吳雨鴻， 林居紅， 張紅梅

實驗研究

白色波特蘭水門汀與MTA的粒徑和部分重金屬含量比較＊

吳雨鴻， 林居紅， 張紅梅△

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，口腔疾病與生物醫(yī)學(xué)重慶市重點實驗室，重慶 401147

目的 比較白色波特蘭水門?。╳hite portland cement，WPC）、灰色波特蘭水門汀（gray portland cement，GPC）和無機三氧化聚合物（mineral trioxide aggregate，MTA）的平均粒徑和粒度分布，以及WPC、WPC＋20%氧化鉍（bismuth oxide，BO）和MTA的部分重金屬元素的含量，為評價WPC部分理化性能和安全性提供依據(jù)。方法 采用S3500系列激光粒度分析儀測量WPC和MTA的粒徑。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry，ICP-AES）測量WPC、WPC＋20%BO及MTA中鉍、鉛、砷、鎳、錳、鎘和鉻等7種重金屬元素含量。結(jié)果 WPC的平均粒徑與MTA比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），GPC的平均粒徑大于MTA和WPC（P＜0.05）。在0.289～31.110μm粒徑段，WPC與MTA粒度分布差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），GPC粒度分布明顯小于WPC和MTA（P＜0.05）。WPC中砷、鎳、錳和鉻含量高于MTA；鉍、鉛和鎘含量低于MTA。加入BO后WPC中砷、鎳和錳含量降低，鉍、鉛和鉻含量增高，鎘含量無變化。結(jié)論 WPC與MTA平均粒徑和粒度分布相當(dāng)，微粒粒徑明顯小于GPC；在考慮鉛、砷、鎳、錳、鎘和鉻含量時，WPC應(yīng)用于臨床較安全，若添加顯影劑BO，則應(yīng)提高BO的純度，提示W(wǎng)PC有替代MTA應(yīng)用于口腔臨床的潛力。

白色波特蘭水門汀； 無機三氧化聚合物； 重金屬； 粒徑

無機三氧化聚合物（mineral trioxide aggregate，MTA）的主要成分是80%波特蘭水門?。╬ortland cement，PC）和20%氧化鉍（bismuth oxide，BO）［1］，1998年被美國食品藥品管理局正式批準(zhǔn)用于人體，并被廣泛應(yīng)用于牙體牙髓疾病的治療中，但因其凝固時間較長、價格昂貴和使牙體變色等而應(yīng)用受限。PC按顏色分為白色波特蘭水門汀（white portland cement，WPC）和灰色波特蘭水門汀（gray portland cement，GPC），WPC主要成分與MTA相似，但不含顯影劑故不能顯影，MTA因含有BO而顯影。國外學(xué)者近年做了大量關(guān)于二者及WPC加各種顯影劑后的理化性能、生物學(xué)性能和臨床性能的對比研究，發(fā)現(xiàn)二者性能具有相似性。

我國WPC生產(chǎn)流程嚴(yán)格遵守GB／T2015-2005規(guī)定，而國外通用EN197標(biāo)準(zhǔn)，由于原料產(chǎn)地有差異，因此國外的同類研究并不能完全代表我國WPC的特性。WPC、GPC和MTA屬于多分散體系，可通過平均粒徑和粒度分布來衡量粒徑的大小。由于材料粒徑和重金屬元素含量可反映材料封閉性、抗壓耐磨性、凝固時間和安全性等，故本研究比較了我國的WPC與MTA的粒徑大小及部分重金屬元素含量，以期評估WPC替代MTA應(yīng)用于臨床的可行性。

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器

WPC（安徽阿爾博波特蘭安慶有限公司），MTA（ProRoot MTA，Dentsply，美國），分析純BO（四川鑫龍碲業(yè)科技開發(fā)有限責(zé)任公司），優(yōu)級純60%硝酸和35%鹽酸，S3500系列激光粒度分析儀（Microtrac公司，美國），電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES，斯派克分析儀器公司，德國），超聲振蕩器（上海五相儀器儀表有限公司），電熱恒溫水浴箱（上海喬躍公司）。

1.2 粒徑大小的測定

用天平量取WPC、MTA、GPC粉末0.05g（精確至0.000 1g）置于加有50mL 90%乙醇的燒杯中，玻璃棒攪拌，置于超聲振蕩器中，以24kHz頻率振蕩5min。同時循環(huán)沖洗激光粒度分析儀，檢測其容器內(nèi)是否含有雜質(zhì)，將雜質(zhì)粒徑控制在不影響實驗結(jié)果的范圍內(nèi)。將振蕩好的溶液用玻璃棒攪拌后倒入容器內(nèi)，并用裝有90%乙醇的洗氣瓶將燒杯中殘留的溶液沖洗入容器內(nèi)，S3500系列激光粒度分析儀測量粒徑大小，每組樣本測量10次。

