激光处理牙体黏结界面的研究进展

刘 升(综述),雷序江,汪建中(审校)

(1.南昌大学研究生院医学部2009级;2.江西省人民医院口腔科,南昌330006)

自1955年M.G.Buonocore[1]将酸蚀技术应用于牙体黏结修复以来,黏结技术已取得巨大发展,酸蚀已成为牙黏结修复术中的一项常规技术,但目前酸蚀刻法仍存在牙髓刺激等问题难以克服,学者们正致力于寻找更为安全有效的处理方法。1960年美国T.H.Maiman[2]研究制成世界上第一台红宝石激光器以来,现激光器已多达数千种,应用范围涉及到各个领域,处理牙体黏结界面可产生类似酸蚀的效果,对牙髓的刺激性小,备受关注。本文就几种常用的铒激光、钕激光、准分子激光、二氧化碳激光在牙体黏结面的处理作一综述。

1 铒激光对牙体黏结界面的影响

铒激光根据发生器的不同可分为铒∶钇铝石榴石激光(Er∶YAG激光)和铒,铬∶钇铣嫁石榴石(Er,Cr∶YSGG激光),2种激光都是固态激光,位于中红外区,波长分别是2 940 nm和2 780 nm,作用过程都有水的参与,作用原理相似。

1.1 Er∶YAG对牙体黏结界面的影响

Er∶YAG激光照射后的牙釉质表面是粗糙不规则的,出现了片状、层状、点坑状和沟槽状。牙本质表面较釉质出现更光滑和圆钝的外观,留下较小而浅的坑状及沟状,没有玷污层,也无熔融和炭化的现象,牙本质小管暴露,小管口放大成袖口状[3]。

S.R.Visuri等[4]研究发现,复合树脂对Er∶YAG激光照射的牙本质的抗剪切黏结力优于传统酸蚀方法处理的牙本质,并认为管周牙本质矿化程度高,它的保留可能是剪切黏接强度提高的主要原因。但是A.C.Ramos等[5]发现Er∶YAG激光照射的牙本质与传统酸蚀方法处理的牙本质,其拉伸黏结强度在统计上没有显著的差别。A.Martinez Insua等[6]认为Er∶YAG激光照射牙体组织后进行黏结修复所获得的黏结力低于传统酸蚀方法所获得的黏结力,激光蚀刻后的釉质和牙本质表层都存在广泛的表面下裂隙,这与黏结失败有关。不同的黏结体系和树脂材料、激光的参数设置不同等原因可能会导致上述不同的结论。

1.2 Er,Cr∶YSGG对牙体黏结界面的影响

Er,Cr∶YSGG激光在输出功率为4 W,扫描电子显微镜下可见牙釉质表面呈多形态断面,釉柱清晰,无玷污层,无微裂及熔融改变;牙本质表面粗糙,呈鱼鳞片状,可见少量碎屑,牙本质小管结构清晰,几乎无玷污层和微裂,无炭化及热损伤迹象[7]。

M.Hossain等[8]研究表明Er,Cr∶YSGG激光在输出功率为3W,气70%,水20%时,处理牙面6 s要比37%的磷酸酸蚀的牙面清洁,粗糙度也显著增加,增加黏接面的粗糙度和清洁度就能增加黏接面积和表面的自由能,从而增强黏接力。林琼光等[9]认为Er,Cr∶YSGG激光蚀刻牙本质与常规酸蚀的区别在于,酸蚀可使管周牙本质脱矿,牙本质小管呈漏斗状改变,形成的树脂突为短圆锥形,易在树脂聚合收缩力的作用下从小管内脱出,而Er,Cr∶YSGG激光蚀刻牙本质时无脱矿作用,牙本质小管开口也无扩大,从而形成长圆柱状密集的树脂突增加了树脂的黏接力。B.S.Lee等[10]认为单独激光切割不利于树脂牙本质的黏结,而激光切割联合酸蚀和传统手机切割联合酸蚀都可以达到提高牙本质黏结强度的效果。

