氯离子对两种钴铬合金修复体离子析出行为的影响

李莉 连文伟

（1江西省萍乡市第四人民医院口腔科 萍乡337000；2南昌大学附属口腔医院 江西南昌330006）

口腔是一个复杂的微生态环境，唾液是一种良好的电解质溶液，合金修复体长期在口腔中与唾液接触会发生电化学反应而析出金属离子，而金属离子的析出与合金的腐蚀密切相关。由于个体饮食习惯的差别，口腔唾液中氯离子的浓度也有差异，尤其在一些有高盐饮食习惯地区的人们口腔中氯化钠浓度水平较高。氯离子浓度增高时可对金属材料的腐蚀造成很大影响[1]。激光快速成形技术（laser rapid forming technology，LRF）是一种发展快速的新型金属加工技术，避免了传统铸造技术步骤繁琐、加工周期长、易吸入杂质元素等缺点，可显著提高口腔金属修复体制作的效率和材料的性能[2]。钴铬合金生物相容性较镍铬合金更好，且机械性能优良、价格适中，在临床上得到了广泛的应用。目前主要有两种加工方式：即使用激光快速成形技术制备的钴铬合金和使用铸造技术制作的钴铬合金。本实验主要研究在不同氯离子浓度的人工唾液中，对铸造Co-Cr合金和LRF Co-Cr合金试件中的钴、铬离子析出行为进行研究和对比，进而评价这两种Co-Cr合金的抗腐蚀性能。现报道如下：

1 材料和方法

1.1 材料与仪器 钴铬合金：两种钴铬合金试件均使用德国BEGO公司生产的钴铬合金配比，成分如下：Co：61%，Cr：26%，Mo：6%，W：5%，Si：1%，Fe 0.5%，Ce：小于1%；激光快速成形系统（广东鹍鹏义齿加工厂提供）；电感耦合等离子质谱仪（珀金埃尔默Optima 5300 DV，美国珀金埃尔默股份有限公司）；电热恒温水浴箱（HWS12型，上海一恒科技有限公司）；人工唾液。

1.2 试件的制备和处理 委托广东鹍鹏义齿加工厂，使用激光快速成形技术并参照德国BEGO公司生产的钴铬合金组成成分及配比，制造10 mm×1 mm×2 mm的钴铬合金试件24块。再使用铸造的方法制备同种成分及组成的钴铬合金试件24块，规格为10 mm×10 mm×2 mm。单个试件表面积为2.8 cm2。将所有试件依次用 180、320、400、800、1 000目的耐水砂纸打磨后再用金相砂纸打磨并抛光，将试件用丙酮和乙醇进行脱脂、消毒，蒸馏水超声清洗5 min后放入恒温培养箱中干燥，自然冷却后备用。

1.3 配制人工唾液 腐蚀介质为人工唾液，配方采用ISO/TR10271标准，成分如下：NaCl 0.4 g/L、KCl 0.4 g/L、CaCl2·2H2O 0.795 g/L、NaH2PO4·2H2O 0.78 g/L、Na2S·2H2O 0.005 g/L、尿素 l g/L，加蒸馏水定容至1 L。用NaCl将人工唾液分别调整为0.9%、2.0%和3.0%三种不同氯浓度的腐蚀溶液，pH值均为6.8。所用试剂均为国产分析纯试剂（天津市风船化学试剂科技有限公司）。将配制好的腐蚀溶液高压消毒后保存。

1.4 离子析出实验 使用医用尼龙缝线将准备好的试件悬挂后放入带盖的无菌容量小瓶中，每瓶1件，试件不与容量瓶接触，每瓶中分别加入0.9%、2.0%及3.0%氯化钠浓度的人工唾液各5 ml，使试件完全浸泡在腐蚀溶液中，进行静态浸泡。合金试件表面积与浸提液体积比为0.56 cm2/ml（国际标准化组织相关实验的试件表面积与析出实验所在介质之比规定为0.5～6 cm2/ml）。再准备8个无菌容量小瓶，每瓶各加入0.9%氯离子浓度的人工唾液5 ml作为阴性对照组。将容量瓶编号并密封后放于37℃恒温箱内，进行各种设定条件下的钴、铬离子析出实验。

1.5 合金浸提液的检测 于试件浸泡后第7、14、21、28、35、42、49、56 天时分别取出瓶内合金试件，将浸提液密封后待测。所有合金浸提液样品及对照组样品均采用电感耦合等离子质谱仪（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS） 检测其中的钴、铬离子析出浓度，每个样品测量3次，取平均值。将样品中的离子浓度减去阴性对照组中相应的钴、铬离子浓度，所得的差值即为样品中该金属离子实际析出的量，检测标准液来自国家标准物质中心。

1.6 统计学分析 将样品中的离子析出浓度除以浸泡比例（0.56 cm2/ml）即得到每平方厘米表面积的钴铬合金表面的钴、铬离子析出量。对2种合金在不同氯浓度人工唾液中的离子析出量应用SPSS15.0软件进行单因素方差分析。

