不同椅旁可切削修复材料序列抛光时间及表面粗糙度与光泽度的比较

罗 昊，田福聪，王晓燕△

(1.北京大学口腔医学院·口腔医院牙体牙髓科，国家口腔医学中心，国家口腔疾病临床医学研究中心，口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心，口腔数字医学北京市重点实验室，国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心，国家药品监督管理局口腔生物材料重点实验室，北京 100081；2.Department of Endodontics, Dental College of Georgia at Augusta University, Augusta GA30912, USA)

近年来，椅旁计算机辅助设计/辅助制作(computer aided design/computer aided manufacturing, CAD/CAM)修复由于操作简便和高效，一次就诊中即可完成修复治疗，故在临床中得到广泛应用[1]。椅旁CAD/CAM可切削修复材料包括树脂基材料、复合材料和陶瓷材料等[2]。修复体试戴过程中，临床医生常需在椅旁对修复体进行调改，导致修复体表面粗糙度增加，影响机械、美学以及生物学性能[3-5]，因此，调磨后的修复体需重新获得光滑均质的表面以满足修复需要。对于陶瓷类CAD/CAM修复材料，不仅可以通过表面上釉的方法获得光滑一致的表面，还能够通过椅旁应用临床抛光工具抛光达到相似的效果，而CAD/CAM复合材料以及树脂类材料则不能通过上釉光滑表面，只能通过应用临床抛光工具进行抛光。大量研究证实，CAD/CAM长石质玻璃陶瓷修复材料使用Sof-Lex氧化铝抛光碟系统进行抛光，能够获得更光滑的表面[6-7]。对于CAD/CAM复合材料及树脂类材料，由于不同材料组成构成差异大，目前尚无统一的抛光工具与抛光流程，但这类材料的成分或部分成分与复合树脂直接修复材料相似，均主要由树脂基质与填料颗粒混合而成，而复合树脂直接修复材料可采用Sof-Lex抛光碟系统抛光获得相似的抛光效果[8]。

此外，临床修复体的抛光效果与医师的操作密不可分。在抛光过程中无论用何种抛光工具，均存在操作者偏倚，不同操作者抛光复合树脂表面获得的粗糙度差异存在统计学意义[9]。抛光时间是影响修复体表面粗糙度和光泽度的主要因素之一。临床序列抛光要求医生采用轻压力，每步骤应抛光至修复体表面不再发生视觉变化，因此，每个抛光步骤应持续足够的时间，最终使表面达到划痕肉眼不可见的光滑程度。Jones等[10]的研究显示使用SuperSnap抛光碟抛光复合树脂(压力为20～30 g)，抛光碟每步骤适宜的时间为20 s。Amaya-Pajares等[11]的研究则认为使用抛光尖抛光陶瓷材料时，各步骤适宜的时间为40 s。在不同修复材料抛光性能的研究中，大多数并未仔细描述具体操作流程，这可能是导致结论不一致的原因之一。临床操作中，多数医师不易保持操作压力，并且不固定抛光时间，因此，本研究选择了Sof-Lex抛光碟系统，在恒定压力条件下，比较不同种类CAD/CAM修复材料抛光后表面粗糙度与光泽度的差异，测定适宜的抛光时间，旨在为操作者抛光椅旁可切削修复体提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料选择

本研究纳入5种CAD/CAM修复材料(表1)，分别为长石瓷(vita mark Ⅱ, VM)、弹性瓷(vita enamic, VE)、优韧瓷(lava ulimate, LU)、复合树脂A(shofu block HC, SB)和复合树脂B(brilliant crios, BC)，材料具体类型和组成成分见表1。

