不同凝固时间对生物活性材料表面粘接力度的影响

马建岗

摘 要：生物活性材料的类型较多，文章主要针对3种不同的生物活性材料作为研究对象，分别为三氧化矿物凝聚体（MTA）、iRoot BP Plus（BP）和iRoot FS（FS），这几种材料有助于促进修复性牙本质生成和牙髓细胞分化，能够在牙科领域中发挥重要作用。在应用过程中，需要和树脂材料有一定的粘接力度。于是文章以实验研究的方式分析不同凝固时间对生物活性材料表面粘接力度的影响。实验结果表明，当凝固时间为24h时，两种不同酸蚀情况下MTA的表面粘接力度明显高于另外两种生物活性材料，其P<0.05，差异有统计学意义;3种材料在两种酸蚀情况下，凝固时间为7d和初始凝固时间之间P>0.05，差异均无统计学意义;与初始凝固组相比，同种材料完全凝固之后其粘接强度具有明显性的提高;生物活性材料和树脂材料界面全部表现的是内聚破坏模式。

关键词：凝固时间;生物活性材料;粘接力度

中图分类号：R783.1                           文献标识码：A                        文章编号：1001-5922（2021）07-0042-04

Effect of Different Setting Time on the Surface Adhesion Strength of Bioactive Materials

Ma Jiangang

（Xi an Peihua University， Xi an 710125， China）

Abstract：There are many types of bioactive materials. The paper mainly focuses on three different bioactive materials as the research objects， namely mineral trioxide aggregate （MTA）， iRoot BP Plus （BP） and iRoot FS （FS）. These materials help to promote the production of restorative dentin and the differentiation of dental pulp cells， and can play an important role in the dental field. In the application process， it needs to have a certain bonding strength with the resin material. Therefore， the paper analyzes the effect of different setting time on the surface adhesion of bioactive materials by means of experimental research. The experimental results show that when the setting time is 24 hours， the surface adhesion strength of MTA under two different acid etching conditions is significantly higher than that of the other two biologically active materials， and its P<0.05， the difference is statistically significant; under the two acid etching conditions of the three materials， the setting time is 7 days and the initial setting time is P>0.05 ， and the difference is not statistically significant; coMPared with the initial solidification group， the bonding strength of the same material is significantly improved after the same material is completely solidified; the interface between the bioactive material and the resin material all shows a cohesive failure mode.

Key words：setting time; bioactive material; bonding strength

相比于傳统的氢氧化钙，三氧化矿物凝聚体（MTA）和iRoot类的生物活性材料有更高的直接盖髓临床成功率[1-2]。但是由于这些类型的生物活性材料凝固时间过程，往往需要进行二次就诊，就会增加二次创伤和感染的风险，所以为了解决这个问题，需要对材料进行改良，重点在于降低其凝固时间。iRoot类生物活性材料的种类也比较多，该类型材料的主要优势在于固化比较快，并且其治疗效果与MTA差不多[3]。iRoot类生物活性材料中iRoot FS（FS）属于一种新型材料，凝固时间只有20s[4]。生物活性材料需要和酸性材料进行反应才能和胶粘接直接形成粘接力度，而不同的酸性材料处理效果也会存在差异[5]。于是文章将主要对不同凝固时间和酸性处理方式对3种生物活性材料粘接力度的影响进行分析。

1 实验过程

1.1 实验材料

文章选择3种不同的生物活性盖髓材料，分别为三氧化矿物凝聚体（简称MTA）、iRoot BP Plus（简称BP）和iRoot FS（简称FS），这3种材料的初始凝固时间全部不一样，分别如表1所示。3种材料中BP和FS的呈现状态一致，都是膏状，且成分也存在很多相似之处，最主要的区别在于两者的增固剂含量不同。然后还需要使用到其他的材料，如35%磷酸酸蚀剂、流动树脂和通用粘接剂这几种材料的主要作用在于对材料表面粘接处进行处理。