1.3 重金屬元素含量的測定

1.3.1 樣品處理 實驗所用的儀器采用去離子水∶硝酸∶鹽酸＝8∶1∶1（體積比）的溶液浸泡48 h，去離子水沖洗3次，在工作臺上自然晾干。每組樣品稱取試樣1g（精確至0.000 1g）放于燒杯中，與7mL 60%硝酸和21mL 35%鹽酸混合，靜置2 h，將容器用帶排氣口的塑料蓋蓋上，加熱到80℃，保持150min，然后冷卻至室溫，采用Whatman No.42過濾紙過濾，轉(zhuǎn)移到50mL容量瓶中用去離子水定容，搖勻，待測。設(shè)置空白對照組，處理過程同上。

1.3.2 儀器工作條件 ICP-AES工作參數(shù):高頻發(fā)生器功率為1 400W，等離子氬流量為1.2L／min，冷卻器等離子體氣流量為12L／min，輔氣流量1L／min，霧化器載氣流量為1L／min，觀測高度15 mm。

1.3.3 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液制備 配制鉍、鉛、砷、鎳、錳、鎘和鉻的1 000mg／L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用前逐級稀釋配制成重金屬元素含量分別為1.00、2.00、4.00、8.00、10.00（鉍為100.00）mg／L的5組不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

分析譜線的選擇是否合適，直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。等離子體發(fā)射光譜儀最大特點是光譜線的選擇非常靈活，可最大限度地避免譜線干擾，且可以對1個元素選擇多條譜線進(jìn)行實驗。本實驗對每個測定元素選取了2～3條譜線進(jìn)行測定，綜合分析強度、干擾情況及穩(wěn)定性。選擇譜線干擾少、基體影響小、精密度好的分析譜線用于實驗，鉍、鉛、砷、鎳、錳、鎘、鉻的分析譜線分別是223.0、220.3、189.0、231.6、257.6、214.4、267.7nm。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

對3組平均粒徑數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗，3組數(shù)據(jù)兩兩比較采用SNK（Student-Newman-Keuls）q檢驗；采用秩和檢驗比較3組在每一個粒徑段及總粒徑段的粒度分布差異，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 粒徑大小的比較

GPC組、WPC組、MTA組平均粒徑分別為（30.69±1.35）、（15.5±2.47）、（14.94±1.69）μm，GPC組平均粒徑明顯大于WPC組、MTA組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）；WPC組和MTA組比較，平均粒徑相當(dāng)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

粒度分布結(jié)果見圖1。在0.289～1.944μm和2.312～5.500μm段，WPC粒度分布小于MTA（P＜0.05），在6.540～13.080μm和15.550～31.110 μm段，WPC粒度分布大于MTA（P＜0.05），提示W(wǎng)PC中大粒子分布較MTA多，但在整個粒徑為0.289～31.110μm段時，WPC與MTA粒度分布相當(dāng)（P＞0.05）。GPC在所有檢測的粒徑段，其粒度分布均小于WPC和MTA（P＜0.05）。

圖1 3組粒度分布Fig.1 Particle size distribution in 3groups

2.2 重金屬元素含量的比較

7種重金屬元素含量如表1所示。每組樣本測試3次，取平均值。WPC中砷、鎳、錳、鉻含量高于MTA；鉍、鉛、鎘含量低于MTA。加入BO后WPC中砷、鎳和錳含量降低，鉍、鉛和鉻含量增高，鎘含量無變化。

表1 MTA、WPC和WPC＋20%BO中7種重金屬元素的含量（mg／kg，n＝3）Table1 Contents of 7heavy metals in MTA，WPC，and WPC＋20%BO（mg／kg，n＝3）

3 討論

3.1 粒徑大小

平均粒徑是指將一個由大小和形狀不相同的粒子組成的實際粒子群，與一個由均一的球形粒子組成的假想粒子群相比，如果兩者的粒徑全長相同，則稱此球形粒子的直徑為實際粒子群的平均粒徑。粒度分布是指在粒子群中各個粒徑范圍的顆粒數(shù)量占粒子群顆粒總數(shù)的百分比。測試材料粒徑常用方法有顯微鏡法（1nm～5μm），沉降法（10nm～20 μm），靜態(tài)光散射（＞5μm）和動態(tài)光散射（＜5μm）法，光子相干光譜法（1～3 000nm）。國外測量MTA的粒徑大小多在0.5～30μm［2］，故本實驗采用靜態(tài)光散射法。在分析粒度分布時分析了0.289～31.110μm粒徑范圍的粒度分布，樣品處理參照Asgary等［3］的方法。

