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4 种抛光系统抛光Lava Ultimate表面效果的比较

2019-08-19刘亚男王立凯刘思思殷社萍王海锋

实用口腔医学杂志 2019年4期
关键词:光泽度划痕粗糙度

刘亚男 王立凯 刘思思 殷社萍 王海锋

修复体在临床试戴过程中往往需要调磨,调磨过的修复体表面变粗糙且光泽度降低,需要临床医生进行抛光处理,达到适合的表面粗糙度和光泽度,以提高修复体的强度,减少菌斑黏附和外源性染色,提高修复体的美观性,延长使用寿命[1-4]。Lava Ultimate是美国3M公司推出的用于椅旁数控切削制作嵌体等修复体的树脂基复合材料,它将纳米氧化锆、氧化硅晶粒分散到纳米树脂中,提高了材料的力学性能和耐老化性[5],并且便于切削加工,患者就诊一次就可完成修复体的制作。对于这种新型材料采用哪种抛光系统较合适并无定论,本研究采用不同抛光系统对Lava Ultimate进行抛光,通过测量其表面粗糙度和光泽度,以评价不同抛光系统的抛光效果,为临床医生选择抛光系统提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料和仪器

树脂基复合材料:Lava Ultimate(3M ESPE,美国)。抛光系统:3M Sof-LexTMSpiral(3M ESPE,美国);Vita Enamic®Polishing Set(Vita,德国);道邦弹性陶瓷抛光套装(上海道邦公司);Ceramage Polishing Kit (Shofu,日本)。

金刚石线切割机(STX-202A,沈阳科精自动化设备有限公司);金相试样磨抛机(MPD-2W,上海研润光机科技有限公司);耐水碳化硅砂纸(NKC公司,韩国);超声清洗机(UC-2,宁波乐医行齿科设备有限公司);低速马达(NL400,NSK公司,日本);粗糙度测试仪(JB-4C,上海泰明光学仪器有限公司);小孔型光泽度仪(JFL-B60S,北京北信未来电子科技中心);SEM(GeminiSEM,ZEISS,德国);原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)(Dimension Icon,BRUKER,美国)。

1.2 实验方法

1.2.1 样本制备 用金刚石线切割机将Lava Ultimate加工成厚度2.0 mm的薄片,去除表面有裂纹或缺损的试件,选取40 块合格试件,在金相试样磨抛机上依次用220、400和600 目砂纸打磨,转速为300 r/min,打磨10 s,随后进行超声清洗10 min,室温干燥待用。

1.2.2 样本表面测定 所有样本随机选取一块(记为Con),AFM扫描模式下观察材料的表面形貌,扫描频率为1 Hz,成像区域尺寸为10 μm×10 μm,得到图像后使用NanoScope 1.40软件生成样本表面三维形貌图。AFM观察后的样本,超声清洗10 min,干燥,SEM下观察表面形貌;工作电压1 kV,放大倍数5 000。

观察表面形貌后,将所有样本随机分为4 组,每组10 个,分别测定样本表面粗糙度和光泽度(Gloss)。使用表面粗糙度仪测量试件表面粗糙度,参照GB/T 1031-2009标准[6],本实验取样长度(lr)为0.8 mm,评定长度(ln)为4 mm;以轮廓算术平均偏差Ra和平均峰谷深度Rz作为测量指标,每个试件测量3 次,取平均值做为此试件表面粗糙度值Ra和Rz。使用光泽度仪对试件表面进行光泽度测量,测量尺寸为3.0 mm×1.5 mm的椭圆形,测量角度60°。每个试件测量3 次,取平均值做为此试件表面光泽度值。然后对各组样本表面粗糙度Ra、Rz和光泽度值分别进行单因素方差分析,结果差异均无统计学意义(表 2)。

1.2.3 样本表面处理及测定 4 组样本按照表 1步骤分别采用4种不同抛光套装进行抛光处理。样本处理完成后超声清洗10 min,取出后室温干燥。以上操作均由同一人完成。重复1.2.2步骤对样本再次进行表面测定,其中每组随机选取一块在SEM和AFM下观察表面形貌。

表 1 4 种抛光系统详细信息

1.3 统计学处理

2 结 果

2.1 表面粗糙度值(Ra和Rz)

单因素方差分析结果显示,抛光后各组Ra、Rz值之间不完全相同,差异有统计学意义(P<0.05)。Tob组Ra、Rz值最高,与其他3组差异具有统计学意义(P<0.05),而3M组、Vita组和SF组之间Ra、Rz值无显著差异(P>0.05),均能达到较低的粗糙度值。配对t检验结果表明,各组抛光前、后的差异均有统计学意义(P<0.05),各组测量具体结果见表 2。

2.2 表面光泽度值(Gloss)

抛光后4 组光泽度值从低到高依次为Tob组<3M组

表 2 各组试件表面粗糙度值及光泽度值统计结果

注: 每横行中右上角相同字母表示数值之间差异无统计学意义(P>0.05), 不同字母表示数值之间差异有统计学意义(P<0.05)

图 1 样本原子力显微镜下表面形貌图

2.3 AFM和SEM图像

AFM和SEM结果见图 1~2,与粗糙度测量结果具有较好的一致性。

AFM下Con组表面不均匀,有较深的凹坑和较大的圆钝突起;3M组表面起伏较多,呈波浪状,裂隙较宽;Vita组表面较平坦,起伏少,有少量浅裂隙;Tob组表面不平坦,可见部分窄而深的裂隙和凹坑;SF组表面微起伏,带有刺状突起并伴有点状凹坑(图 1)。

