3 种复合树脂对种植修复体螺丝孔封口的影响

张露萱 龚旭 周铭浩 于婧薇 魏洪波

随着种植技术的发展,种植修复以其不磨损邻牙、良好的咀嚼功能和美观效果已经成为缺牙修复的首选方案。种植修复体有螺丝固位型和粘接固位型两种固位形式,两种种植修复体均各有利弊[1]。螺丝固位型种植修复体以其无多余粘接剂残留、取戴便利性、应用范围广等优点被临床广泛使用[2]。

螺丝固位修复体会预留螺丝通道,复合树脂材料凭借良好的美学效果,操作简便,对温度具有绝缘性等优点而被广泛应用于充填螺丝固位修复体的螺丝通道。复合树脂固化时存在一定的聚合体积收缩,体积收缩的结果导致复合树脂与修复体之间形成数微米的边缘裂缝。另外,螺丝固位修复体合面由氧化锆牙冠与复合树脂共同组成,长时间咀嚼过程中,由于复合树脂的机械性能明显弱于氧化锆牙冠,使其充填部分可能会产生不同程度的磨耗和破损,形成微间隙。细菌、液体及离子可进入微间隙中[3],导致种植体内部微渗漏,造成种植体周围软组织炎症甚至骨吸收[4]。由于充填螺丝孔道所用不同复合树脂的合成材料类型、比例及颗粒大小存在差异,使得不同的复合树脂具有不同的机械性能(例如硬度、压缩强度等)[5],进而影响螺丝固位修复体螺丝封口微渗漏和破损,然而目前对于充填封口用复合树脂的研究较少,临床如何进行选择没有明确指导原则。

因此,本研究通过使用3 种机械性能不同的复合树脂充填封口螺丝固位修复体,体外模拟长时间口内咀嚼,检测其破损和微渗漏的情况,以期为临床选择合适的封口用复合树脂提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料与仪器

3 种复合树脂:Charisma(上海古沙齿科公司);Neofil nano、Harmonize(卡瓦集团,德国);数字显微维氏硬度计(上海泰明光学仪器有限公司);万能材料试验机(AGS10KN,Shimazdu,日本);口腔修复体疲劳试验机(西安世纪测控技术研究所);micro- CT(SkyScan1276,布鲁克兹共振事业部,美国);人工唾液(空军军医大学第三附属医院药剂科);显影液(Top1403)、定影液(Top1044)(北京博奥拓达科技有限公司);50%的硝酸银染料溶液、200目砂纸、光固化灯(桂林维润生物科技有限公司)。

1.2 维氏硬度测试

按照说明书推荐的光固化工艺,制备3 种复合树脂的显微硬度试样,直径(10±0.2) mm,厚度(2.0±0.2) mm,每种材料做3 个试样。将制备好的试样置于恒温(37±1) ℃去离子水中,储存24 h[6]。然后使用200#～2000#的砂纸,将上述试样表面逐级打磨、抛光,试样的表面粗糙度(Ra)<0.4 μm。用数字显微维氏硬度计测试试样显微硬度,载荷0.49 N,加载时间15 s,每个试样测3 个点[7]。分别计算3 种试样的维氏硬度平均值,并对硬度值做统计学分析,检验水准为P<0.05。

1.3 压缩强度测试

按照上述光固化工艺,分别制备前述3 种复合树脂的压缩强度试样,每组5 个。将试样置于恒温、去离子水环境中保存24 h。然后按照前述工艺,打磨、抛光试样的上下表面,并保证试样上下表面平行。抛光后的试样直径为(3±0.2) mm,高度为(8±0.2) mm。用游标卡尺测试并记录试样的直径和高度。使用万能材料试验机测试试样的压缩强度。加载速率为1.0 mm/min,持续加载至试样破裂,记录试样破裂时的最大载荷。

压缩强度(MPa)=试件破坏荷载/试件承压面积=P/[π(D/2)2][10](P:负荷,D:直径)