牙本質(zhì)小管的平均直徑是2～5μm，牙本質(zhì)小管的密度和方向在牙齒的根尖是不規(guī)則的［4］。當(dāng)材料與牙本質(zhì)接觸時，若其顆粒粒徑小于牙本質(zhì)小管直徑，則能夠滲入這些小管，形成良好的三維液壓密封［56］。本實驗中WPC和MTA的平均粒徑相當(dāng)，GPC的平均粒徑明顯大于MTA和WPC，提示GPC的封閉性可能比MTA差。本課題組前期采用染料滲透法檢測WPC的封閉性，結(jié)果顯示W(wǎng)PC的封閉性與MTA相當(dāng)，GPC的封閉性明顯差于WPC和MTA［7］，本實驗印證了前期研究結(jié)果。

有研究提示材料粒徑越小，微粒暴露的表面積越大，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)越快，凝固時間越短［8］。本實驗中，GPC的平均粒徑明顯大于WPC和MTA，提示GPC的凝固時間可能較長。而WPC的平均粒徑與MTA相當(dāng)，但在0.289～1.944μm和2.312～5.500μm段WPC粒度分布小于MTA，在6.540～13.080μm和15.550～31.110μm段WPC粒度分布大于MTA，WPC中大粒子分布較MTA多，提示W(wǎng)PC的凝固時間可能大于等于MTA。

有研究表明，較小的顆粒材料有更高的抗壓強度［9］。微粒尺寸是增強其抗壓、耐磨性能的關(guān)鍵因素［10］。優(yōu)良的根管充填材料及底穿修補材料，應(yīng)具有較強的抗壓及耐磨性，馬爾他學(xué)者研究提示PC的抗壓強度小于MTA，但是加有金的PC的抗壓強度與MTA相當(dāng)［11］。巴西學(xué)者比較PC和MTA的抗壓強度，發(fā)現(xiàn)在1d時，PC抗壓強度比MTA大，在21d時，PC抗壓強度與MTA相當(dāng)［12］。粒徑測試結(jié)果不能直接比較WPC和MTA的抗壓耐磨性，但可為今后的抗壓耐磨性研究提供一定的依據(jù)。

3.2 重金屬元素含量

現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)GB2129-2136-198012采用原子吸收光譜法和比色法測定雜質(zhì)元素含量，均為單元素測定，無法同時測定多種元素［2］。ICP-AES干擾水平低，是一種高效、高靈敏度的快速分析方法，尤其適用多元素的同時測定。本研究采用ICPAES測定樣品中金屬元素的含量，樣品處理方法參照Chang等［13］的處理方法，采用鹽酸-硝酸的混酸消解體系，與單獨的酸溶液相比，鹽酸-硝酸能使樣本中金屬離子充分地釋放出來，此法符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11466。

BO是顯影劑，國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)國外的WPC不顯影。本研究通過測量WPC和WPC＋20%BO中鉍的含量并與MTA中鉍含量作比較，以間接反映我國WPC是否也不顯影。實驗結(jié)果提示，WPC中鉍含量遠(yuǎn)小于MTA中鉍的含量，有不顯影的可能，但加入BO后的WPC中鉍含量是大于MTA的，因此加入BO的量還有待研究，且加入BO后部分重金屬元素含量有所增加，因此需提高加入BO的純度。

MTA因其含有氧化錳等而使牙體變色，本研究WPC中錳的含量大于MTA，故也有使牙體變色的可能。有研究證實老鼠的口服錳半數(shù)致死量是9 000mg／kg［14］，本研究WPC中錳的含量遠(yuǎn)小于此量。

Chang等［13］2010年采用日本島津公司的ICPAES測量MTA和韓國的WPC中砷的含量分別為3.75和12.05mg／kg，該學(xué)者2011年采用美國瓦里安公司的全譜直讀電感耦合等離子體-發(fā)射光譜儀測定出MTA中砷含量為1.16mg／kg［15］，本實驗結(jié)果中MTA和WPC的砷含量分別為18.6和37.4mg／kg，結(jié)果的差異考慮為樣本本身的差異和儀器來源于不同國家所帶來的差異。De-Deus等［16］報道了對于人體，無機砷口服中毒致死量為60 mg／kg，本實驗中3組樣本的砷含量均小于此量。

