掺钾纳米羟基磷灰石脱敏材料对ZPCC与牙本质粘结强度的影响

张艺君 , 尹 路, 张 翼

(福建 厦门: 1.厦门市仙岳医院口腔科, 361012; 2.厦门市口腔医院修复科, 361003；3.解放军第一七四医院口腔科, 361003)

掺钾纳米羟基磷灰石脱敏材料对ZPCC与牙本质粘结强度的影响

张艺君1, 尹 路2, 张 翼3

(福建 厦门: 1.厦门市仙岳医院口腔科, 361012; 2.厦门市口腔医院修复科, 361003；3.解放军第一七四医院口腔科, 361003)

目的: 观察牙本质表面涂覆掺钾纳米羟基磷灰石(HA)糊剂后其表面接触角的变化，并研究其对聚羧酸锌水门汀(ZPCC)与牙本质粘结强度的影响。方法：将40个牙本质样本随机分为A、B、C、D 4组(n=10)，其中A组不作任何处理用于对照，B、C、D组分别在其粘结面涂覆纳米羟基磷灰石糊剂(nHA)、掺钾纳米羟基磷灰石糊剂(K-nHA)、Gluma脱敏剂，并分别测量各组牙本质表面接触角的变化；然后用ZPCC将直径为4 mm的纯钛块分别粘结于各组样本的粘结面，并用万能实验机测量试件ZPCC与牙本质的粘结强度。结果: 牙本质表面经不同处理后，其表面的接触角由高到低依次为：对照组>Gluma组>nHA组>K-nHA组，各组间两两相比均有统计学差异(P<0.05)；各组剪切粘结强度、断裂模式数据两两相比，均无显著性差异(P>0.05)。结论：nHA、K-nHA、Gluma脱敏剂对ZPCC的粘结效果均无不良影响。

羟基磷灰石(HA); 表面能; 接触角; 剪切强度; 断裂模式

[DOI] 10.15956/j.cnki.chin.j.conserv.dent.2015.10.005

[Chinese Journal of Conservative Dentistry,2015,25(10): 596]

临床上进行固定义齿修复时，常需要磨除活髓基牙的牙体组织，会造成牙本质小管的急性暴露而导致牙本质敏感，给患者带来极大痛苦，甚至会引发牙髓炎而最终导致修复失败。有研究认为，脱敏剂能通过封闭牙本质小管而减轻牙本质敏感症状、减少牙髓病变的发生，已成为临床治疗牙本质敏感的优先选择[1-2]。但脱敏剂中的一些成分能与牙本质发生反应, 这些反应将直接影响水门汀粘结剂的特征[3]，从而影响到全冠的固位。

羟基磷灰石[hydroxyapatite，HA，分子式为Ca10(PO4)6(OH)2]是人体骨骼和牙齿的主要组成部分，人工合成的羟基磷灰石是公认的安全无毒的生物材料。有报道指出， 纳米羟基磷灰石(nHA)和掺钾纳米羟基磷灰石(K- nHA)均可有效地封闭牙本质小管[4-6]，是一种应用前景广阔的生物材料。但其是否会影响冠修复体与牙本质表面的粘结强度的研究报道尚不多见。本实验观察比较了K- nHA、nHA、Gluma 3种脱敏剂对ZPCC与牙本质粘结强度的影响，以评价K- nHA用于治疗基牙预备后牙本质敏感的可行性。

1 材料和方法

1.1 主要仪器和材料

K-nHA、nHA(厦门大学材料学院提供)；Gluma脱敏剂(贺利氏，德国)；ZPCC(松风，日本)；钻铬合金(GIRRBACH，德国)；义齿基托树脂(II型，自凝)(上海新世纪齿科)；硅橡胶印模材料(登士柏，德国)；车针(MICRODONT，美国)；牙科高速手机(西诺AD-4型)(咸阳西北医疗器械)；1.5 mm基托蜡片(上海齿科材料)；体视显微镜、显微图像分析系统(MF600D-TFBD)(nikon，日本)；慢速金刚石切割机(SYJ-150)(沈阳科晶)；万能试验机(Zwick/RoellZ1.0，德国)；数控雕铣机(DT-400)、CP-104超声清洗机(CEIA，意大利)；HH系列恒温水浴锅(江苏金坛中大)；场发射扫描电子显微镜(hitachi su-70，日本)；接触角测量仪 (DSA100)(克吕氏, 德国)。

