显微硬度测试秞质的实验模型制作研究

李 罡 阎 滨 任富凯 周 愔*

秞质块是一种在体内外研究与秞质相关实验时常用的研究材料，取材较为容易，主要是人的离体前磨牙和牛或鼠的离体切牙[1-2]。实验研究内容主要集中体现在秞质表面结构观察、表面硬度分析、剖面硬度及结构分析、表层元素组成分析；方法涉及定性和定量，其中表面显微硬度测试是最常用的方法之一[3-5]，影响显微硬度测试值的主要因素有试验负荷、试样表面质量和测量偏差等。因此，在对秞质块标本制样处理过程中，加工的方法和质量会对最终研究结果产生重要的影响。本研究提供的制样方法简单、实用，提高了结果的准确性，对深入研究秞质结构提供了精确的实验模型。

1 材料及方法

1.1 对象

选择因正畸治疗拔除的健康前磨牙20颗作为研究对象，经体视镜下观察表面无裂纹，截去牙根、去冠髓，近远中向剖开牙冠，留颊侧秞质块浸入常温去离子水中备用。

1.2 材料

齿科高速手机；金刚砂车针；双面油石(400#/600#)；砂纸800#、1200#、1500#；义齿抛光机；自凝型义齿基托树脂；毛玻璃板；透明胶带纸；打孔器(￠=4 mm)；M-400-H1显微硬度仪(美国LECO公司)

1.3 方法

1.3.1秞质开窗面制作：金刚砂车针磨一小平面，以石蜡油作为研磨剂，用秞质块的颊牙合1/3或颊中1/3在400#油石面上研磨，至开窗面>4 mm后转在600#油石面上继续研磨，序列经800#、1200#、1500#砂纸上打磨，去除表面肉眼可见的刀痕。

1.3.2秞质块基底包埋：(1)使用可容纳4 mm左右标本厚度的刚性硬质支架，将制作好的秞质块开窗面粘于毛玻璃板上，玻璃板长度应大于支架间宽度。(2)混合自凝粉、液，待到面团期捏至2 mm厚长条板状，放于支架底部。(3)将粘有秞质块的毛玻璃板压至自凝基托树脂上，加压至与支架两缘同时接触，稳定待自凝树脂完全聚合。(4)待完全聚合后与支架分离，从毛玻璃上取下。用义齿抛光机去除表面污渍及抛光。

1.4 表面硬度测试

1.4.1打孔器制作4 mm的圆形透明胶带片覆盖开窗区，周围涂布指甲油，干燥后揭去表面胶带，得到开窗面均一的秞质块20个，见图1。

图1 包埋、开窗后的秞质块

1.4.2使用显微硬度计Knoop压头，载荷20 g，持续10 s，每个秞质表面测试5个点，取平均值代表此秞质硬度[6]；次日同样方法重新测量，两次过程均由同一技术员操作。

1.5 统计学方法

2 结果

样品表面开窗区光亮呈镜面影。2次测量，压头共向釉质表面加压200次，每个压痕基本呈正棱型，见图2。2次测量显微硬度测试结果经过配对t检验，差异无统计学意义(t=0.413,P=0.684)。

图2 秞质表面正棱形压痕(金相显微镜×500)

表1 2次秞质表面显微硬度值测试结果

3 讨论

表面显微硬度测试(surface microhardness，SMH)属于静负荷实验，多数采用压入法，即以一定的载荷，将具有特殊形状较硬的物体(称压头)压入被测材料的表面，使材料表面产生局部塑性变形而形成压痕，压痕深度或表面积的不同即表示材料的硬度不同[7-8]。研究秞质使用的压头有Vickers和Knoop两种，二者穿透深度不同[9]。测试时，压头垂直压向测试标本的表面，停留一定时间，使标本产生永久性变形，用显微镜测量压痕的尺寸[9]。该技术因操作简便已广泛用于牙齿硬组织脱矿与再矿化的研究[4,10]，但制样过程对测试结果的准确性、重复性产生极大影响[11]。其原因为：(1)测试要求试样表面光亮，显微镜下视野清晰。显微硬度测试在显微镜下进行，靠试样表面反射光线经物镜、目镜放大后观测，最常用于金属性能测试。牙齿秞质表面的光线折射性(也称明度)本身不如金属，因此视野是否清晰将决定测量结果的准确性。本研究经过精细的顺序研磨获得了满足显微硬度测试的光亮釉质表面。(2)测试要求压头垂直压向试样表面。测试要求试样表面与载物台表面平行，使压头垂直压向其表面。否则，测试无法进行或产生的压痕不规则，则无法进行测量。以往秞质表面硬度测试时，取橡皮泥作为表面取平的补充材料，但因其可塑性强、质软，测试结果不理想。本研究中将测试的釉质表面与底座下平面保持平行，确保压头与测试表面垂直，在保证测试结果准确的同时保证了多次反复测试时条件一致。(3)测试表面[9]需平坦。试样表面是否平坦不但影响其表面的反光性能而且影响其测量的精度，因为表面质地不同或者微观表面与压头不垂直时，硬度测试结果有差异，不能真实反映显微硬度的结果，甚至其表面制样造成的刀痕也会对显微硬度测量结果产生绝对影响。因此在研究秞质表面显微硬度时，应针对以上问题在试样的加工过程中加以重视和改进制样方法。

本次研究借用了金属制样法，实验中两次测试结果稳定，能够代表釉质的硬度特性，可保证后续相应的实验结果可靠，该方法建立的实验模型理想。

秞质测试表面是通过表面研磨获得的，但研磨的程序和标准各实验者均不一致。研磨通过油石和砂纸进行，随着粒度变细小，表面越光滑，刀痕越细小或者消失，最终通过抛光膏进一步抛光，不仅表面平坦而且光亮，可以满足测试的要求，但制作工序应达到要求。研磨建议单方向进行，避免产生弧面或者多面而影响显微硬度的测试；通过制作自凝树脂底座，使其表面上下平行，测试时压头可以垂直压向其表面，降低了表面测试过程中的不可预测性。也有研究者采用石膏材质作为底座的选材，但多次反复的实验浸泡和打磨抛光对石膏底座影响的不确定性有待探讨[12]。打孔器有多个孔径，可以根据需要选取。表面涂布的抗酸指甲油和树脂底座能够溶于丙酮等有机溶剂，当后续实验不需要时可将其清洗和溶解。虽然本制样方法工序较多，但做出的秞质块均一性好，表面光洁平整，适用于显微硬度测试，而且有了对开窗面积的限制使检测与面积相关的量化指标成为可能；制作过程不需要依赖特殊设备，制作容易，是一种简便实用的用于显微硬度测试秞质标本模型的制作方法。