2 结果

2.1 钴离子析出量 见表1。

2.2 铬离子析出量 见表2。

表1 不同氯浓度人工唾液中的钴离子析出量（μg/cm2，±s）

表1 不同氯浓度人工唾液中的钴离子析出量（μg/cm2，±s）

注：与 0.9%NaCl组相比，*P＜0.05；与 2.0%NaCl组相比，#P＜0.05；与 LRF 钴铬合金＋2.0%NaCl组相比，△P＜0.05；与 LRF 钴铬合金＋3.0%NaCl组相比，★P＜0.05；与第7天钴离子析出量相比，▼P＜0.05。

时间 LRF+0.9%氯离子 LRF+2.0%氯离子 LRF+3.0%氯离子 铸造+0.9%氯离子 铸造+2.0%氯离子 铸造+3.0%氯离子7 d 14 d 21d 28 d 35 d 42 d 49 d 56 d 0.038 0±0.000 6 0.054 3±0.001 2 0.077 1±0.001 1 0.108 9±0.001 9▼0.107 5±0.001 6 0.106 1±0.002 1 0.105 5±0.001 8 0.104 5±0.001 6 0.040 2±0.000 6 0.057 7±0.001 1 0.082 3±0.001 6 0.115 9±0.002 5▼0.114 6±0.002 6 0.113 9±0.001 8 0.113 2±0.002 0 0.112 3±0.001 9 0.072 5±0.001 2*#0.107 5±0.001 6*#0.152 1±0.002 2*#0.215 7±0.003 1*#▼0.214 5±0.003 5*#0.213 4±0.003 2*#0.212 9±0.003 0*#0.211 3±0.003 0*#0.042 0±0.000 7 0.061 4±0.001 2 0.087 0±0.001 2 0.123 6±0.002 5▼0.122 9±0.001 9 0.121 8±0.001 8 0.120 7±0.001 8 0.119 8±0.002 0 0.057 3±0.000 8△0.084 5±0.001 1△0.120 7±0.002 3△0.167 9±0.002 8△▼0.166 8±0.002 4△0.166 1±0.002 4△0.164 8±0.002 5△0.165 2±0.002 6△0.129 3±0.001 8*#★0.184 3±0.002 6*#★0.256 4±0.004 0*#★0.337 9±0.004 3*#★▼0.337 3±0.004 1*#★0.337 5±0.005 0*#★0.336 1±0.004 1*#★0.334 1±0.004 2*#★

表2 不同氯浓度人工唾液中的铬离子析出量（μg/cm2，±s）

表2 不同氯浓度人工唾液中的铬离子析出量（μg/cm2，±s）

注：与 0.9%NaCl组相比，*P＜0.05；与 2.0%NaCl组相比，#P＜0.05；与 LRF 钴铬合金＋2.0%NaCl组相比，△P＜0.05；与 LRF 钴铬合金＋3.0%NaCl组相比，★P＜0.05；与第7天铬离子析出量相比，▼P＜0.05。

时间 LRF+0.9%氯离子 LRF+2.0%氯离子 LRF+3.0%氯离子 铸造+0.9%氯离子 铸造+2.0%氯离子 铸造+3.0%氯离子7 d 14 d 21d 28 d 35 d 42 d 49 d 56 d 0.002 3±0.000 1 0.003 2±0.000 1 0.004 6±0.000 2 0.006 4±0.000 2▼0.006 3±0.000 2 0.005 9±0.000 2 0.005 5±0.000 1 0.005 4±0.000 2 0.002 5±0.000 1 0.003 6±0.000 1 0.005 0±0.000 3 0.007 0±0.000 2▼0.006 6±0.000 3 0.006 4±0.000 2 0.006 3±0.000 2 0.005 9±0.000 3 0.004 6±0.000 2*#0.006 8±0.000 2*#0.009 6±0.000 4*#0.013 8±0.000 6*#▼0.013 4±0.000 4*#0.013 0±0.000 4*#0.012 7±0.000 5*#0.012 3±0.000 5*#0.002 7±0.000 1 0.003 9±0.000 1 0.005 7±0.000 2 0.008 0±0.000 3▼0.007 5±0.000 2 0.007 3±0.000 3 0.007 1±0.000 2 0.007 0±0.000 2 0.003 6±0.000 1△0.005 2±0.000 2△0.007 3±0.000 2△0.010 2±0.000 3△▼0.009 8±0.000 3△0.009 5±0.000 3△0.009 1±0.000 4△0.008 9±0.000 3△0.007 5±0.000 4*#★0.011 6±0.000 3*#★0.015 9±0.000 7*#★0.022 7±0.001 2*#★▼0.022 3±0.000 8*#★0.022 1±0.000 6*#★0.021 8±0.000 7*#★0.022 0±0.000 7*#★