1.2 离体牙收集

临床收集因阻生或正畸治疗需要而拔除的牙体完整、无龋损、无隐裂的第三磨牙40个，去除其表面软组织和附着物后，置于蒸馏水中-20 ℃保存备用[7-8]，保存时间不超过2个月。

1.3 纯钛块的制作

使用数控雕铣机按标准程序分别切取并制作成直径为4 mm、高为3 mm的纯钛金属柱块，其粘结面用20～50 μm的Al2O3在4.5 Pa压力下进行喷砂20 s[9]后，超声清洗10 s，气枪吹干备用。

1.4 牙本质模型的制备及分组处理

1.4.1 牙本质粘结面的制备

取上述收集的40个第三磨牙,用慢速切割机于牙尖下4 mm处垂直于牙体长轴去除其咬合面釉质后，依次用320、400、600目的碳化硅水磨砂纸将暴露的牙本质表面打磨至平滑；体视显微镜观察确认各样本表面均无釉质残留后，蒸馏水超声清洗15 min，将碎屑清理干净。然后根据万能试验机测试头的要求，用自凝塑料包埋各样本的牙体部分，并制作成20 mm×15 mm×10 mm的长方体底座，同时使底座的纵轴与咬合方粘结面垂直，粘结面高出底座约1 mm。

1.4.2 分组处理

取上述制备的40个牙本质粘结面样本，分别用0.5 mol/L的EDTA(pH=7.4)处理1 min[10]后，水枪冲洗干净、750 mL/L乙醇消毒后并吹干；然后将其随机分为A、B、C、D 4组(n=10)。A组：粘结面不做任何处理，用于空白对照；B组：粘结面用nHA进行处理；C组：粘结面用K- nHA进行处理；D组：粘结面用Gluma脱敏剂进行处理，各组具体处理见表1。处理结束后，立即用保鲜膜覆盖涂布区，并用蜡片包埋牙本质表面；边缘用指甲油封闭后，置于37 ℃水浴条件下保存7 d。1周后去除样本表面的蜡片和保鲜膜，分别进行以下检测。

表1 4组牙本质粘结面的处理方式

1.5 各组牙本质表面接触角的观察

取上述分组处理后的所有牙本质粘结面样本，用表面接触角分析仪分别测量0.5 μL水滴在各样本表面的接触角大小，每个样本各随机测量3个不同区域，并取其平均值。所有测量均在室温(25±1)℃、湿度为(37±3)% 的条件下进行。

1.6 各组ZPCC牙本质粘结强度的观察

1.6.1 粘结试件的制备

取上述测量后的各组牙本质样本，冲洗并吹干其粘结面后，用ZPCC(按说明书的粉液比例进行调拌，并 3 min内完成操作)将直径4 mm的纯钛块分别粘结于各样本的牙本质表面；指压5 min待粘结剂凝固时，去除周围多余的粘结剂，室温静置30 min后，置于37 ℃恒温水浴中浸泡24 h备用。

1.6.2 剪切粘结强度的测定

将各粘结试件分别固定于万能试验机的平口夹具上，同时将合适的加载头紧邻粘结端，并使其加载方向与牙本质面平行(图1)。然后在剪切速度为0.5 mm/min加载条件下测定纯钛块脱落时的最大剪切力(F，单位为N)，并按以下公式计算各试件的剪切粘结强度(SBS，单位为MPa): SBS=F/S, 其中S为粘结面积(单位为mm2)。