鎘被認(rèn)為是最重要的一個職業(yè)環(huán)境污染物，與基因毒性和致癌性相關(guān)［17］，老鼠口服鎘的半數(shù)致死量為2 330mg／kg［14］，本研究中WPC鎘含量是2.6 mg／kg。

本研究中WPC和MTA的鉛含量分別為83.2和32.0mg／kg。Matthew等［18］采用石墨爐原子吸收分光光度計測定出MTA和丹麥的WPC中鉛的含量分別為0.68和0.92mg／kg，小于本實驗所測值。究其原因可能為在測量金屬元素含量時，石墨爐原子吸收分光光度計的敏感度較ICP-AES差，故存在測量結(jié)果差異。

有研究稱鎳是過敏原和可能致癌物質(zhì)［19］。Kum等［20］采用美國瓦里安公司全譜直讀電感耦合等離子體-發(fā)射光譜儀測量出MTA中鎳的含量為18.98mg／kg，本研究中WPC和MTA鎳的含量分別為35.7和19.4mg／kg。

Chang等［15］測出MTA中鉻的含量為5.88 mg／kg，但未測出六價鉻，本研究中WPC和MTA鉻的含量分別為15.9和8.7mg／kg，而WPC中六價鉻的含量還有待研究。

綜上，WPC和MTA平均粒徑和0.289～31.110μm粒徑段的粒度分布相當(dāng)，明顯小于GPC；WPC、WPC＋20%BO、MTA中鉍、鉛、砷、鎳、錳、鎘和鉻等重金屬的含量有差異。以上間接證明WPC和MTA部分理化性能有相似的可能，且優(yōu)于GPC，部分重金屬元素的含量有差異，這為后期研究WPC應(yīng)用于臨床的安全性提供了線索。

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（2014-07-01 收稿）

Comparision Particle Size and Portion of the Heavy Metal Content of Mineral Trioxide Aggregate and White Portland Cement

Wu Yuhong，Lin Juhong，Zhang Hongmei△
The Affiliated Hospital of Stomatology，Chongqing Medical University，Chongqing Key Laboratory for Oral Diseases and Biomedical Sciences，Chongqing 401147，China

Objective To compare the particle size and distribution between the white portland cement（WPC），gray portland cement（GPC），and mineral trioxide aggregate（MTA），and the content of some heavy metals between WPC，WPC＋20% bismuth oxide（BO），and MTA in order to provide evidence for evaluation of the phys-chemical properties and safety of WPC.Methods The paticle size of WPC，gray portland cement（GPC），and MTA was analyzed with laser particle size analyzer（S3500series）.The contents of 7heavy metals（bismuth，lead，arsenic，nickel，manganese，chromium，cadmium）in WPC，WPC＋20%BO，and MTA were analyzed by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry（ICP-AES）.Results There was no significant difference in the mean particle size between WPC and MTA（P＞0.05）.The mean particle size of GPC was significantly greater than that of WPC and MTA（P＜0.05）.When the particle size was in the range of 0.289to 31.110μm，the particle distribution was no significantly different between WPC and MTA（P＞0.05）.However，the particle distribution was significantly less in GPC than in WPC and MTA（P＜0.05）.Additionally，the contents of arsenic，nickel，manganese，and chromium were higher in WPC than in MTA and the contents of bismuth，lead，and cadmium were less in WPC than in MTA.After adding BO to WPC，the contents of arsenic，nickel and manganese were decreased，while the contents of bismuth，lead and chromium were increased and the cadmium content remained unchanged in WPC.Conclusion The particle size and distribution of WPC was not significantly different from those of MTA，but the particle size of WPC and MTA was significantly smaller than that of GPC.In terms of the contents of heavy metals（such as lead，arsenic，nickel，manganese and chromium），it is safer to apply WPC to clinical practice.The purity of WPC should be improved if BO is added.Our results suggest WPC may be substituted for MTA in oral clinical practice.

white portland cement； mineral trioxide aggregate； heavy metals； particle size

R783.1

10.3870／j.issn.1672-0741.2015.03.013

＊重慶市衛(wèi)生局2011年醫(yī)學(xué)科技計劃資助項目（No.2011-2-190）

吳雨鴻，女，1986年生，醫(yī)學(xué)碩士，E-mail:465418654＠qq.com

△通訊作者，Corresponding author，E-mail:zhm0525＠aliyun.com