王丹楊,謝 娜,陸 磊,馬晨育,李 旋

(1西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院口腔修復(fù)學(xué)教研室,西安 710021;2西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院口腔內(nèi)科學(xué)教研室;*通訊作者,E-mail:kqwangdy@xiyi.edu.cn)

口腔黏接修復(fù)成功的關(guān)鍵在于修復(fù)材料與牙體組織間形成牢固、長效的黏接。牙本質(zhì)的黏接依賴于混合層結(jié)構(gòu)的形成[1],但現(xiàn)有的全酸蝕黏接系統(tǒng)及自酸蝕黏接系統(tǒng)會在混合層底部形成缺陷帶及納米滲漏[2,3],使部分牙本質(zhì)膠原失去黏接劑的保護作用而裸露,易受到水分以及各種蛋白水解酶的作用而降解,最終導(dǎo)致黏接修復(fù)失敗[4,5]。如何降低黏接缺陷的形成,增加黏接劑與牙本質(zhì)的化學(xué)結(jié)合,對改善牙本質(zhì)黏接效果意義重大。低溫大氣壓等離子體(non-thermal atmospheric pressure plasma,NTAPP)射流處理是近年來新興的一種表面處理技術(shù)[6],產(chǎn)生的活性物質(zhì)可以與物質(zhì)表面反應(yīng),從而改變材料的表面特性[7]。本研究擬觀察NTAPP處理對牙本質(zhì)表面接觸角以及黏接性能的影響,以期為提高牙本質(zhì)黏接效果提供新的研究思路及技術(shù)手段。

1 材料和方法

1.1 離體牙來源

收集因阻生拔除的無齲第三磨牙60顆(西安醫(yī)學(xué)院第一、第二附屬醫(yī)院口腔科),患者知情同意。刮除附著軟組織,清洗后保存于含0.02%疊氮化鈉的4 ℃生理鹽水，于拔除后1個月內(nèi)使用。本研究由西安醫(yī)學(xué)院倫理審查委員會審查通過。

1.2 主要材料和儀器

去離子水,高純度氦氣(99.99%,西安天盛氣體有限公司),37%磷酸酸蝕劑(Vericom公司,韓國),Single Bond 2全酸蝕黏接劑(3M公司,美國),Z250復(fù)合樹脂(3M公司,美國),無塵紙巾(Kimberly-Clark,美國),低溫大氣壓等離子體發(fā)生裝置(CTP-2000K,南京蘇曼等離子科技有限公司),示波器(MSO1104Z,蘇州普源精電科技有限公司),低速金剛石切割機(沈陽科晶自動化設(shè)備制造有限公司),接觸角測量儀(Easy Drop,KRüSS,德國),光固化機(Dentsply公司,美國),萬能材料試驗機(Shimadzu公司,日本)。

1.3 NTAPP射流的產(chǎn)生

本研究使用的NTAPP設(shè)備采用連續(xù)正弦波驅(qū)動的介質(zhì)阻擋放電原理,電源輸入功率為8 W,峰值電壓Vpp為7.0 kV,頻率為54.9 kHz,放電氣體為高純度氦氣(He),氣體流量為3 L/min。

1.4 NTAPP處理牙本質(zhì)

慢速切割機流水冷卻下將10顆牙齒按牙長軸方向縱切,獲得30片1.5 mm厚的牙本質(zhì)片,800目水砂紙流水打磨、超聲清洗備用。根據(jù)NTAPP射流處理時間的不同(0、5,10,15,20 s)隨機分為5組(n=6)。將牙片用無塵紙巾蘸干水分,置于載玻片上備用。調(diào)整等離子體發(fā)生裝置的高度,使噴嘴距離牙面3 cm。打開氣瓶、等離子體發(fā)生裝置及示波器,調(diào)整輸入功率。待產(chǎn)生等離子體并且射流穩(wěn)定之后,移動載玻片至射流處,使射流接觸牙面(見圖1),同時開始計時并處理相應(yīng)時間。

黃色:進氣口,綠色:接地線,紅色:高壓線A.等離子體發(fā)生裝置射流垂直噴涂于牙面,噴嘴口距離牙面3 cm B.試件處理示意圖圖1 氦氣源NTAPP實驗裝置及試件處理示意圖Figure 1 Experimental device of the helium NTAPP jet and schematic diagram of specimen treatment

1.5 牙面接觸角測量

每個牙片在中層牙本質(zhì)處選擇3個點測量接觸角。將0.5 μl去離子水滴至樣品表面,測量水滴接觸牙面瞬間的接觸角。3個位點的平均值記為每個試件的接觸角,計算每組試件接觸角的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,評估等離子體處理后牙本質(zhì)表面潤濕性的變化。

