3种金属底板托槽喷砂处理前后粘结强度的比较及其意义

王守东，杨陆一，宁 磊，牡琦丽，闫 婧，赵雪娇，于 淼，孙淑芬

(1.吉林大学口腔医院正畸科 吉林省牙发育及颌骨重塑与再生重点实验室，吉林 长春130021； 2.吉林大学口腔医院牙体牙髓病科，吉林 长春 130021)

托槽是固定矫治中不可缺少的材料，托槽一般是通过粘附于牙齿上而发挥作用，保证托槽与牙面的牢固粘结就成为正畸科医生普遍关注的问题。临床上托槽一般分为金属托槽和陶瓷托槽2种，金属托槽由于其强度大，矫治过程中不易损坏，在临床上应用广泛。近年来，国内外的研究者为了提高金属托槽的粘结强度，在金属底板上进行多种改进，如改变金属托槽底板形态与结构、改变托槽底与托槽翼的连接方式和对托槽底板进行激光照射等[1-4]。无论如何改善托槽的粘结强度，在临床上托槽脱落的现象还是十分常见，而脱落的托槽一般需要重新进行粘结，因此，脱落的金属托槽底板上残留粘结剂的去除问题就成为正畸科医生普遍关注的问题，研究者采用喷砂和火烧等方法处理脱落托槽底板残留的底胶，都取得了比较好的效果[5-6]。但是对于不同设计底板的托槽及不同底板托槽脱落后经喷砂处理再粘结后粘结性能比较的相关研究罕见报道。本实验选取了3种托槽，即国产新亚直丝弓托槽、进口MBT直丝弓托槽和进口TOMY自锁托槽，在人工唾液的条件下，选用3M化学粘结剂进行粘结，并检测每组托槽的抗剪切力，评价其粘结性能；每种托槽脱落后采用喷砂处理的方法处理底板残留的粘结剂，并再次检测抗剪切力，评价其粘结性能。目前国内外尚无上述3种托槽及3种托槽脱落经喷砂处理后粘结强度比较的研究，本研究旨在为临床正畸治疗过程中托槽的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料和仪器 选取本院因治疗需要而拔除的上颌前磨牙60颗，患者年龄12～15岁，未经过任何牙体及修复治疗，釉质表面完好无釉质剥脱，釉质发育良好，无隐裂，无龋坏，非四环素牙，非氟斑牙。实验材料：直丝弓四翼上颌前磨牙金属托槽(杭州新亚齿科材料有限公司)，底板面积为12.19 mm2；直丝弓MBT超薄上颌前磨牙金属托槽(美国3M公司)，底板面积为9.10 mm2；直丝弓TOMY自锁上颌前磨牙金属托槽(日本TOMY公司)，底板面积为9.88 mm2。牙科用37%磷酸酸蚀剂和3M化学粘结剂(美国3M公司)，直径为0.25 mm的结扎丝，持针器，0.019×0.025不锈钢方丝。人工唾液(Bactopeptone 0.5 g、K2HPO40.035 g、KCl 1.3 g、MgCl2·6H2O 0.05 g、NaF 0.000 025 g、NaCl 10.1 g、CaCl2·2H2O 0.1 g、KH2PO40.027 g，加蒸馏水至1 000 mL，pH值为6.7～6.8)，甲基丙烯酸甲酯单体和室温固化型义齿基托树脂(上海齿科材料厂)。10倍放大镜，AG-X plus系列万能试验机(日本Shimadzu公司)，扫描电镜(EVO18公司，德国ZEISS公司)，喷砂机(德国RenfertGmbH公司)，三用恒温水槽DK-600S(上海精宏实验设备有限公司)。