到目前为止关于铒激光预备牙体硬组织后是否可以提高材料与牙体组织的黏结强度仍然存在争议。

2 钕激光对牙体黏结界面的影响

1961年Johnson发明了掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)激光器,属固体激光,波长1 060 nm。Nd∶YAG激光具有类似电凝的作用,主要是通过激光的热效应、光化学效应、机械效应、电磁效应、生物刺激效应等引起表面硬组织改变。Nd∶YAG激光操作简单,容易控制,也不失为一种理想的牙面处理方法。

2.1 Nd∶YAG激光对牙釉质黏结界面的影响

用Nd∶YAG激光照射釉质表面后,在扫描电镜下发现其组织表面产生许多密集形态和边缘不规则的凹窝结构,深度20～40 nm不等,这一形态学变化与磷酸酸蚀牙釉质相似,并可以获得与磷酸酸蚀相同的黏结强度,但是激光功率参数过高会使牙釉质产生许多微小的裂纹[11]。J.A.Hess[12]认为,激光照射牙釉质表面后,表面会变粗糙,形成的这种蜂窝状结构可能为液状树脂单体的渗入,形成树脂突提供空间。但M.T.Ariyaratnam等[13]通过研究发现,虽然Nd∶YAG激光能够很好得粗化牙釉质表面,但经激光处理后的牙釉质表面微硬度差,黏结强度明显低于酸蚀组。王海云等[14]认为随着激光功率的增加,牙釉质的抗剪切强度有所增加,但该趋势与牙髓腔的温度变化成反比关系,因此激光的刻蚀效果则很难于达到磷酸酸蚀的效果。目前,普遍认为Nd∶YAG激光处理牙釉质可以显著提高釉质与树脂的黏结强度,但是否可以代替磷酸酸蚀,还有待于进一步的研究。

2.2 Nd∶YAG激光对牙本质黏结界面的影响

罗渝宁等[15]认为,脉冲Nd∶YAG激光的光热效应可以汽化牙本质表面的玷污层,并使牙本质小管口熔融而部分关闭,减少液体向外流动,在表面形成比较规则的“弹坑”样凹陷及无数小泡样突起,整个表面结果呈熔岩样改变,牙本质小管口呈封闭状态,牙面变得干净而粗糙,通过Nd∶YAG激光处理与37%磷酸酸蚀的对比研究,发现Nd∶YAG激光处理的牙本质,其抗剪切强度显著高于磷酸酸蚀组。J.M.White等[16]证明Nd∶YAG激光作用于牙本质,使牙本质表面发生改变,不但可降低其表面渗透性,还可增强其表面微机械固位力。但是M.T.Ariyaratnam等[13]认为Nd∶YAG激光处理后,虽然能很好地粗化牙本质,但黏结强度与未经表面处理组无统计学差异。由于在研究中采用的是离体牙,无牙本质小管液存在,而过分干燥的牙本质表面不利于黏结,因此与临床活体牙的处理效果有所差别。牙本质树脂黏结界面的微型态与牙本质树脂间黏结力的关系尚存在争议,有待进一步实验证实。

3 准分子激光对牙体黏结界面的影响

准分子激光是一种气体激光,其工作物质有稀有气体卤化物和稀有气体氧化物。常用的有波长为248 nm的氟化氪准分子激光(Kr∶F准分子激光)和波长为193 nm的氟化氩准分子激光(Ar∶F准分子激光)。