表1 实验用CAD/CAM可切削修复材料

1.2 试样抛光

将试样倒置固定于自制模拟抛光装置上，将抛光压力设定为100 g，该压力下3种抛光碟片弯曲且中央金属环刚好不接触试样表面(图1)。将慢速手机固定于自制装置上，转速设定为10 000 r/min。抛光时手机运动方式为往复运动，往复距离为5 mm，手机固定架移动速度为2 mm/s。使用Sof-Lex抛光碟系统中的中碟(medium disk, M碟，磨粒粒径10～40 μm)、细碟(fine disk, F碟，磨粒粒径3～9 μm)和超细碟(superfine disk, SF碟，磨粒粒径1～7 μm)对试样进行序列抛光。试样每抛光10 s，测量一次表面粗糙度值及光泽度值，直至数值不再增加即更换下一级抛光碟，同时记录此时试样的表面粗糙度值(Ra值)、光泽度值以及抛光碟的使用时间。每个抛光碟仅使用一次，序列抛光结束后记录抛光总时间。

图1 自制抛光装置

1.3 表面粗糙度的测量

选用表面轮廓仪(Surftest SJ-410，Mitutoyo公司，日本)测量试样表面的轮廓算术平均偏差。测量前使用校准平面进行校准，触针尖端直径2 μm，截断值为0.8 mm，取样长度为4.0 mm。每个试样分别从四个方向测量，取平均值记为试样的Ra值。

1.4 光泽度的测量

完全避光条件下，选用小孔光泽度仪(Novo-curve，Rhopoint公司，英国)测量试样表面的光泽度值。测量前使用校准平面进行校准，入射光线与法线夹角为60°。选取试样中心为测定点，置于光泽度仪中心的小孔上，试样每旋转90°角测量一次光泽度值，共测量4次，取平均值记为试样的光泽度值。

1.5 扫描电镜观察

试样抛光前与抛光完成后用超声清洗试样1 min，吹干，离子溅射仪喷金处理，扫描电镜(Hitachi SU8010，Hitachi公司，日本)观察。

1.6 统计学分析

采用SPSS 24.0进行统计学分析。对符合正态分布的Ra值及光泽度值采用均数±标准差表述，对其采用重复测量的方差分析比较材料种类以及抛光序列的影响，其中主体间因素为材料种类，主体内因素为抛光序列，对主体内因素抛光序列的两两比较采用Bonferroni法，P<0.05为差异有统计学意义。对不符合正态分布的抛光时间，采用中位数表述，对其采用非参数检验Kruskal-Wallis H检验材料种类对每步抛光序列所用时间及抛光总时间的影响，两两比较时采用Bonferroni校正显著值，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同修复材料序列抛光各步骤的表面粗糙度

不同修复材料序列抛光各步骤的Ra值见表2，不同抛光步骤的Ra值差异有统计学意义(P<0.001)。抛光步骤与材料种类间存在交互作用(P<0.001)，说明不同材料的Ra值随抛光步骤的进行变化趋势不同。所有材料经Sof-Lex抛光碟序列抛光后，Ra值较抛光前均明显降低(P<0.05)，且均小于0.2 μm。VM使用M碟抛光后Ra值最低(P<0.05)，使用F碟与SF碟继续抛光后Ra值反而升高(P<0.05)。VE、SB与BC序列抛光至SF碟后的Ra值较抛光至M碟时显著降低(P<0.05)，LU序列抛光时Ra值每步骤较上一步骤都显著降低(P<0.05)。序列抛光完成后，所有材料间Ra值差异无统计学意义(P>0.05)。

表2 可切削修复材料序列抛光各步骤的表面粗糙度值

2.2 不同修复材料序列抛光各步骤的光泽度

不同修复材料序列抛光各步骤的光泽度值见表3，不同抛光步骤的光泽度值差异有统计学意义(P<0.001)。抛光步骤与材料种类间存在交互作用(P<0.001)，说明不同材料的光泽度值随抛光步骤的进行变化趋势不同。所有材料经Sof-Lex抛光碟序列抛光后，光泽度值较抛光前均明显升高(P<0.05)。VM序列抛光至SF碟后的光泽度值较抛光至M碟时显著降低(P<0.05)，VE、LU与SB序列抛光时光泽度值每步骤较上一步骤都显著升高(P<0.05)。BC序列抛光至SF碟后的光泽度值较抛光至M碟时显著升高(P<0.05)。序列抛光完成后，LU与SB的光泽度值显著高于VE与BC(P<0.05)，VM与其他组的光泽度值差异无统计学意义(P>0.05)。