1.4 咀嚼模拟疲劳试验

将提前制备的15 个螺丝固位型修复体样品随机分为3 组,每组5 颗;分别采用Charisma树脂、Harmonize树脂及和Neofil nano树脂充填螺丝孔。所有样本均在口腔修复体疲劳试验机(西安世纪测控技术研究所)上循环加载90 万次(图1),每个种植体在加载过程中均浸泡在人工唾液中,模拟其在口腔内行使功能时的情况。此外,设定加载力为200 N,为咀嚼时牙齿受力的平均值,加载频率为2 Hz,模拟口腔内螺丝固位型修复体3 年的疲劳和老化[11-12]。

图1 咀嚼模拟疲劳试验

1.5 体视显微镜观察

用体视显微镜观察疲劳试验后修复体咬合面的磨损情况,评估其磨损情况以评价不同复合树脂的性能。将螺丝孔中点设为原点O,以O为中心做两条垂线将修复体面分为1、2、3、4 四个象限,磨损发生涉及的象限个数为0、1、2、3、4时,将磨损评估分别记为0、1、2、3、4 分。

1.6 纳米银染色及Micro-CT观察

种植体样品在去离子水和超声振动中清洗,待样品自然风干后,在室温下将其浸入50%的硝酸银染料溶液中浸泡24 h[13],浸泡期间避光处理。随后,用去离子水冲洗染色后的修复体,去除附着在修复体表面的银离子,之后在荧光灯照射下浸入显影液(Biotopped Top1403)中浸泡8 h[9,14]。8 h后,用去离子水冲洗种植体并在在定影液(Biotopped Top1044)中浸泡8 h。完成上述操作后,清洁种植体试样并让其自然干燥。对实验样品进行纳米银染色,目的是为了使银离子渗漏进样本的微间隙中。在进行后续的Micro-CT观察中,可通过银离子、复合树脂、氧化锆牙冠的密度差异,从而对Micro-CT下微渗漏的程度进行分析。

将样本固定在Micro-CT(SkyScan1276,Bruker Magnetic)样本台上,扫描螺丝固位型种植修复体(扫描电压:80 kV扫描电流:500 μA扫描层厚度:10 μm扫描时间:2 500 ms),观察扫描后的图片[10]。因复合树脂与种植修复体氧化锆牙冠密度没有太大的差异,并且产生的微间隙较小,使得银渗漏不易观察,进行三维建模后难以定量进行渗漏体积计算,但可以通过对修复体试样的相同位置的扫描平面进行观察。获得不同样本同一平面的照片后,对相同平面的银渗漏长度进行测量,并按照树脂类型分类取得不同树脂同一平面银渗漏长度的平均值,进行比较。

2 结 果

2.1 维氏硬度及压缩强度测试结果

在显微镜下测量压痕对角线的长度,并计算出维氏硬度值(表1)。

表1 3 组试样维氏硬度值及压缩强度值

2.2 在体视显微镜下观察修复体咬合面的磨损

具体情况见图2,表2。

表2 不同树脂充填螺丝固位修复体样本合面磨损情况

图2 3 种充填修复体咬合面磨损情况

在90 万次模拟口腔咀嚼后,体视显微镜下发现由3 种复合树脂进行封口的种植修复体合面有不同程度的磨损。其中,由Charisma充填的种植修复体样品中磨损评分平均值最高,而由Neofil nano树脂充填的种植修复体磨损评分平均值最低,因此由Charisma树脂充填的修复体磨损程度更高。

2.3 Micro-CT观察

用Charisma树脂进行封口的修复体试样产生微渗漏的缝隙长度相较于Harmonize树脂与Neofil nano树脂封口的试样更长,且银染颜色更重,说明Harmonize树脂与Neofilnano树脂比Charisma树脂产生微渗漏程度更轻(表3)。