SEM下Con组表面形态不规则,填料与基质界限不明显,有大小不等的凹坑和裂隙。而抛光后各组均可见无机填料散在于树脂基质中,外形不规则,大小不一,且均未见明显填料脱落所造成的较大凹坑,其中3M组表面划痕浅而宽,并可见不规则浅裂隙;Vita组表面均质光滑,划痕细浅;Tob组表面划痕多而不规则,宽度深浅不一,并可见部分细小的凹坑;SF组表面光滑,缺陷较少,划痕较浅(图 2)。

图 2 样本扫描电子显微镜下表面形貌图

3 讨 论

Lava Ultimate是一种预聚合的树脂基复合材料,结构与复合树脂相同,其无机填料主要是由纳米氧化硅(20 nm)与少量纳米氧化锆(4~11 nm)经轻度烧结而成的大小不一的颗粒(图 2)。这类材料应用于椅旁数控系统,修复体的制作完成均在诊室内完成,在研磨和咬合调整过程中,材料表面不再光滑,必须要进行适当的抛光处理。Fasbinder等[7]对研磨后的复合材料进行抛光处理,可以得到与白榴石陶瓷EmpressCAD(义获嘉伟瓦登特,列支敦士登)抛光处理后相近的表面粗糙度,并且均低于EmpressCAD进行上釉处理后的表面粗糙度,表明抛光可以使这类材料得到较好的表面平滑效果。本实验采用4 种抛光系统,其中3M组为轮状结构,Vita和Tob组抛光磨头含有杯状、盘状和碟状,多种形状可完成对复杂解剖结构的抛光,而SF组含有子弹头橡胶头、毛刷和抛光膏。牙科材料的抛光属于单纯的机械性抛光,利用抛光器械上的磨料刮除材料表面的凸起,达到平整抛光的效果。影响抛光效果的因素有材料的结构和机械特性,抛光器械上磨料颗粒的硬度、大小和形状,抛光器械的速率,抛光使用的压力、时间,是否使用抛光膏等[8-9]。

表面粗糙度是衡量物体表面平滑程度的指标,最常用的参数是Ra和Rz值,其中Ra表示的是材料表面粗糙度的算术平均值,能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性;Rz是材料表面在取样长度内5个最大的轮廓峰高平均值与5个最大轮廓谷深平均值之和,表示材料表面的最大峰谷深度,采用两者进行评价能够更加准确反映出材料表面形貌情况。光泽度是表示物体表面光泽程度的数字化指标,反映测试表面对入射光的反射能力。本实验通过测量这些指标,全面评价了抛光效果。另外,除常规使用SEM观察材料表面结构外,还使用了AFM,在纳米级下构建材料表面三维结构,提供了更详细的形态特征。相对SEM下的二维结构,AFM具有更高的分辨率并能获得样本表面更清晰的微观形貌[10]。在本实验中,抛光前材料表面粗糙度最大,光泽度最小,AFM和SEM下可见表面形态不规则,凹坑和裂隙深大。进行抛光处理后,Tob组的表面粗糙度明显大于其他3组,这表明Tob组套装中下一级磨头不能完善去除上一级磨头所造成的划痕,且随表面光泽度的提高,划痕更加明显,在AFM和SEM下可见划痕密集,且有部分凹陷,表面缺陷多。而其他三组抛光套装中不同级别磨头的磨粒粗细过渡合理,能达到较低的表面粗糙度值,AFM和SEM下表面较光滑,划痕细小。

修复材料进入口腔内,其表面粗糙度对细菌黏附有直接影响。Bollen等[11]指出,材料表面的细菌黏附阈值为Ra等于0.2 μm,超过此数值菌斑黏附随粗糙度的增大而增加,而低于此值时菌斑黏附值与粗糙度并无显著相关。当修复体表面光泽度小于60 GU时认为抛光效果较差,光泽度在60 GU到70 GU之间为可接受范围,光泽度在70 GU到80 GU之间为抛光效果较好,光泽度大于80 GU则为抛光效果非常好[12]。在本实验中,3M、Vita和SF组抛光后的粗糙度Ra值均小于0.2 μm,光泽度均大于60 GU,其中SF组的光泽度值高达90 GU左右,这是由于SF组套装中包括氧化铝抛光膏和钻石抛光膏,抛光后表面光泽度较高。张皓羽等[13]研究结果也表明,使用含有抛光膏的抛光系统,可以有效的提高抛光效果。另外粗糙度与光泽度虽成反比关系, 但粗糙度值与光泽度值之间并非简单的线性对应关系。两种材料的粗糙度值相近, 其光泽度值却可存在较大差异。当树脂抛光至一定程度以后, 光泽度对粗糙度的变化更加敏感, 粗糙度值的微小变化, 即可引起光泽度的明显改变[14]。本实验中3M组、Vita组和SF组之间粗糙度值无显著差异(P>0.05), 但光泽度却有显著的上升(P<0.05)。

综上所述,抛光处理可以降低Lava Ultimate的表面粗糙度,提高其光泽度,并且不同抛光系统的抛光效果存在差异。在本实验研究条件下,道邦弹性陶瓷抛光套装抛光效果较差,3M Sof-LexTMSpiral套装抛光效果在临床可接受范围,Vita Enamic®套装抛光效果较好,而Shofu Ceramage套装可以取得最低的表面粗糙度和最高的光泽度,抛光效果最好。

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