不同底板结构金属托槽的抗剪切强度研究

宋冰,邵玶

[摘要]目的：比较不同底板设计金属托槽的抗剪切强度（Shear Bond Strength,SBS）及经过37℃人工唾液恒温水浴24h后对其抗剪切强度的影响。方法：选择4种不同底板设计的国产正畸金属托槽（A：传统网状底板；B：新型自锁网状底板；C：华夫样底板；D：燕尾状底板）。将A、B、C、D 4种托槽按是否经过37℃人工唾液恒温水浴，分为水浴组1：A1、B1、C1、D1和非水浴组2：A2、B2、C2、D2共8组，每组10个托槽。将托槽粘结于因正畸需要而拔除的上颌双尖牙上。使用INSTRON电子万能材料试验机来检测抗剪切强度。粘结断裂的部位用粘结残留指数（Adhesive Remnant Index,ARI）来表示。结果：水浴组中C1、D1组的SBS均高于A1、B1，且差异具有显著性（P＜0.01）；非水浴组中B2、C2、D2组的SBS均显著高于A2组，且差异具有显著性差异（P≤0.001）；水浴前后SBS，其中只有B、C两种托槽有差异（P＜0.01），水浴组的SBS明显低于非水浴组。结论：托槽底板设计不同能够影响托槽的粘结强度,但所有的样本结果都能很好的满足正畸临床的需求。

[关键词]金属托槽；底板结构；抗剪切强度；粘结残留指数

[中图分类号]R783.5 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2012）04-0654-03

The shear bond strength study of different base structure of metal brackets

SONG Bing,SHAO Ping

(Department of Orthodontics,School of Stomatology, Haerbin Medical University,Haerbin 150001,Heilongjiang, China)

Abstract:ObjectiveTo compare the shear bond strength of different base structure of metal brackets and the influence to shear bond strength after storing for 24 hours in artificial saliva constant temperature water at 37℃. MethodsFour different base structure of metal brackets of domestic were selected(A,traditional mesh bases;B,new self-ligating mesh bases;C,waffle bases;D,swallow-tailed bases) and divided into 8 groups according to whether through the 37℃ constant temperature artificial saliva water bath(water bath group:A1,B1,C1,D1;non-water bath group:A2,B2,C2,D2.n=10).Brackets were bonded on the surfaces of extracted maxillary premolars and tested the SBS with Instron universal testing machine. The adhesive fracture site was classified with the adhesive remnant index (ARI). Results The SBS of C1,D1 showed significantly greater than A1,B1(P＜0.01).The SBS of B2,C2,D2 showed significantly greater than A2(P≤0.001).the SBS of group B,C was significantly different before and after 24 hours' artificial saliva constant temperature water bath(P＜0.01).ConclusionThe different base structure brackets could influence the bond strength,but all could meet the clinical needs.

Key words:metal brackets;base design;shear bond strength;ARI index

随着口腔正畸在我国的不断发展，国内自主研发设计的托槽也广泛地被应用于临床。然而这些托槽能否很好的行使矫治的功能，一方面要看其槽沟的设计是否有良好的角度和适宜的摩擦力；另一方面就要看其底板设计是否有粘结所需的良好的固位，从而为正畸治疗提供稳定而持久的正畸力。本实验旨在比较一种新型网状底板设计的自锁托槽与其它3种已在临床应用的不同底板设计的国产正畸金属托槽间抗剪切强度的差别，探讨托槽底板的不同设计对抗剪切强度的影响。

1材料和方法

1.1牙齿的准备：借助于10倍放大镜，挑选因正畸需要而拔除的上颌双尖牙80颗，要求牙冠颊侧表面釉质完好，且没有龋坏、缺损、隐裂并未经过充填及修复治疗者。将离体牙清洗干净，去除表面残留的软组织，使用75%酒精消毒后，储存于0.9%的生理盐水溶液中，保存在4℃冰箱内备用。