1.2 试件制备 将60颗上颌前磨牙清洗后包埋于自制的自凝塑料底座中，使颊舌面外露。

1.3 初次抗剪切力及牙釉质表面粘结剂残留指数(ARI)测定 将制备好的60颗上颌前磨牙试件分为3组，每组20颗，分别用3M化学固化粘结剂粘结以下托槽，新亚托槽、MBT托槽和TOMY托槽。用75%酒精棉球擦拭离体上颌前磨牙，慢速手机加抛光膏抛光颊面，冲洗，吹干，磷酸酸蚀牙面30 s，湿棉球擦去粘结剂，气枪吹干10 s。在酸蚀牙面的位置处涂布粘结剂液剂，在托槽底板处先涂布粘结剂液剂，之后涂布糊剂，将托槽安放在牙面正确位置后用探针轻轻施压，并去除托槽周围的多余粘结剂。3组均按照此方式进行，所有操作均由同一名正畸科医生在自然光条件下完成。粘结完成10 min后放置于人工唾液的水浴箱水浴24 h。室温条件下，用不锈钢丝制备好的三角形试件顶端缠绕结扎丝(双股)，底端垂直卡于托槽翼下方，保证施力方向与牙体长轴平行。持针器夹持结扎丝的上方，保证结扎丝在持针器上不滑动。万能力学实验机上方夹具固定持针器，下方夹具固定试件底座。使托槽平面与剪切力方向平行。以1 mm·min-1的速度对试件施力，直至托槽脱落。记录此时剪切力值(P)，根据各组托槽的底板面积(F)，计算各组托槽抗剪切力强度，抗剪切力强度(MPa)=P/F。用10倍放大镜观察牙釉质表面粘结剂的残留量，进行评估计分，计算ARI(以牙数为单位)。牙面ARI计分：0分，牙釉质表面无残留粘结剂；1分，小于托槽底板面积50%的粘结剂残留在牙釉质表面上；2分，大于托槽底板面积50%的粘结剂残留在牙釉质表面上；3分，粘结剂全部留于牙釉质表面上，且粘结剂表面有托槽底板压痕。

1.4 再次抗剪切力及ARI测定 用慢速手机加柱状砂石磨除牙面上残留的粘结剂，并用放大镜观察，确保牙面无残留粘结剂，尽量不伤及釉质，抛光冲洗，吹干。用喷砂机去除托槽底板残留的粘结剂，喷砂头垂直于托槽底板，并按照从中心向四周的方式进行。用放大镜观察确认直至托槽底无残留的粘结剂。将处理好的上颌前磨牙随机分为6组，每组10颗。选取新的3种底板托槽，每组10个。从3组脱落后经喷砂的托槽中每组随机选取10个，同1.3中操作将各组托槽粘结于6组试件中，所有操作均由同一名正畸科医生在自然光条件下完成，再次计算抗剪切强度及ARI。

1.5 扫描电镜观察 随机挑选出3种粘结前的托槽底板、脱落后经喷砂处理的托槽底板和再次脱落后经喷砂处理的托槽底板行扫描电镜观察。

2 结 果

2.1 各组托槽的抗剪切力强度 人工唾液条件下，各组托槽的抗剪切力强度：初次粘结新托槽组和再次粘结新托槽组中，TOMY组抗剪切强度大于新亚组和MBT组(P<0.05)，而新亚组和MBT组抗剪切强度比较差异无统计学意义(P>0.05)；再次粘结脱落后经喷砂处理的3组托槽中，TOMY组抗剪切强度大于新亚组和MBT组(P<0.05),而新亚组和MBT组抗剪切强度比较差异无统计学意义(P>0.05)。TOMY组和MBT组中，脱落后经喷砂托槽的抗剪切强度较原托槽和再次粘结新托槽强度大(P<0.05)，而新亚组抗剪切强度比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2 各组托槽的ARI 秩和检验结果显示：各组ARI比较差异无统计学意义(P>0.05)。ARI计分：新亚组>MBT组>TOMY组。见表2。

2.3 扫描电镜观察各组托槽底板的形态表现 3种托槽底板网丝纵横交错，形成一定规格的网孔，TOMY托槽各网格间形态更为规则和致密(图1 A～C)。第1次喷砂后，MBT组和TOMY组砂粒嵌入部位多集中于网格交错部位的倒凹处，而新亚组砂粒嵌入部位则较为分散(图1 D～F)。第2次喷砂后，砂粒的嵌入量较第1次有所增加，而新亚组托槽网格有破坏现象存在，而其他2组未见明显异常(图1 G～I)。

