慢慢崩解而为组织液和细菌提供通道，从而在根管壁和封闭剂之间形成间隙。而改性后玷污层更厚，可能阻塞根管壁的牙本质小管，最大程度地减少再感染的机会。

修复术中树脂-牙本质粘接界面的长期稳定性至关重要，抑制脱矿可以防止渗透过程和纳米渗漏，从而稳定树脂-牙本质的长期粘接。TiF4预处理牙本质在减少微渗漏方面有一定优势，TiF4预处理牙本质改变玷污层的化学性质以及其对于复合树脂充填所致微渗漏的影响有待进一步研究。因此，针对不同程度冷热循环、机械负荷、牙齿本身矿化程度和TiF4浓度等因素对微渗漏的影响、机制及临床相关性，需要进行更多的研究。

5 展 望

有效的牙本质-复合树脂粘接主要依赖于牙本质表面污物即玷污层的处理和混合层的形成[61-62]。牙本质预处理在抑制牙本质脱矿、解决现代复合材料的聚合收缩问题、有效去除玷污层、维持稳定牙本质结构、提高牙本质粘接强度等方面具有一定作用。

近年来，TiF4由于其与牙齿硬组织的独特相互作用而作为一种备受关注的牙釉质、牙本质预处理剂，在牙科应用中较其他氟化物表现出较强的优势。TiF4具有改善牙本质表面力学性能、防止脱矿、增强牙本质表面的强度和稳定性、预防龋齿的发生、防止糜烂擦伤、抗菌、减少体外牙本质侵蚀等多项作用，与常用的氟化物相比，其具有更好的防龋和抗侵蚀能力[48,63]，形成的富钛釉面除了起到扩散屏障的作用外，还可以起到阻挡氟化物的作用，使其缓慢释放到牙齿及其环境中[48]，在未来的口腔医学研究与实际临床应用中具有潜在的意义。但由于现有的众多研究结果存在一定矛盾，且存在缺少动物实验和临床试验、样本量少、研究条件不一致、体外环境无法真正模拟实际复杂的口腔环境等缺点，不能确切地阐明TiF4在临床上应用的有效性，Alves等[64]已经测试并证明了两项涉及TiF4预防和防龋潜力的临床研究是无效的，在一些已证实的研究基础上，有必要进行更多的动物实验甚至随机临床对照实验来解决这些遗漏。未来的研究可侧重TiF4作为牙本质预处理剂的潜力、临床活体实验真实性评价及TiF4处理后的涂抹层与常规使用的封闭材料、封闭剂的粘接和非粘接修复的相互作用，同时进一步阐明其对牙本质小管微渗漏的长期影响和作用机制，TiF4对细菌和细菌副产物的抵抗力以及其毒性机理也需要进一步阐明。希望未来相关的研究成果能够提供一个更加清晰的图景，说明TiF4牙本质预处理剂对牙本质粘接系统的粘接性能及复合树脂微渗漏影响的临床有效性。