实验所需要的主要仪器有立体显微镜、微剪切强度测试仪、扫描电镜和光固化灯等。

1.2 试样制备和分组

首先做丙烯酸树脂快，其形状为圆柱形，然后其断面中心处需要制作出一个窝洞，该窝洞的直径为4mm，深度为2mm，让后将180个丙烯酸树脂快平均分为3组。然后将3种生物活性材料分别装到窝洞中后进行压实处理，然后将其放入温度为37℃，湿度达到100%的环境中进行凝固，然后对不同凝固时间下的试样进行测试，其中凝固时间有3个，分别为24h、7d和每种材料的初始凝固时间。然后在每个凝固时间下每种材料设置为20个试样。再对每个试样进行处理，首先对材料表面进行冲洗，然后使用砂纸打磨一分钟即可，然后再将20个试样平均分为两组，即每小组有10个试样，然后在每个试样上使用3mm孔洞的纸片进行覆盖，再在两组试样中分别用通用粘接剂使用自酸蚀和酸蚀冲洗两种不同模式进行处理。然后再将四氟乙烯磨具放到纸片上方，该磨具的直径同样为2mm，再将流动树脂注入到磨具中，并对其进行光固化处理40s，将光固化灯的光照强度设置为700mW/cm2。然后再将磨具去除，于是材料粘接表面就会形成一个直径和高都为3mm的树脂柱，即可以对该粘接试样进行剪切强度试验。

1.3 实验测试内容

剪切强度测试。完成上述试样制作之后，即需要通过使用剪切强度测试仪进行剪切强度测试，将测试仪的速度设置为1mm/min，然后加载方向为生物活性材料和树脂界面的方向，实验过程中需要将断裂时的最大荷载和粘接界面的剪切强度进行记录。然后还需要对断裂面使用立体显微镜进行观察，看其断裂模式属于哪一种，一共有3种断裂模式，分别为界面断裂、混合断裂和内聚断裂。

材料表面扫描电镜观察。将3种不同的生物活性材料填充到磨具中进行7d保存之后作为备用，并将每种材料制作出6个试样，然后使用不同的表面处理液进行处理，一共有3种处理情况，首先是对材料表面不进行处理，作为对照组，然后使用自酸蚀模式进行处理，即为自酸蚀组，最后使用磷酸进行处理，即为酸蚀冲洗组。其中酸蚀冲洗组需要使用35%磷酸酸蚀剂进行处理15s，然后冲洗15s，最后对其进行吹干即可;另外自酸蚀组使用通用粘接剂进行处理20s，再同样进行冲洗15s之后将其吹干即可。最后使用扫描电镜对处理之后的材料表面形貌进行观察。

1.4 统计分析

通过实验测试之后将会获得比较多的数据信息，然后使用SPSS软件进行统计分析。使用Tukey法对每组数据进行两两比较，当p<0.05时差异有统计学意义;使用单因素方差分析测试酸蚀冲洗组和自酸蚀组的结果，目的在于分析不同凝固时间和材料对粘接力度的影响。

2 实验结果

2.1 不同凝固时间下生物活性材料的粘接强度表现

在酸蚀冲洗组和自酸蚀组中，不同凝固时间下复合树脂和不同生物活性材料之间的粘接强度如表2和表3所示。然后对酸蚀冲洗组和自酸蚀组进行统计学计算时，其p>0.05，即两者之间差异无统计学意义。然后再对同种材料之间不同凝固时间进行两两比较，从表中可以看出，与初始凝固时间相比，表2和表3中MTA的凝固时间为24h的粘接强度具有明显性提高，且通过计算之后，p<0.05，即两者之间差异有统计学意义;但是凝固时间为7d的p>0.05，即初始凝固时间和凝固时间为7d的粘接强度之间差异没有统计学意义。然后再对BP进行分析，从表2和表3中可以看出，凝固时间为7d的粘接强度明显高于凝固时间为24h和初始凝固时间的粘接强度，且两者之间的p<0.05，即差异有统计学意义。最后对FS进行分析，从表2和表3中可以看出，凝固时间为7d的粘接强度明显高于凝固时间24h和初始凝固时间的粘接强度，通过计算之后，p<0.05，即差异有统计学意义;然而凝固时间为24h的粘接强度之比初始凝固时间的粘接强度大一点，于是没有显著性变化，通过计算之后，其p>0.05，即差异没有统计学意义。