3 讨 论

目前，固定矫治在正畸领域占的比重仍然很高，而固定矫治一般是通过将托槽粘在牙齿表面，对牙齿表面施加作用力来解决矫正牙齿以及颌骨的目的，因此托槽与牙面的粘结对矫正效果至关重要。粘结得越牢固，矫治力越容易有效而持续地发挥作用，从而使正畸矫治过程顺利进行。在临床上托槽脱落的现象十分常见，而造成托槽脱落的一般原因是咬合力和矫治力所产生的剪切力。由于托槽脱落后重新更换托槽花费较大，故托槽脱落后重新粘结成为医生和患者普遍关注的问题。目前，处理脱落托槽底板的方法有机械磨除法、氯仿浸泡法、燃烧法、喷砂法和激光照射法等。现在临床上常用喷砂法处理脱落的托槽，有研究者认为喷砂的方法可以增大其粘结强度[7]。托槽的粘结强度与多种因素有关，如粘结剂的种类、酸蚀剂的种类及酸蚀时间、托槽的底板结构、粘固时间、牙齿的结构及形态和操作者熟练程度等。牟胤赫等[8]研究显示：3M化学固化剂的粘结性能和光固化粘结剂的粘结性能相差不大，但3M化学固化粘结剂的操作简便，不易受到光照等因素影响。Fox等[9]研究显示：粘结24 h后能达到最高的粘结性能，此时粘结性能也最稳定。葛康康等[10]认为：托槽底板的设计与形状对金属托槽的粘结强度起着至关重要的作用。国内外许多学者对托槽底板形态进行了大量研究，其结果不尽相同[11]。本实验选取了临床上常用的3种托槽(新亚托槽、MBT托槽和TOMY托槽)，使用3M化学固化粘结剂粘结，分别在人工唾液条件下水浴24 h后，测量其抗剪切强度和ARI，托槽脱落经喷砂处理后再次测量抗剪切强度和ARI。 Witlock等[12]曾指出6～8 MPa的抗剪切强度均能满足正畸的临床需要。本实验结果显示：人工唾液条件下，各组托槽的抗剪切强度，在初次粘结的3组新托槽中，TOMY组抗剪切强度最大，MBT组抗剪切强度最小，而新亚组抗剪切强度介于2组之间。有学者[13]曾指出：托槽的底板面积越大，托槽的抗剪切力强度越大。但本实验中，TOMY组的底板面积小于新亚组和MBT组，但其抗剪切强度明显大于其他2组，可能是TOMY托槽底板的弧度较其他2种托槽与牙面的密合度更高以及TOMY自锁托槽的厚度大于其他2组。TOMY托槽为焊接式底板，而其余2组托槽均为整体式底板，这也可能是TOMY组的抗剪切力强度增大的原因。钱伟等[14]研究也得出了相似的结论，即分体式网底托槽抗剪切强度大于整体式托槽。本实验中经喷砂处理后再次粘结的托槽中，3组的抗剪切强度均增大。这与Quiek等[15]的研究结果一致。喷砂后可能增大底板的粗糙程度，使机械嵌合的作用增大，从而增强抗剪切强度[16]。自锁托槽在矫正牙齿畸形时有较低的摩擦力、在复诊过程中有便利的临床操作和在口腔中相对于传统托槽更为舒适等特点,得到了广大正畸医师和患者的青睐。本实验从抗剪切强度方面也证实了TOMY自锁托槽高于其他2组托槽。本文作者认为：如果患者的经济条件允许，临床上可以推荐使用TOMY自锁托槽，并且临床上脱落的托槽可以采用喷砂的处理方法进行再粘结。

表1 人工唾液条件下各组托槽的抗剪切强度

*P<0.05vsXinya group;△P<0.05vsMBT group;#P<0.05vsfirst bonding+new brackets;○P<0.05vssecond bonding+new brackets.