表3 可切削修复材料序列抛光各步骤的光泽度值

2.3 不同修复材料序列抛光各步骤所需时间

不同修复材料序列抛光各步骤所需时间见表4，不同材料各步骤抛光时间不同(P<0.05)。VM、LU使用M碟的时间显著低于SB(P<0.05)。VM使用F碟的时间显著低于VE、LU(P<0.05)，使用SF碟的时间显著低于LU(P<0.05)。VM抛光总时间显著低于VE与SB(P<0.05)，VE、LU、SB与BC组的抛光总时间差异无统计学意义(P>0.05)。

表4 可切削修复材料序列抛光各步骤的的抛光时间[/s, M(Mmin, Mmax)]

2.4 不同修复材料序列抛光后表面形貌

不同修复材料序列抛光各步骤的表面形貌见图2。VM、VE抛光前(A1、B1)可见碎裂导致的不规则表面，LU、SB以及BC抛光前(C1、D1与E1)表面可见深大的犁沟以及凹坑样缺损。VM使用M碟抛光后(A2)表面平整，仅可见散在的微小表面剥落痕迹，继续使用F碟、SF碟抛光后(A3及A4)出现散在的大块破碎表面。VE使用M碟、F碟以及SF碟序列抛光后(B2、B3与B4)，不规则表面逐渐平整，陶瓷网格状结构逐渐清晰，网格间陶瓷碎裂块数量及面积随抛光序列减少。LU使用M碟抛光后(C2)表面仍可见划痕及剥落，继续使用F碟抛光后(C3)表面仅存少量浅划痕，继续使用SF碟抛光后(C4)表面划痕基本消失，填料均匀分布的结构清晰可见。SB使用M碟抛光后(D2)表面仍见浅划痕，使用F碟抛光后(D3)表面划痕数量减少，出现散在的圆形凹坑。使用SF碟抛光后(D4)划痕数量进一步减少，但凹坑未消失。BC使用M碟、F碟及SF碟序列抛光后(E2、E3、E4)未见明显的划痕，表面不规则凹坑的数量随抛光序列减少。

Letters A to E represent different computer aided design/manufacturing materials as follow: A, vita mark Ⅱ; B, vita enamic; C, lava ultimate; D, shofu block HC; E, brilliant crios.Numbers 1 to 4 represent each polishing step as follow: 1, before polishing; 2, after polishing with M disk; 3, after polishing with F disk; 4, after polishing with SF disk.Sof-Lex polishing disk systems included medium disk(with abrasive particle sizes of 10-40 μm), fine disk(with abrasive particle sizes of 3-9 μm)and superfine disk(with abrasive particle sizes of 1-7 μm).

3 讨论

本研究结果显示，所有CAD/CAM修复材料经Sof-Lex抛光碟系统序列抛光后Ra值均显著降低，光泽度值均显著增高。各材料间抛光后Ra值差异无统计学意义，而光泽度值及抛光碟的使用时间差异有统计学意义。

修复体抛光研究中抛光压力是难以控制的因素。既往研究显示不同抛光者之间、甚至同一抛光者抛光时对样本施加的压力有显著差异[12-13]。采用电子天平校准操作者压力[7,14-15]是常见的压力控制方式，但操作者在一次操作中压力难保持恒定，即便采用上述方法，结果也具有不确定性。为控制压力恒定，本研究设计了一种压力控制装置，该装置由手机固定架、样本固定座以及电子导轨三部分组成。试样可倒置固定于样本固定座内，通过在样本固定座上方放置砝码施加恒定压力。慢速手机可固定在手机固定架上，保证抛光时抛光碟与试样接触的相对角度恒定。手机固定架与电子导轨相连，导轨可带动手机以恒定速度往复运动，进行抛光。