2.3 分析 同种方法成形的试件，随着氯离子浓度升高，样本中的钴、铬离子析出浓度也增高，表1和表2显示，当氯化钠浓度升高到3.0%时，两种合金试件中的钴、铬离子析出量增加，与0.9%和2.0%氯化钠浓度的离子析出量相比，离子浓度差异有统计学意义（P＜0.05）。在氯离子浓度相同的人工唾液中，LRF Co-Cr合金中的钴、铬离子析出量均低于铸造Co-Cr合金，当氯离子浓度为2.0%和3.0%时的各个时间点上，LRF Co-Cr合金中的钴、铬离子析出量均低于铸造Co-Cr合金，两者的离子浓度差异有统计学意义（P＜0.05）；当氯离子浓度为0.9%时两者的离子浓度差异无统计学意义（P＞0.05）。随着时间的延长（前4周），钴、铬离子析出量逐渐增加，差异有统计学意义（P＜0.05）。

3 讨论

口腔是一个动态的环境，唾液是稀电解质，合金修复体长期在口腔中与唾液接触会发生腐蚀并析出金属离子，引起机体产生不良的生物反应，产生组织细胞损害甚至造成过敏、致癌等严重后果[3]。口腔内合金修复体释放的金属离子可使牙龈和牙周出现局部组织不良反应，金属离子析出的量与机体的反应程度呈正相关[4]。因此，通过研究合金中的金属元素析出行为可反应合金的抗腐蚀性能。

氯在我们日常饮食中广泛存在，由于个人饮食喜好的不同，口腔唾液中的氯离子浓度也有差别。在嗜好咸食的人群中，其口腔唾液中的氯离子浓度经常会高于常人。有人统计了各种烹饪食品中的含盐量可从0.8%～7.2%不等，其中的菜肴类食品含盐量可达到1.5%～2.0%[5]。由于氯离子是一种半径小、活性强的卤素阴离子，能置换金属表面的氧原子，与金属离子结合后形成可溶性氯化物，使金属表面的钝化膜发生局部溶解，加快金属的腐蚀。在一定范围内氯化钠浓度越高，金属的腐蚀越严重。

因此本试验选择了在人工唾液中氯化钠的浓度由正常的0.9%升高到2%和3%（接近海水的浓度）的条件下，采用ICP-MS检测铸造Co-Cr合金和LRF Co-Cr合金在这3种不同氯离子浓度人工唾液中的钴、铬离子析出量。从实验的结果分析来看，两种钴铬合金在0.9%氯化钠浓度的人工唾液中都表现出较低水平的溶出；当氯化钠浓度上升到2%时，2种钴铬合金的离子析出量都增加，铸造Co-Cr合金离子溶出量约为LRF Co-Cr合金的1.4倍；当氯化钠浓度上升到3%时，2种钴铬合金的离子析出量都显著增加，特别是铸造Co-Cr合金，其中的钴、铬离子析出量比0.9%氯化钠浓度时的金属离子析出量高了约3倍。可见，铸造Co-Cr合金在高氯环境中较LRF Co-Cr合金更容易发生腐蚀而析出金属离子。

有学者报道使用激光快速成形技术制备的镍铬烤瓷合金试件在pH值相同（pH为6.8和3）的人工唾液中，其离子溶出量均比使用同种成分及组成的铸造镍铬合金试件更低[6]。分析其原因，可能是由于两种合金的制造工艺不同，其微观组织结构也不同。铸造合金在制造过程中容易产生偏析、杂质元素加入、形成气孔和残余应力等多种不易觉察的缺陷；而激光快速成形技术是一种新型的金属加工技术，在计算机的控制下通过高功率的激光将金属粉末快速熔融并凝固后可得到全密度和高精度的金属材料，合金相的结构更均一且组织性能更优越，所以利用激光快速成形技术制造的合金具有更高的电化学稳定性和抗腐蚀性能。

从表1和表2中各时间段检测的钴、铬离子浓度来看，静态浸泡的钴铬合金离子析出量在第4周时达到高峰，然后逐渐下渐，这与国外学者Wataha等[7]报道的“齿科铸造合金在戴入口腔后的2～4周内金属离子析出的速度最快，4周后其释放速度明显减慢”的结论相一致。国内学者张荣和等[8]将镍铬、钴铬和钛铬合金烤瓷冠浸泡于人工唾液中达54周，发现钛铬和钴铬合金烤瓷冠中的铬离子浓度在1～4周逐渐增加，第4周后维持较稳定水平，然后逐渐下降，也与本实验结论一致。此现象表明合金修复体在口腔中使用4周左右时其表面会逐渐形成钝化膜，减慢合金的腐蚀。

总结以上可见，通过对不同氯离子浓度人工唾液中两种钴铬合金离子析出浓度的检测和比较，可有效地分析和评价这2种合金材料的腐蚀行为和耐腐蚀性能。本实验中，在氯化钠浓度逐渐增高的人工唾液环境中，金属被腐蚀的程度也逐渐增大，但激光快速成形技术钴铬合金在高浓度氯化钠环境下的离子析出量明显低于铸造钴铬合金，表明其具有更优异的耐腐蚀性能，在临床中有更好的应用价值。

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