3.1 Kr∶F对牙体黏结界面的影响

陆炜炜等[17]用Kr∶F准分子激光照射牙面后发现,其输出能量低时釉质表面呈现粗糙的气泡样改变,输出能量增高时扫描电镜观察釉质表面呈现熔融的棱柱状结构。低能量密度(0.3、0.5、0.6 J·cm-2)照射后,照射区与周边无明显分界,釉质形态改变不明显。中等能量密度(0.9、1.0、1.25 J·cm-2)照射后,准分子激光首先作用于“柱鞘”区,从而产生不规则结构,这是一个多孔区域,柱间质的晶体束与釉柱晶体束相接。这个无晶体的“柱鞘”区大约0.1 μ m宽,主要由蛋白质组成。高能量密度(2.0 J·cm-2)照射后,釉质表面出现相对均一的小孔,遍布整个辐射区,填塞整个柱间质的空隙,表面内为一典型的微孔网状结构,直径大约100～200 nm,与红外激光处理后的釉面形貌相似。S.Eugenio等[18]对Kr∶F准分子激光处理后的牙本质中发现与传统的酸蚀比较其粘结强度未有明显的提高。

3.2 Ar∶F对牙体黏结界面的影响

O.Feuerstein等[19]用Ar∶F激光照射人牙釉质,证实了这种位于紫外区域的准分子激光,对釉质的作用以光切割效应为主,而非热效应。随着能量密度增加,表面形态由粗糙变得光滑,在极高能量时,表面又变成粗糙,其蚀刻深度无明显差异。P.Wilder Smith等[20]用Ar∶F准分子激光对釉质完整的离体牙进行照射,在光镜和电镜下观察,光镜下釉质表面无明显碳化,仅见部分照射区存在一些汽化形成的凹陷,电镜下可见釉质面均匀分布的细小气孔和少量的菱形结构,同时,釉质表面的高度矿化层因激光照射而消失。Ar∶F准分子激光对釉质表面的影响可因不同的激光参数而不同,但表面结构的改变可以根据治疗的需要而有效控制。

4 二氧化碳激光对牙体黏结界面的影响

二氧化碳激光(CO2激光)属气体激光,常用波长1 060 nm,输出功率0.5～6 W,能量转换效率高。Z.Kantorowitz等[21]观察到CO2激光照射后的釉质表面熔融,且有釉质的剥脱现象,部分区域出现50～75 μ m的细裂缝,这个可能与能量密度有关。R.Fuhrmann等[22]对比CO2激光与37%磷酸处理牙釉质的抗拉强度,激光照射组为3.3 MPa,酸蚀组为4.9 MPa,但认为激光组抗拉强度仍可满足临床黏接的需要。吴美娟等[23]认为CO2激光照射牙本质后,随着能量的不同,牙本质小管可出现表面粗糙、管腔堵塞,甚至封闭,也可见到小管更加开放等不同的变化,当激光能量密度在6 J·mm-2左右,可起到封闭牙本质小管的作用,通过扫描电镜观察CO2激光封闭牙本质小管后的表面形状有利于牙科材料的固位。

综上所述,铒激光、钕激光、准分子激光、二氧化碳激光照射牙体黏结面后能够达到与酸蚀相似的表面形态是肯定的,在黏结面与复合树脂之间的黏结力方面尚存一定的争议。随着口腔激光机的进一步开发和完善,在处理牙体黏结界面取代传统的酸蚀是完全可能的。

[1] Buonocore M G.A simple method of increasing the adhesion ofacry lic filling materials to enamel surfaces[J].J Dent Res,1955,34(6):849-853.

[2] Maiman T H.Stimulated optical radiation in ruby[J].Nature,1960,187:493-494.

[3] De Souza Gabriel A E,Chinelatti M A,Borsatto M C,et al.Effect of Er∶YAG laser irradiation distance on superficial dentin morphology[J].Am J Dent,2006,19(4):217-221.

[4] Visuri S R,Gilbert J L,Wrig ht D D,et al.Shear strength of composite bonded to Er∶YAG Laser-prepared Dentin[J].Dent Res,1996,75(1):599-605.

[5] Ramos A C,Esteves Oliveira M,Arana Chavez V E,et al.Adhesives bonded to erbium:yttrium-aluminum-garnet laser-irradiated dentin:transmission electron microscopy,scanning electron microscopy and tensile bond strength analyses[J].Lasers Med Sci,2010,25:181-189.