粘结好的牙本质样本 万能试验机及加载方向

图1 剪切粘结强度测试示意图

1.6.3 粘结断面破坏形式的观察及能谱分析

纯钛块从牙离断后，分别用体视显微镜(×25)观察其粘结面的断裂形式，并参照Wolfart等[11]报道的分类标准进行分类, Ⅰ类：粘结剂主要残留在牙体上(>75%)；Ⅱ类：牙体、钛块上都有粘结剂残留(25%～75%)； Ⅲ类：粘结剂主要残留在钛块

上(>75%)；Ⅳ类：牙体断裂而钛块未与牙体分离。然后，分别从每组中各选择1个离断类型为Ⅱ类的样本，并用慢速切割机从其表面各切取厚度为1 mm的牙本质薄片。所取牙本质片在室温下干燥24 h后，真空离子溅射仪喷金镀膜，分别置于场发射扫描电镜(FE- SEM)下放大5 000倍观察各样本粘结面的牙本质小管情况，同时用能谱分析仪分析牙本质小管内的元素成分。

1.7 统计学分析

2 结果

2.1 各组牙本质表面接触角测量结果

牙本质粘结面经不同脱敏剂处理后，其表面接触角由高到低依次为：A组>D组(Gluma组)>B组(nHA组)>C组(K- nHA组)；各组间两两相比差异均有统计学意义(P<0.05)(表2、图2)。

表2 各组牙本质表面的接触角比较 ±s)

不同字母组间P<0.05

图2 不同处理组的牙本质表面接触角

2.2 剪切粘结强度测试结果

2.2.1 各组剪切粘结强度比较

剪切粘结强度测试结果如表3所示，经单因素方差分析，各组间差异均无统计学意义(P>0.05)。

2.2.2 各组断裂面破坏模式比较

纯钛块从牙体离断后，体视显微镜观察显示，各组试件均未在被粘体的内部发生破坏(Ⅳ类破坏)，主要以Ⅰ类为主，Ⅱ类次之，Ⅲ类最少；各组各

类断裂模式两两相比，均无统计学差异(P>0.05)(图3、表4)。

表3 各组粘结试件的剪切粘结强度比较 ±s)

图3 各类破坏断面

表4 各组粘结试件断裂模式比较 (个)

2.2.3 各组断裂面扫描电镜观察结果

扫描电镜(×5 000)观察结果显示，空白对照组：牙本质小管部分呈开放状态，其余部分小管虽被堵塞，但堵塞均不完全，堵塞物周边可见缝隙(图4a)；nHA组：几乎所有牙本质小管内均有堵塞物，且大部分呈完全封闭，仅有少数小管周边可见缝隙(图4b)；K- nHA组：所有牙本质小管均被完全堵塞，且边缘不清，小管与周边结构无明显界限(图4c)；Gluma组：几乎所有牙本质小管均呈不完全堵塞状态，小管周边可见缝隙(图4d)。

2.2.4 各组断裂面牙本质堵塞物的能谱分析

用能谱仪分别对图4中的彩色边框区域进行元素分析显示，各组小管内阻塞物的主要元素均为Ca、P、C、O 、Zn等成分；除此之外，在K- nHA组的小管内还同时检测到了K元素，nHA组的小管内还同时检测到了Na元素(图5)。

a.空白对照组b.nHA组c.K-nHA组d.Gluma组

图4 各处理组断裂面扫描电镜观察结果(×5 000)

图5 各组断裂面牙本质小管堵塞物的能谱分析结果

3 讨论

固定义齿修复是牙齿缺失后最常见的修复方式，并被广泛用于临床，但由于其需要大量磨除健康基牙的牙体组织，从而增加了基牙在术后发生牙本质敏感的可能性[12], 严重时还有可能导致基牙发生牙髓病变。有报道[13-14]指出：细菌能进入预备后暴露的牙本质小管中，从而引起牙髓组织的炎症反应。另外，备牙过程中摩擦产热的刺激，取模过程中物理、化学的刺激，自凝塑料聚合产热的刺激等都增加了牙本质敏感发生的可能性。因此有学者认为，牙体制备后可通过脱敏剂的使用以减轻牙本质敏感的症状、预防牙髓病变的发生[1-2]。但另有报道指出[3]，脱敏剂的一些成分能与牙本质发生反应，这些反应将直接影响水门汀的粘结特征。

