不同表面处理对LAVA树脂纳米瓷剪切强度的影响

孙炜贵，刘 芳，章非敏

近年来，随着人们对美学需求的提高，全瓷修复的研究和应用越来越广泛。陶瓷材料按照加工工艺的不同可以分为烧结全瓷材料、铸造陶瓷、热压铸陶瓷、切削陶瓷、计算机辅助设计与制造(computer aided design and computer aided manufactureing，CAD/CAM)系统[1]。计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)系统简化了修复体的操作步骤，可以在短时间内制作出精密的全瓷修复体，减少了患者就诊次数，在国内的临床应用逐渐展开。研究适合CAD/CAM处理的材料是牙科材料中发展较快、变化较快的领域之一。目前主要有两种材料可用于美学CAD/CAM加工的间接牙齿修复体：玻璃陶瓷/陶瓷和树脂复合材料。CAD/CAM系统陶瓷可分为长石质陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆材料。陶瓷材料强度高，耐化学腐蚀，色泽美观，具有良好的生物相容性，导热率低，不产生CT和MRI的伪影，在口腔临床上的使用越来越普遍。但是陶瓷冠硬度高的同时材质较脆，断裂韧性低，制作流程易发生故障。相比于陶瓷，树脂复合材料的特性更温和，有利于材料切削。一套相对昂贵的CAD/CAM钻头(大约20美元/钻)只能制造5～10个玻璃陶瓷/陶瓷冠，却可以制作100多个树脂复合材料冠。基于纳米技术的树脂纳米瓷——CAD/CAM纳米复合材料(LAVA Ultimate)具有与通常使用的CAD/CAM材料相似的抗裂性，抗压性强，又更容易加工和修整[2-3]，可用作玻璃陶瓷椅旁CAD/CAM的替代品[4-5]，适用于贴面、嵌体/高嵌体。相较于二硅酸锂、氧化锆增强硅酸锂、聚合物浸润陶瓷等CAD/CAM陶瓷修复材料，树脂纳米瓷因为弹性更佳，可通过变形吸收更多的应力，表现出更好的抗疲劳效能[6]。有研究证明LAVA Ultimate在冷热循环老化后粗糙度较为稳定[7]。无论是抗弯(接近200 MPa)、抗压(380 MPa)和抗磨损(每年2～10 μm)性能，树脂纳米瓷都具有类似于天然牙齿的特征[8]，而且与牙釉质相比，具有更好的耐磨性及较低的对磨物磨损[9-10]。选择合适的粘接剂及所涉及粘结界面的预处理可以使牙体-修复体之间紧密结合，提高修复体的抗折强度。

1 材料与方法

1.1 实验材料和仪器

LAVA Ultimate(3M，美国)，RelyX Ultimate树脂水门汀(3M ESPE，美国)，Single Bond Universal通用粘接剂(3M ESPE，美国)All-bond Universal(Bisco，美国),Porcelain Primer(Bisco，美国)，万能测试机(Instron，美国),3M 350光固化树脂、冷热循环机(南京先欧仪器制造有限公司)，LED光固化灯(啄木鸟，中国)，KQ-500B超声波清洗器、喷砂机(Renfert，德国)，聚氯乙烯PVC管(广东佛山联塑建材贸易有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 喷砂实验 LAVA Ulimate切削成大小约 6 mm×6 mm,高度约为4 mm的样本80片,其中40片随机数字表法均分为4组,每组10个样本。第1组0.1 MPa+喷砂时间7 s，第2组0.1 MPa+喷砂时间14 s，第3组0.2 MPa+喷砂时间7 s，第4组0.2 MPa+喷砂时间14 s。按照分组条件分别进行喷砂。所有样本均由同一操作者在室温下使用喷砂机距离样本表面10 mm处用50 μm Al2O3砂粒喷砂，喷砂完成后使用乙醇去除喷砂颗粒，超声清洗10 min,用无油无水气体进行干燥，备用。用硅胶垫片制作直径为4 mm，高1.5 mm的树脂柱。树脂柱与陶瓷片的粘接界面胶带上制作直径4 mm的圆形小孔，将胶带的小孔贴在大瓷片的中央，用来限定将来粘接的面积。均使用使用3M Single Bond Universal+3M RelyX Ultimate与纳米树脂柱粘接。

使用材料力学万能试验机, 分别对各组试样进行剪切强度的测试。测试时, 剪切方向与树脂纳米瓷片粘接面平行,加载速度设定为方向与树脂纳米瓷片粘接面平行,加载速度设定为 0.5 mm/min, 加载方向为垂直加载, 直至粘接面断裂，记录最大负荷读数。剪切强度=负载÷粘接面积。

计算剪切强度，选出剪切强度最高组，第4组0.2 MPa+喷砂时间14 s。

1.2.2 粘接实验 选用40片样本均使用0.2 MPa压力下喷砂14 s，按随机数字表法均分为A、B两组,每组20个样本。A组使用Single Bond Universal(SBU)粘接剂，B组使用Porcelain Primer(PP)硅烷偶联剂后，再使用All-bond Universal(ABU)。所有样本均使用RelyX Ultimate(RXU)双固化树脂水门汀粘接。