1.2托槽的选择及分组：4种不同底板设计的国产正畸金属托槽：A：传统网状底板（杭州新亚公司），底板面积为11.94mm2；B：新型自锁网状底板（哈尔滨工业大学与哈尔滨医科大学共同研制），底板面积为15.84mm2；C：华夫样底板（杭州爱丽思公司），底板面积为12.77mm2；D：燕尾状底板（杭州新亚公司），底板面积为10.39mm2（如图1）。按是否经过37℃人工唾液恒温水浴和非水浴，将其分为水浴组：A1、B1、C1、D1和非水浴组：A2、B2、C2、D2共8组，每组10个托槽。

1.3粘结托槽：离体牙被随机分为8组，所有托槽均使用相同的粘结剂及处理方法粘结于离体牙上。粘结方法如下：用高速手机去除离体牙的大部分牙根及牙髓，再用75%酒精棉球将牙面擦拭干净并吹干，35%磷酸酸蚀剂凝胶（贺利氏古莎齿科有限公司）酸蚀30s，用清水冲洗20s，压缩空气吹干。在釉质上涂底胶并用气枪吹匀，光照10s。然后，将带有一薄层粘结剂（3M公司，美国）的托槽压于牙齿唇面；用探针除去周围多余的粘结剂，每个邻接面光照10s。

1.4制备待测样本：将粘结完托槽的离体牙浸入有自凝塑料的模具中，暴露离体牙唇面釉质和托槽；并保持托槽底板水平且位于模具正中间，以保证每个样本所受的剪切力的位置和方向相同。将包埋好的A1、B1、C1、D1组样本放入37℃的人工唾液中恒温水浴24h后，取出晾干。

1.5测试样本

1.5.1粘结强度测试：将待测样本放入INSTRON电子万能材料试验机上（哈尔滨工业大学），使剪切刀刃能够与托槽底板平行， 且剪切方向和托槽槽沟垂直。刀刃以5mm/min的速度对样本施以牙合龈向的力，直到托槽被剪下，测试机自动记录下以牛顿为单位的最大剪切力值。且根据托槽底板面积，仪器自动计算出以兆帕为单位的抗剪切强度（SBS）。

1.5.2粘结剂残留指数(ARI)的统计：用10倍的显微镜观察托槽，并根据托槽脱落后残留于釉质上的树脂材料的量来确立粘结剂断裂的部位并进行ARI评分。0分：牙面上无残留粘结剂；1分：牙面上有粘结剂残留，但不到粘结面积的一半；2分：牙面上有粘结剂残留，但大于粘结面积的一半；3分：所有粘结剂残留在牙面上，且粘结剂表面有托槽底板的压痕。

1.6统计学分析：连续型变量服从正态分布，采用x±s，不满足正态分布采用中位数及四分卫间距表示；连续型变量不同材料组间分析，根据是否满足方差分析的条件，采用非参数Kruskal-Wallis检验；任意两组间的比较采用Mann-Whitney检验；4种材料水浴组及非水浴组间的比较，采用配对t检验。所有数据采用SPSS13.0统计软件处理，双侧检验，α=0.05为检验水准，P＜0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1比较水浴组中4种托槽的SBS：水浴组中4种托槽的SBS差异具有显著性（P＜0.001）。经Mann-Whitney检验可见，A1组的SBS与B1组比较不具有显著性差异（P=0.212）；但C1、D1组的SBS均高于A1、B1，且差异具有显著性（P＜0.01）；C1组与D1组的SBS差异不具有显著性（P=0.29），见表1。

2.2比较非水浴组中4种托槽的SBS：非水浴组中4组托槽的SBS差异具有显著性（P＜0.001）。经Mann-Whitney检验可见，B2、C2、D2组的SBS均显著高于A2组，且差异具有显著性（P≤0.001）；C2组的SBS高于B2、D2组的压强，且差异具有显著性（P＜0.001），但D2组的SBS与B2组的压强差异不具有统计学意义（P=0.597），见表2。

2.3 水浴组与非水浴组间SBS的比较：比较4种托槽经37℃的人工唾液恒温水浴前后SBS，其中只有B、C两种托槽有差异（P＜0.01），水浴组的SBS明显低于非水浴组(如图2)。2.4粘结剂残留指数(ARI)计分情况见表3。