粘结是一个较复杂的物理、化学过程[15]，其粘结强度的大小取决于被粘物和粘结剂表面的结构及状态，且与粘结过程的工艺条件如临床操作时间等有关。影响粘结强度的因素主要有①粘结面的处理:粘结面的预处理能直接影响粘结效果，包括酸蚀、清洁、干燥等；②粘结面积:固位力=粘结面积×粘结强度；③粘结剂的厚度；④粘结材料的种类:有机树脂类的粘结力明显大于无机类的粘结剂；⑤粘结修复体边缘的封闭性:良好的边缘封闭性可防止细菌、唾液的侵蚀与渗漏，使之能保持长久的粘结效果；⑥脱敏剂的种类：脱敏剂的使用有可能改变粘结界面状况，从而影响其粘结强度。

剪切强度测试方法是当前应用最广泛并且能有效检测粘结强度的手段，其具有操作简便、破坏方式与临床修复界面破坏相似性等特点，被认为最能代表口腔的咀嚼情况[16]。因此，本实验采用测定剪切力的方法来衡量粘结力的大小。体外实验中各样本间需要统一标准，要求粘结面应具有相同的大小。美国牙科医学会(ADA)在其产品综述中要求所有的粘结材料都必须用直径为4 mm的粘结面进行测试，以方便比较不同产品之间的性能[17]。因此, 本实验采用直径为4 mm的纯钛块与牙本质粘结, 且各组试样的粘结面积均相同, 从而使测试结果更能精确的反映ZPCC与不同脱敏剂组合应用后的粘结强度变化。

ZPCC与其他粘结剂相比，在粘结过程中所溶出的酸相对较少，其中-COOH基团的离解常数小、分子链长、移动性较差，不易渗入牙本质小管，因而对牙龈及牙髓的刺激性很轻，故临床多用于活髓牙烤瓷冠的粘结修复[18]。ZPCC的粘结机制是:①与修复体和牙体组织间形成机械嵌合力；②未反应的羟基离子键与牙齿中的钙络合而产生粘结力；③已离解的COO-可与牙齿中的Ca2+产生异性离子吸引力；④羟基离子键以氢键与胶原结合[23]。可见Ca2+在ZPCC与牙体组织的粘结中有重要的作用。

润湿性是材料表面性质的一个重要体现，能反应材料亲水或疏水的性能。而在固-气-液汇合点测量接触角是一种研究固体表面润湿性(Wettability)的重要技术[19]。本结果显示，在牙本质表面涂布3种脱敏材料后，其表面接触角值均明显低于对照组。接触角越小，其表面能越大，越容易润湿；说明3种脱敏材料均可增高牙本质的表面能，使之具有更好的亲水性和润湿性。

被粘修复体与牙本质离断后的表面形态，能够提供粘结失败发生时所处的界面，从而反映粘结材料对牙体粘结的特点，及其粘结性能产生的机制。从本实验中的断裂类型可以看出，粘结剂的残留物都主要集中在牙本质面上，4组间两两相比，均无显著性差异(P>0.05)。剪切强度测试结果与断裂模式结果一致，即4组的剪切粘结强度两两相比，差异均无统计学意义(P>0.05)。

牙本质小管内堵塞物的能谱分析结果显示，各组阻塞物的主要元素均为Ca、P、C、O、Zn等成分，说明ZPCC在小管内均有不同程度的残留；此外，在K- nHA、nHA组的小管内还分别检测到K、Na元素。

nHA组小管内可测到Na+和Zn+，说明断裂后的小管内仍有nHA和少量ZPCC残留，而纯钛块断裂后还可见大部分小管内均有堵塞物，说明nHA因其纳米尺寸较小[20]，较易进入小管内部，从而有效封闭牙本质小管[4-6]，但同时也降低了ZPCC的机械嵌合力；其次，由于nHA的表面润湿性较好，且具有较多的表面活性中心，能使牙本质和ZPCC的表面均具有较好的粘附力；再者，nHA溶解度较HA大[21],容易释放钙、磷离子而促进再矿化，但ZPCC更易与矿化度较高的牙体表面发生化学反应而增强固位[22]。廖红兵等[23]报道，将nHA作为填料与TF正畸粘结剂复合后，也可提高正畸托槽的粘结强度。以上结果说明，nHA涂布于牙本质表面后，不仅得到良好的封闭效果，同时还能提高其剪切粘结强度。