1.6 牙本質(zhì)微拉伸黏接強度測試

慢速切割機流水冷卻下沿垂直于牙長軸的方向,將30顆離體牙去除牙合面牙釉質(zhì),暴露冠方牙本質(zhì)。800目水砂紙流水打磨、超聲清洗,制備標(biāo)準(zhǔn)玷污層。酸蝕劑酸蝕15 s,水氣槍沖洗1 min。按照1.4所述方法分組后用NTAPP處理,隨后用濕潤的無塵紙巾重新濕潤干燥的牙本質(zhì)表面,采用濕黏接法嚴(yán)格按照Single Bond 2的產(chǎn)品說明書操作。黏接劑光照固化后分層堆塑4-5層復(fù)合樹脂,每層光照固化40 s。所有試件于37 ℃去離子水中靜置24 h。

慢速切割機流水冷卻下垂直于黏接界面將試件切成0.8 mm×0.8 mm×9 mm的試件條,用氰基丙烯酸鹽黏接劑將試件固定到微拉伸夾具上,萬能材料試驗機以1 mm/min的速度向上拉伸直至試件斷裂。根據(jù)公式計算:微拉伸強度(MPa)=斷裂載荷(N)/試件截面積(mm2)。將來自同一顆牙的黏接試件的黏接強度求均值作為一獨立樣本,然后結(jié)合同一組其他牙齒黏接試件的均值獲得本組黏接強度均值與標(biāo)準(zhǔn)差(n=6)。

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。對接觸角及微拉伸黏接強度值進行單因素方差分析及均值間的LSD多重比較,顯著水平為雙側(cè)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 NTAPP處理對牙本質(zhì)接觸角的影響

各組牙本質(zhì)接觸角見圖2,變化規(guī)律見圖3。正常牙本質(zhì)接觸角為75.57°±1.45°,經(jīng)NTAPP處理后各組接觸角均顯著小于對照組(P<0.05),處理20 s時接觸角最小為58.41°±1.15°;隨著處理時間延長,各組間接觸角差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

A.對照組 B.NTAPP處理5 s C.NTAPP處理10 s D.NTAPP處理15 s E.NTAPP處理20 s圖2 NTAPP處理不同時間后牙本質(zhì)接觸角圖像Figure 2 Representative pictures of dentine contact angle after various NTAPP treating time

與0 s比較,***P<0.001圖3 NTAPP處理不同時間牙本質(zhì)接觸角比較Figure 3 Changes of dentine contact angle after various NTAPP treating time

2.2 NTAPP處理對牙本質(zhì)微拉伸黏接強度的影響

各組微拉伸黏接強度結(jié)果見圖4。NTAPP處理5 s后牙本質(zhì)微拉伸黏接強度稍有增加,但與對照組相比無顯著性差異(P>0.05);NTAPP處理10 s和15 s后黏接強度均顯著增加(P<0.05),兩組間差異也有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),以NTAPP處理15 s效果最佳;NTAPP處理20 s后黏接強度與對照組無顯著性差異(P>0.05)。經(jīng)NTAPP處理,可以有效改善即刻牙本質(zhì)黏接強度。

與0 s比較,**P<0.01,***P<0.001;與5 s組比較,##P<0.01;與10 s組比較,△P<0.05,△△△P<0.001圖4 NTAPP處理不同時間對牙本質(zhì)微拉伸黏接強度的影響Figure 4 The influence of NTAPP on micro-tensile bond strength after various treating time

3 討論

復(fù)合樹脂因其良好的安全性及美觀性,是首選的牙體修復(fù)材料。但是牙本質(zhì)-黏接界面是復(fù)合樹脂修復(fù)的薄弱區(qū)域,導(dǎo)致復(fù)合樹脂修復(fù)牙本質(zhì)時黏接效率較低,使用期限較短?；旌蠈拥男纬墒茄辣举|(zhì)黏接的基礎(chǔ)。全酸蝕黏接系統(tǒng)需要在黏接前使用酸蝕劑使牙本質(zhì)表面脫礦,暴露牙本質(zhì)小管及膠原纖維網(wǎng),隨后黏接劑向膠原纖維網(wǎng)內(nèi)滲透形成混合層,從而實現(xiàn)黏接。但是酸蝕劑對牙本質(zhì)的脫礦能力與黏接劑的浸潤能力不匹配,往往會在雜化層底部形成一個黏接樹脂不完全滲透且膠原纖維裸露的“缺陷帶”[2,8]。最終將導(dǎo)致黏接修復(fù)失敗。因此,如何有效提高牙本質(zhì)黏接強度,對改善黏接修復(fù)效果至關(guān)重要。