A组反复涂抹SBU 20 s,轻吹5 s直至溶剂全部挥发，光照10 s。B组表面涂一层PP，等待30 s后用气枪吹干，涂布ABU粘接剂，轻吹5 s，光固化10 s。表面处理结束后将RelyX Ultimate树脂水门汀填满胶带圆孔，然后使用预制树脂柱按压在圆孔上，清除多余粘接剂后加载50 N静止压力。树脂水门汀使用可见光固化机进行投照40 s, 直至树脂粘接剂完全凝固。室温静置30 min(图1)。A1,B1置于5 ℃和55 ℃蒸馏水中交替循环，每隔60 s变换，更换耗时10 s，总计循环5 000次。A2、B2置于37 ℃恒温蒸馏水水浴24 h。结束后用自凝树脂将制作好的粘接试件包埋在于内径25 mm、高50 mm的聚氯乙烯管中。完成粘接试件的制作。使用材料力学万能试验机, 分别对各组试样进行剪切强度的测试。

图1 粘接试件

1.3 统计学分析

使用 SPSS 27.0 统计软件进行单因素方差分析,组间比较使用SNK-q检验,P<0.05为差异有统计学意义。所有的分析为双侧检验。

2 结 果

不同喷砂分组下树脂纳米瓷(LAVA Ultimate)剪切强度见表1。A、B分组后冷热循环与恒温水浴组的剪切强度的比较见表2。

表1 不同的喷砂分组树脂纳米瓷(LAVA Ultimate)粘接后剪切强度

表2 A,B分组后冷热循环与恒温水浴组的剪切强度的比较

表1单因素方差分析显示第4组与第2组的剪切强度差异有统计学意义(P=0.037),相同喷砂时间0.2 MPa压力下剪切强度值更高。表2单因素方差分析结果显示：A组(SBU+RXU)与B组(PP+ABU+RXU)不同粘接方式的剪切强度差异无统计学意义(P>0.05),同种粘接方式下恒温水浴分组明显高于冷热循环分组，差异有统计学意义(P<0.05)。

3 讨 论

CAD/CAM整体式修复是快速可靠的，但不同的块体材料不具备普遍应用于临床的理想特性。树脂纳米瓷结合了陶瓷与树脂的优点，并且普通陶瓷通过树脂水门汀与牙体粘接需要特殊处理，表面的处理方法包括喷砂、酸蚀、硅烷偶联剂处理等，而LAVA Ultimate CAD/CAM修复材料是一种树脂纳米陶瓷，它含有大约 80%(质量分数)纳米陶瓷颗粒结合在树脂基质中。填料是非团聚/不凝聚的20 nm二氧化硅填料、非团聚/不凝聚的4～11 nm氧化锆填料、聚合的氧化锆/二氧化硅群聚填料(由20 nm二氧化硅和4～11 nm氧化锆颗粒组成)的组合。其中树脂基质与树脂水门汀成分近似，更易形成化学结合[11]。本次研究在于寻找哪种处理方法能提高树脂纳米瓷与树脂水门汀间的剪切强度，为临床实际操作选择更简单高效的方案提供参考依据。

大量实验证实了喷砂对修复体粘接效果有加强作用[12]。有研究证实树脂纳米瓷在50 μm Al2O3和110 μm Al2O3喷砂处理后剪切强度显著性增高,并且改变了复合物陶瓷的表面形貌,有利于复合物陶瓷与牙体组织粘接时形成微机械嵌合与化学结合作用。但大颗粒氧化铝喷砂后易造成复合物机械性能降低[13-14]，诱发陶瓷表面微形态变化[15],所以本次实验均使用50 μm Al2O3。单因素方差分析结果表明不同喷砂条件的分组对剪切强度差异有统计学意义。第4组在0.2 MPa压强下喷砂14 s剪切强度值最高，仅第2组和第4组差异有统计学意义。通用粘接剂的粘接强度会随着时间推移而下降[16]，所有分组在冷热循环后剪切强度均有显著降低，差异有统计学意义。

有研究认为氢氟酸处理对树脂纳米瓷与牙本质的粘接强度无明显影响[17]。氢氟酸可以选择性地溶解二氧化硅的玻璃相或晶体相[18]，从而形成表面微孔结构，获得不规则机械固位表面[19]。但氢氟酸处理后树脂纳米瓷的微孔为纳米级空隙，仅有少量树脂水门汀渗入，对粘接强度没有明显改善，并且陶瓷颗粒一部分为氧化锆，氢氟酸处理对氧化锆不产生影响。所以本次实验排除了氢氟酸的处理方法。

B组添加了Porcelain Primer，其主要成分是一种以醇和丙酮为基料的单组分硅烷偶联剂，有研究证实硅烷偶联剂可以对纳米二氧化硅进行改性，提高树脂水门汀的粘接[20-21]。硅烷偶联剂可以缓解纳米氧化锆的团聚现象，使粒子间均匀分布[22]，但有实验证实硅烷化并不会显著提高LAVA Ultimate的粘接强度[23]。本次实验A、B组恒温水浴与冷热循环后均无统计学差异。A组SBU作为新一代粘接剂，因其含有多种功能成分，包括硅烷和MDP(10-甲基丙烯氧癸基—磷酸二氢酯)，与可切削材料的不同成分化学结合，增加粘接强度[24]。也有研究认为单独使用硅烷并不会改变树脂基陶瓷的微剪切强度，使用含硅烷的通用粘接剂更佳[25]。相较B组，A组操作更为简单，无需另外添加硅烷偶联剂，减少了临床操作步骤和时间，降低了技术敏感性，简化粘接步骤。

综上所述，0.2 MPa压力下喷砂14 s可明显提高树脂纳米瓷与树脂水门汀的剪切强度。通用粘接剂与硅烷配合使用与单独使用含硅烷的通用粘接剂相比，两者之间的剪切强度并无明显差异。Single Bond Universal通用粘接剂与RelyX Ultimate树脂水门汀配合使用临床操作更简单快捷。冷热循环可显著降低树脂纳米瓷与树脂水门汀的剪切强度。