K- nHA组几乎所有的牙本质小管均被完全堵塞，且边缘不清；元素成分分析显示，小管表面含有K+和Zn+,说明断裂后牙本质表面仍有K- nHA和ZPCC残留。其原因可能是：①K- nHA处理后，由于碳酸根的引入而使其具有较大的表面积和有效的表面活性[24]，加之其表面形貌为多孔的界面，可使牙本质表面的粗糙度增加，从而与ZPCC产生良好的机械嵌合力；②K- nHA为强亲水性材料，且表面能高、润湿性好，能提高ZPCC的粘结强度；③由于K- nHA直径比nHA更小，更易进入小管内[25]，与牙本质也有较好的结合作用。

Gluma组几乎所有牙本质小管均为不完全堵塞，小管周边可见明显缝隙。其可能原因是：①Gluma中的聚甲基丙稀酸羟乙酯(HEMA)为亲水基团，能通过与牙本质胶原结合而提高牙本质基质的润湿性，从而使ZPCC更易扩散[26]，但与nHA、K-nHA组相比，其表面能明显降低，虽有增加牙本质与ZPCC粘结力的趋势，但增加的程度低于nHA、K- nHA组；②Gluma中的另一成分戊二醛能使牙本质小管内的蛋白发生变性、产生沉淀[27], 加之HEMA能与牙本质表面的胶原及Ca2+结合[26]，从而导致ZPCC丧失了部分机械嵌合力和化学结合力。

通过本实验结果可以看出，K- nHA是一种具有良好亲水性能的新型脱敏材料，其对ZPCC与牙本质的剪切粘结强度无不良影响，可用于冠修复过程中出现牙本质敏感的患牙。但由于本实验仅观察了3种脱敏剂处理后即刻粘结试件的短期(24 h后)剪切粘结情况，而粘结后远期的脱敏效果及其对ZPCC耐久性影响等还有待进一步研究。

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The effects of potassium nano-hydroxyapatite on the bonding strength between ZPCC and dentine

ZHANG Yi-jun*, YIN Lu, ZHANG Yi

(*XiamenXianyueHospital,Xiamen361012,China)

AIM: To observe the changes of surface contact angle of tooth surface after application of potassium mixed nano-hydroxyapatite(nHA), and to study its effect of bonding strength between zinc polycarbonoxylate cement (ZPCC) and the enamel. METHODS: The surfaces 40 dentine samples were treated by nHA, potassium mixed nHA(K- nHA) and Gluma desensitizer (Gluma) respectively(n=10). The contact angle on the dentinal surface was measured. Titanium metal blocks were then bonded to pretreated tooth surfaces, the shear strength was measured by universal test machine. RESULTS：The contact angle of dentin surface was in the following order: control>Gluma group>nHA group>K- nHA group (P<0.05). The shear strength was stronger in experimental groups but with no statistical difference (P>0.05). Fracture mode data did not show statistically significant difference among groups(P>0.05). CONCLUSION：nHA, K-nHA, Gluma desensitizer has no negative impacts on the bond strength of ZPCC.

hydroxyapatite(HA); surface energy; contact angle; shear bond strength; fracture mode

2015-03-12;

2015-08-02

厦门市科技计划指导项目(3502Z20139007)

张艺君(1983-)，女，汉族，福建惠安人。硕士，主治医师

张 翼, E-mail: zhangyi9732@sina.com

R783.1

A

1005-2593(2015)10-0596-06

福建卫生厅青年创新课题(2013-2-105)