表2 人工唾液条件下各组托槽的ARI

Tab.2 ARI of brackets in various groups under artificial saliva condition (n=20)

A-C: Bottom plates in Xinya,MBT,and TOMY groups; D-F:After first sandblasting; G-I:After second sandblasting;A,D,G:Xinya group;B,E,H:MBT group;C,F,I:TOMY group;A-I:×40.

图1 扫描电镜观察各组托槽底板形态表现

Fig.1 Morphology of bottom plates in various groups observed by SEM

国际上常用ARI评分来衡量托槽与粘结剂的粘结效果。一般来说，ARI评分越低，表明托槽的粘结性能越好。同时，ARI评分也能说明托槽断裂的位置，评分越高，说明发生断裂的位置主要在托槽和粘结剂之间；评分越低，说明发生断裂的位置主要在牙釉质和粘结剂之间[17]。本实验结果显示：初次粘结3种托槽ARI计分中，TOMY最低，新亚组最高，MBT组介于两者之间，说明TOMY托槽的粘结性能优于其他2组，也表明了TOMY组断裂的位置是发生在粘结剂和釉质的界面上，有学者认为这样在托槽脱落时有可能损伤到牙釉质[18]。而新亚组托槽的粘结性能比较低，但托槽脱落时断裂的位置发生在粘结剂和托槽的界面上，虽然这样一定程度上保护了釉质，但残留在牙面上的粘结剂后期清理难度较大，且在清理时釉质也存在损伤的风险[19]。再次粘结新托槽组中，3组托槽的ARI评分均有增大的趋势，原因可能是再次粘结前都会对牙釉质表面残留的粘结剂进行处理，这样的操作可能导致牙釉质粗糙度增高，从而使牙釉质表面与粘结剂之间粘结力增大。再次粘结脱落后经喷砂处理的托槽，3组ARI评分均有下降的趋势，表明喷砂后托槽底板粗糙度增加，使粘结剂与托槽结合度增大，从而使粘结性能提高。这与钱伟等[20]的研究结果相一致。

目前，扫描电镜在口腔材料领域广泛应用，其是一种可以研究样本表面形态的仪器，具有较高的放大倍数，较大的景深，较广的视野范围，并且成像富有立体感。本实验采用扫描电镜观察了3种托槽底板的形态及喷砂后的托槽底板形态。3种托槽的底板形态均为网格状，网格底部存在倒凹，粘结剂渗入网孔固化后能与底板形成较强的机械嵌合结构，有利于增加粘结强度[21]。其中，TOMY托槽的形态网格更加致密与规则。第1次喷砂后，可见3组托槽均有不同程度的砂粒嵌入，MBT组和TOMY组一般嵌入部位是网格交错部位的倒凹处，而新亚托槽则嵌入部位分布不均，偶可见大块的砂粒嵌入。上述结果可能是MBT与TOMY托槽脱落后经喷砂处理后的抗剪切强度增加较新亚组明显的原因。而第2次喷砂中可见3组砂粒嵌入量均增大，MBT和TOMY组托槽底板未见明显损坏，而新亚组托槽网底出现被破坏的现象，提示在临床上应该避免脱落的新亚托槽重复利用。

本研究结果显示：3种底板的托槽中，TOMY托槽组抗剪切强度最大，ARI计分最低；喷砂处理脱落托槽可以使托槽的抗剪切强度增大和ARI评分降低。但是，对于新亚脱落托槽尽量避免使用多次喷砂处理，这样可能会破坏其底板结构。本文作者认为：在患者经济条件允许条件下，TOMY托槽的粘结性能优于其他2组托槽，推荐临床使用；另外，可以使用喷砂的方法处理脱落的MBT和TOMY托槽。目前的体外实验不能完全模拟复杂的口腔环境，湿度、温度、酸碱度和菌群变化都可能对实验结果产生干扰，本实验结果仅供临床参考。