Sof-Lex抛光碟系统常常应用于复合树脂的修形抛光，但既往研究发现，Sof-Lex抛光碟系统无论用于玻璃陶瓷、复合材料还是复合树脂类材料的抛光，均可获得良好的抛光效果[6-8,16]，因此，本试验选用了该系统，辅助压力控制装置，以减少抛光工具、压力及操作因素对材料抛光性能的影响。既往文献中缺乏Sof-Lex抛光碟系统适宜压力的相关研究。有研究指出，医生使用抛光碟时的压力范围在9～107 g[12]。而其他有关橡胶基质抛光工具的研究则认为，抛光陶瓷和复合树脂材料的理想压力为1.5～2 N(约150～200 g)[11,17]，远大于抛光碟的压力。考虑到Sof-Lex抛光碟碟片质地较硬，施加较大压力才能使碟片弯曲，本研究将抛光压力设定为100 g。此压力下，抛光碟呈一定角度弯曲，且中央金属环刚好不接触试样表面，既避免了金属环摩擦修复材料表面造成的不必要损伤，又提供了足够的抛光压力(图1)。

有研究认为，因牙周炎拔除患牙釉质的Ra值为0.19 μm[18]，但Ra值大于0.2 μm会增加材料表面菌斑附着水平，进而引起继发龋以及牙周组织炎症[19]，因此，0.2 μm常作为修复体表面粗糙度的临床标准。光泽度值没有统一的临床标准，Mörmmann等[20]认为釉质的光泽度值大约为53 GU，可间接作为修复体光泽度的判断标准。本研究显示，使用Sof-Lex抛光碟系统序列抛光后，5种材料的Ra值均小于0.2 μm，达到临床可接受水平。除VE外，其他材料序列抛光后光泽度值也均高于53 GU。

本实验中，VM仅使用M碟抛光后，Ra值即减小至最低，光泽度值升高至最大。M碟常作为预抛光的碟片，磨料粒度大，切削能力更强，但VM作为玻璃陶瓷材料，硬度及耐磨性较高，M碟更多起到抛光而不是磨削的作用，因此,VM的Ra值反而更低，光泽度值更高,这可能与玻璃陶瓷磨削时的去除方式有关。本研究使用的M抛光碟，磨料粒径范围为10～40 μm。材料抛光时切削深度低，主要发生塑性流动的去除方式，该种去除方式造成的表面损伤更少，材料表面粗糙度更低[21]。此外，陶瓷表面会因为磨粒施加的法向载荷而产生法向裂纹，换用更小粒度的抛光碟时，由于抛光压力不变，磨粒接触表面的面积减小，法向载荷可能增大，导致裂纹进一步扩展发生表面碎裂与破坏。扫描电镜观察表面形貌也证实，在M碟抛光后，继续使用F碟与SF碟反而会破坏已形成的光滑表面，增加了表面粗糙度。综上考虑，玻璃陶瓷材料结构单一，仅用M碟抛光较短时间即达到可接受的光滑程度，笔者推荐使用Sof-Lex系统的M碟抛光约40 s，不建议继续使用F碟与SF碟按序列抛光。