NTAPP是氣體在高頻高壓電場下形成的部分電離的氣體[9,10],其射流溫度接近室溫,并包含了大量活性物質(zhì),如帶電粒子、各種離子、自由基、活性氧等[7]。這些活性較高的等離子體基團可以與物質(zhì)表面反應(yīng),起到清潔、蝕刻的作用,或者在材料表面形成一薄層等離子體涂層,從而改變材料的表面特性[9,11]。

本研究結(jié)果顯示,經(jīng)過NTAPP處理,可以顯著降低牙本質(zhì)表面的接觸角。接觸角是衡量液體對材料表面潤濕性能的重要參數(shù),接觸角越小,濕潤程度越好。該結(jié)果提示,NTAPP作為一種溫和且安全的表面處理技術(shù),能夠改善牙本質(zhì)表面的潤濕特性。牙本質(zhì)的潤濕性變化可能與化學(xué)成分發(fā)生改變相關(guān),等離子體射流處理牙本質(zhì)表面,能夠引起C-C鍵和C-H鍵斷裂而產(chǎn)生活性位點,射流周圍空氣通過向放電區(qū)域的反向擴散作用,將氧基引入處理過的牙面,形成含氧的極性基團以提高潤濕性[12]。已有研究表明,處理過的材料表面暴露于大氣中時,能夠產(chǎn)生活性過氧化物自由基(R-OO-)和官能團(C-OH);另有學(xué)者證實等離子體處理后牙本質(zhì)表面C-O基團明顯增多[13-15]。正是這些親水性含氧極性基團的存在,使牙本質(zhì)表面潤濕性得以改善[16]。

本研究微拉伸黏接強度結(jié)果顯示,經(jīng)NTAPP處理10,15 s能夠顯著提高即刻牙本質(zhì)黏接強度,其原因可能與以下機制密切相關(guān):①NTAPP處理改善了牙本質(zhì)黏接界面的力學(xué)性能。濕潤性的改善能夠提高黏接劑在脫礦牙本質(zhì)面的滲潤,有利于形成更長的樹脂突及更完整的混合層[15],同時降低缺陷帶及納米滲漏的發(fā)生。②NTAPP處理后脫礦牙本質(zhì)化學(xué)成分發(fā)生了改變,等離子體處理可以將含氧的羰基引入Ⅰ型膠原分子中,膠原纖維表面羰基數(shù)量的增加能夠提高膠原與黏接劑之間氫鍵的相互作用。此外,等離子體處理可以暫時暴露膠原蛋白表面的官能團,有利于官能團與黏接劑間共價鍵的形成[9]。③NTAPP處理后膠原纖維網(wǎng)的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,羰基數(shù)量的增加可以通過電斥力使膠原纖維暫時脫聚并分離成更小的纖維聚集體,甚至單個纖維,這將顯著提高黏接劑對膠原纖維的滲透,增加黏接劑與膠原的界面面積,從而顯著提高牙本質(zhì)界面的黏接強度[9]。

雖然NTAPP是一種溫和、安全的表面處理技術(shù),但是隨著處理時間的延長,材料表面會發(fā)生局部熱量累積及蝕刻現(xiàn)象[6],易損害敏感性較高的生物材料。本研究結(jié)果顯示,經(jīng)NTAPP處理20 s后黏接強度有所下降,推測脫礦的牙本質(zhì)膠原纖維網(wǎng)在NTAPP射流轟擊及熱累積作用下,發(fā)生了塌陷、變性[17]。值得注意的是,牙本質(zhì)的高親水性可能會造成黏接劑的相分離,影響樹脂聚合,或促進水和水解酶在界面的滲透,增加降解率,引起牙本質(zhì)黏接界面耐久性變差[18]。本研究中牙本質(zhì)的接觸角介于58°-60°之間,不同于以往研究結(jié)果(<10°)[12],對于牙本質(zhì)黏接耐久性的影響及具體的作用機制,仍需要進一步研究。

本研究結(jié)果表明,NTAPP處理可顯著降低牙本質(zhì)表面接觸角,增加牙本質(zhì)的潤濕性。在本研究的放電參數(shù)下,牙本質(zhì)接觸角不隨NTAPP處理時間延長而顯著變化。NTAPP處理對即刻牙本質(zhì)黏接強度有雙重作用,處理10 s和15 s能夠顯著增加黏接強度,但處理20 s黏接強度降低。進一步研究NTAPP與牙本質(zhì)之間的相互作用機制,有助于為等離子體在口腔黏接領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。