表3 不同树脂充填螺丝固位修复体样本产生银渗漏

图3 3 种树脂充填的修复体切面

3 讨 论

随着螺丝固位型种植修复体的发展与成熟,其广泛应用于缺牙修复,因此应格外关注它的使用性能、在口腔中可能存在的问题以及带来的对患者口腔健康的不利影响,以期给予患者更好的治疗效果并延长种植修复体的使用寿命。文献显示机械性能的差异可能会对复合树脂性能产生影响,因此实验选择临床常用的Charisma树脂,机械性能强的Neofil nano树脂进行对比,并选择机械性能同样较强的Harmonize树脂为阳性对照。研究这3 种树脂在应用于修复体试样及后续体外模拟口腔咀嚼实验后,所产生的微渗漏和破损的程度,从而筛选出适合充填修复体螺丝孔道的复合树脂。

人工牙材料的硬度和耐磨性高低会直接影响临床修复的效果[16],过低的硬度可能会导致人工牙材料的损伤,影响咀嚼效率;而硬度过大,磨耗率过低则会加重牙槽嵴的压力,造成牙槽骨的快速吸收[16]。牙釉质的维氏硬度平均值为430 Hv[17],远远高于复合树脂的硬度值,因此选择硬度更高的Harmonize树脂和Neofil nano树脂更优。同时,材料的压缩强度是衡量材料性能的重要指标[18],有限元分析结果表明:牙体破坏时最大与最小应力分别为289 MPa和141 MPa[19],压缩强度更接近牙齿压缩强度平均值的树脂,在口腔中的性能更好。因此同样选择压缩强度均接近牙齿压缩强度均值的Harmonize树脂和Neofil nano树脂作为阳性对照,而选择压缩强度明显较小的Charisma树脂进行对比,实验发现压缩强度分别为193 MPa及194 MPa的Harmonize树脂和Neofil nano树脂更有利于口腔的修复[20]。

因上颌M1在咀嚼中起着重要的作用,其更容易产生磨损,用于螺丝孔道封口的复合树脂易发生断裂、下陷以及磨损,所以对其封口材料选择有着更高的要求,所以本研究选择上颌M1的螺丝固位修复体进行研究。Piattelliet进行的一项研究显示,由于种植体-基台界面不能完全紧密的贴合,会有数微米的微间隙存在,而细菌、离子、水等会通过微间隙渗透进入种植体内腔中,造成种植体周围软组织炎症,刺激骨的吸收,使得种植体周围骨量减少,种植体稳定性受损进而折裂或是脱落[21]。但除了种植体-基台界面会产生微间隙,由于光固化时复合树脂不同程度的体积收缩也会产生数微米的间隙,造成微渗漏,影响种植体的性能及使用寿命。因此本研究从研究螺丝固位修复体目前仍存在的复合树脂磨损及种植体微渗漏出发,通过测试复合树脂的机械性能和咀嚼模拟疲劳实验,研究发现,在体视显微镜下,Charisma树脂充填的种植体咬合面产生了更严重的缺损和裂纹,复合树脂的下陷程度也更显著,而相比之下硬度与压缩强度较大的Harmonize树脂和Neofil nano树脂咬合面的磨损情况要相对轻微一些。纳米银染色后当银离子渗入微间隙时,可以通过micro-CT观察发现在样本相同高度的横截面上用Charisma充填的种植体银渗漏程度更显著,而另外两种树脂的微渗漏程度则更轻微。同时,因Neofil nano 树脂与Harmonize树脂硬度和压缩强度的差异不大,其表面磨损与微渗漏程度也无明显差异,因此笔者认为Neofil nano 树脂或Harmonize树脂比Charisma树脂更适合用于螺丝固位型修复体螺丝孔道的充填。

尽管通过上述实验得出了螺丝固位封口复合树脂使用的一些规律,但仍存在一定不足。咀嚼实验并不能完全模拟口腔环境,使得实验结果存在一定误差;同时,复合树脂弹性模量、塑性、韧性等对于封口复合树脂的影响还未探讨,这些问题正在进一步的研究中。