VE是一种复合材料，由有机的树脂成分压入无机相的长石质陶瓷网格结构中制作而成，其硬度和弹性模量高于复合树脂类材料，但低于玻璃陶瓷材料[22]。该材料抛光后，Ra值与其他材料差异无统计学意义，光泽度值与LU、SB差异无统计学意义，与其他学者的研究结果一致[23]，但本研究中VE的光泽度值低于53 GU的标准，远低于其他研究报告，这可能是因为研究采用的抛光工具和方法不同导致的。本研究扫描电镜显示，VE中玻璃陶瓷的网状结构会在抛光过程中碎裂，随着抛光碟粒度的降低，碎裂的面积和范围逐渐减小，但SF碟抛光完成时仍可见散在的表面破坏。这种碎裂形式的表面破坏可随网状结构延伸，范围较大且形态不规则，不同于复合树脂无机填料脱落遗留的少量小凹坑，因此，测量光泽度时，光线发生漫反射的量可能更多，导致其光泽度值更低。此外，由于VE是含有树脂基质的复合材料，相对于单一成分的玻璃陶瓷，可能需要更长时间、更精细的抛光，才能达到可接受的光滑程度。根据本研究结果，我们推荐抛光VE时M碟、F碟均使用50～60 s，SF碟使用30 s。

LU、SB以及BC均为复合树脂类的修复材料。LU微观结构上属于纳米填料复合树脂，填料由分散的纳米颗粒及纳米颗粒集聚成的纳米簇组成。SB与BC微观结构上则属于混合微填料复合树脂，均为分散的纳米颗粒以及大颗粒填料构成。使用M碟抛光后，LU的Ra值显著高于SB与BC，光泽度值显著低于SB与BC，这可能由于纳米填料复合树脂的耐磨性较差，在磨削能力较强的M碟作用下，形成的光滑表面会不断被破坏形成更新的粗糙表面，而混合填料中含有大块填料，保护树脂基质不被过度磨削。序列抛光完成后，扫描电镜结果显示三者表面均一，结构清晰，且表面粗糙度差异也无统计学意义。LU、SB的光泽度显著高于BC，这是由于填料颗粒越小，填料脱落留下的凹坑直径越小，当小于入射光波长后表面光泽度便不再变化，因此，纳米填料复合树脂抛光后光泽度值更高[24]。扫描电镜证实，LU抛光后表面没有明显的填料脱落痕迹，表面完整。SB、BC可以观察到填料脱落遗留下的凹坑，虽然SB的凹坑面积比BC更大，但BC表面的凹坑分布更广，数量更多，可能是BC光泽度值更低的原因，但也有系统综述表明，使用Sof-Lex抛光碟系统抛光后纳米填料复合树脂与混合微填料复合树脂抛光后光泽度无显著差异[25-26]。既往文献认为，使用SuperSnap抛光碟抛光复合树脂时每步骤抛光时间为20～25 s[10]，并且复合树脂表面光滑程度的提高大部分发生在各抛光步骤的前5 s[17]。常规Sof-Lex抛光碟系统中的M碟、F碟与SF碟每步骤应使用15～20 s，但本研究选取了新型的CAD/CAM复合树脂类材料，相对于直接充填的复合树脂强度更高，各步骤时间也均有不同程度延长。根据本研究结果，我们推荐抛光复合树脂类材料时M碟使用40～60 s，F碟使用40～50 s，SF碟使用30～40 s。

本研究序列抛光中各步骤抛光压力均设定为100 g，手机转速均设定10 000 r/min。有研究报告不同的抛光压力与手机转速也会影响修复体抛光时间和表面光滑程度[10-11]。本研究样本均为平面样本，与弧面的临床修复体外形有一定差异。此外，本研究仅探讨了碟形抛光系统Sof-Lex对CAD/CAM修复材料的抛光作用，而临床上抛光碟仅应用于前牙修复体唇面及邻面、后牙修复体的颊舌面及邻面的抛光，不能应用于咬合面，因此，抛光杯、抛光尖等适用于咬合面的抛光工具对修复材料的作用仍需进一步研究。

综上考虑，推荐使用Sof-Lex抛光碟系统抛光时，对于VM仅用M碟抛光40 s即可，对于VE、LU、SB与BC要序列使用M碟、F碟和SF碟抛光，总体抛光时间约130～140 s。