[6] Martinez Insua A,Da Silva Dominguez L,Rivera F G,et al.Differences in bonding to acid-etched or Er:YAG-laser-treated enamel and dentin surfaces[J].Prosthet Dent,2000,84(3):280-288.

[7] 于静涛,贾兴亚,乔丽艳,等.铒,铬∶钇钪镓石榴石激光切割牙体硬组织效果的扫描电子显微镜观察[J].华西口腔医学杂志,2003,21(5):356-358.

[8] Hossain M,Nakamura Y,Yamada Y,et al.Analysis of surface roughness of enamel and dentin after Er,Cr∶YSGG Laser Irradiation[J].Clin Laser Med Surg,2001,19(6):297-303.

[9] 林琼光,张飞成,尹兴喆,等.Er,Cr∶YSGG激光在龋病治疗中的应用研究[J].现代口腔医学杂志,2005,19(2):168-171.

[10] Lee B S,Lin P Y,Chen M H,et al.Tensile bond strength of Er,Cr∶YSGG laser-irradiated human dentin and analysis of dentin-resin interface[J].Dent Mater,2007,23(5):570-578.

[11] Lan W H.A comparision of bond strengths following treatment with Er∶YAG laser and phosphoric acid[J].Int Congr Ser,2003,1248:51-59.

[12] Hess J A.Subsurface morphological changes of Nd∶YAG laser-etched enamel[J].Lasers Surg M ed,1997,21(2):193-197.

[13] A riyaratnam M T,Wilson M A,Mackie I C,et al.A comparison of surface roughness and composite enamel bond strength of human enamel following the application of the Nd∶YAG laser and etching with phosphoric acid[J].Dent Mater,1997,13(1):51-55.

[14] 王海云,陈铁,谢黎.脉冲Nd∶YAG激光刻蚀牙釉质对牙釉质形态及其抗剪切强度的影响[J].暨南大学学报,2010,31(4):403-406.

[15] 罗渝宁,陈柯.Nd∶YAG激光处理与磷酸酸蚀牙本质后抗剪切粘结强度的比较研究[J].临床口腔医学杂志,1996,12(1):21-23.

[16] White J M,Goodis H E,Setcos J C,et al.Effects of pulsed Nd∶YAG laser energy on human teeth:a three-year followup study[J].Am Dent Assoc,1993,124(7):45-51.

[17] 陆炜炜,俞未一,孙卫斌,等.Kr∶F准分子激光作用釉质产生的形态学变化[J].口腔医学,2000,20(1):8-9.

[18] Eugenio S,Osorio R,Sivakumar M.Bond streng th of an etchand-rinse adhesiveto KrF excimer laser-treated dentin[J].Photomed Laser Surg,2010,28(1):97-102.

[19] Feuerstein O,M ayer I,Deutsch D.Physico-chemical changes of human enamel irradiated with ArF excimer laser[J].Lasers Surg Med,2005,37(3):245-251.

[20] Wilder Smith P,Lin S,Nguyen A,et al.Morphological effects of A rF excimer laser irradiation on enamel and dentin[J].Lasers Surg Med,1997,20(2):142-148.

[21] Kantorowitz Z,Featherstone J D,Fried D.Caries prevention by CO2laser treatment:dependency on the number of pulses used[J].Am Dent Assoc,1998,129(5):585-591.

[22] Fuhrmann R,Gutknecht N,Magunski A,et al.Conditioning of enamel with Nd∶YAG and CO2dental laser systems and with phosphoric acid.An in-vitro comparison of the tensile bond strength and the mo rphology of the enamel surface[J].Orofac Orthop,2001,62(5):375-386.

[23] 吴美娟,赵福运.CO2激光照射后牙本质变化的扫面电镜观察[J].中国激光医学杂志,2001,10(1):28-30.