3讨论

金属托槽的粘结力主要依靠托槽底板-粘结剂-釉质间的机械连接来获得。而金属托槽的不同底板设计会直接影响粘结剂浸入底板与之形成的机械嵌合力；从而影响粘结力。不良的底板设计会导致粘结力过低，产生粘结失败，以致影响矫治的效果。已有学者对托槽底板不同形态与粘结剂间的粘结力进行过研究，得出有较大波动范围的结果[1-3]。

自锁托槽改变了传统的结扎方式，从而大大降低摩擦力。在矫治过程中使用轻力，使得在临床应用中，较传统托槽脱落的机会减低了[4]。本实验对托槽所能承受的最大抗剪切强度进行研究，不能完全模拟其临床实际应用。

金属托槽底板存在很多类型，可将它们分为两种类型（焊接底板和整体底板）：①金属底板被焊接在托槽体上-本实验所选的A传统网状底板、B新型自锁网状底板均属于焊接底板；②底板和托槽其余部分是一个整体-C华夫样底板、D燕尾状底板属于整体底板托槽。

本实验测得的SBS在非水浴组中B2明显大于A2，且差异具有统计学意义（P＜0.001）。之前的研究表明底板面积可以影响抗剪切强度，托槽底板面积增加，其承载抗剪切的能力也会相应的增加[5-6]。托槽B的底板面积大于A，且B的网孔面积略大于A（如图1）。这与Wang等[7]先前的研究结果相同，网孔面积大的托槽粘结强度越大。

水浴与非水浴组中托槽C、D的SBS均明显高于A；且在水浴组中亦均明显高于B，差异具有显著性（P＜0.01）。C、D的底板设计表现为有较为开放的倒凹，这样的设计更能有效且完全使粘结剂渗入，因此显著的增加了粘结强度[8]（如图1）。4种托槽水浴前后SBS比较，其中只有B、C两种托槽有差异（P＜0.01），水浴组的SBS明显低于非水浴组。这可能是由于托槽B、C的底板面积较大，使用粘结剂的量较其他两种托槽多，经水浴处理后粘结剂收缩较多，从而降低了粘结强度。

实验各组的抗剪切强度表明，4种底板设计的托槽均能提供满足正畸需求的可靠的粘结力水平（6～8MPa）[9]，且在治疗过程中具有足够抗剪切强度的粘结力。并且在去除托槽的过程中亦不致破坏釉质表面的完整性。以往的报道也发现,焊接的网状底板托槽的网状底板很易脱落于牙面上[10]，但本实验并未发现此现象，说明网状底板焊接技术已经提高，完全能满足临床的需要。

再者，ARI计分水浴与非水浴组中托槽C、D均明显低于A，且D明显低于B。非水浴组中D2明显低于C2，且B2明显低于A2，差异具有显著性。ARI计分越低表明托槽的粘结性能越好。同时，ARI指数还可说明断裂部位，断裂一般分3种类型，即发生在粘结剂体内的聚合断裂，发生在粘结剂-托槽底板或釉质-粘结剂界面的粘结断裂和混合断裂。所有托槽中，绝大部分为混合断裂。表明托槽底板的粘结性能良好，各组托槽底板的槽沟网格都能使粘结剂渗入，达到机械嵌合，为托槽提供稳定的抗剪切力以抵抗正畸力。

[参考文献]

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[4]孙海燕，李 霞，李齐宏，等.主动自锁托槽与传统直丝托槽的临床应用对比分析[J].中国美容医学，2011，20(11)：1793-1795.

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[7]Wang WN,Li CH,Chou TH,et al.Bond strength of various bracket base designs[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2004,125(1):65-70.

[8]Seema K.Sharma-Sayal,P.Emile Rossouw,Gajanan V.Kulkarni,et al.The influence of orthodontic bracket base design on shear bond strength[J].Am J Orthod,2003,124:74-82.

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[10]缪耀强.正畸托槽脱落原因分析[J].口腔正畸学杂志,1994,1(1):22.

[收稿日期]2011-12-02 [修回日期]2012-02-20

编辑/何志斌