在相同凝固时间下，对不同材料的粘接力度进行比较：从表2和表3中可以看出，当凝固时间为24h时，MTA的粘接力度都要明显高于BP和FS，通过计算之后，p<0.05，即差异有统计学意义。然后对BP和FS进行统计学分析，发现p>0.05，即两者之间差异没有统计学意义。当凝固时间为7d和初始凝固时间条件下，两种不同模式下的对材料进行统计学计算，发现全部是p>0.05，即两者之间差异没有统计学意义。

最后对断面情况情况观察发现，每个试样发生的都是内聚破坏。

2.2 扫描电镜分析

对3种不同生物活性材料完全凝固之后進行扫描电镜分析，完全凝固的时间为7调暗，然后还需要对不同酸性处理剂处理后的形貌进行扫描电镜分析，得到的结果如图1所示。

从图1中可以看出，对材料进行酸性处理之后，其表面形貌发生了变化，不同的生物活性材料其形貌发生的变化存在差异，MTB表面出现了大小大致为5?m的六方晶体结构，而另外两种材料的形貌变化差不多，能够看出是大小大致为1?m的针状或者簇状晶体结构。而使用另外一种自酸蚀模式对材料进行处理，生物活性材料的形貌变化又不同，其中MTA中的晶体粗糙度有所增加，并且晶体形状变得不规则，而另外两种材料的晶体结构出现消失现象。而3种生物活性材料经过磷酸酸蚀之后，MTA的晶体结构也消失了，增加了FS表面的空隙，而BP表面出现了非常细小的晶体。

3 讨论

上述实验中分析了3种不同生物活性材料表面的粘接力度，从结论可知自酸蚀和酸蚀冲洗组在凝固时间为7d和初始凝固时间之下，都能够提高生物活性材料的粘接力度，对其进行统计学分析时，差异均无统计学意义。出现这种现象的原因是因为在初始凝固条件下，3种材料在应用过程中都具备一定的修复作用，但是MTA和BP这种两种材料的初始凝固时间过长，只有FS属于可接受的椅旁等待时间，所以另外两种材料在应用过程中需要进行二次就诊。

一般情况下，材料的剪切强度会受到其自身材料因素的影响，然后还会受到界面结合强度的影响，所以对断面的形貌进行分析，有助于了解结合界面附近结构。上文的实验中已经得到试样发生断裂之后，其断面的破坏类型都是内聚破坏，因此可以了解到使用材料进行直接修复即可后，生物活性材料的本身任然为薄弱环节。因为几乎所有生物活性材料在进行凝固时，都属于一种水合反应，文章所研究的3种生物活性材料也都是一种硅酸盐水合反应，这种反应会非常缓慢，如果要等到材料达到彻底的凝固，需要很长时间，甚至在1到2年之间才能完成[6]。所以文章所研究的3种凝固时间并不能实现彻底凝固，于是其自身性能将会比复合树脂材料低，所以就容易发生内聚破坏现象。实验中得凝固時间为24h时，MTA的粘接力度明显高于另外两个生物活性材料，该现象能够反映MTA能够跟快的达到完全凝固。

有相关研究表明，在初凝阶段时，生物活性材料的水合反应还是比较快的，当凝固时间不断增加之后，其反应才越来越缓慢，且对水的需求越来越少[7]。生物活性材料在牙科中进行使用时，当达到初始凝固时间之后，就可以对材料进行直接粘接修复，虽然此时的强度还没有完全展现出，但是修复完成之后的时间里，任然会继续增加自身强度，所以在临床中不需要等到完全凝固。

三氧化矿物凝聚体等生物活性材料和粘接剂进行粘接时其本身的粘接强度非常低，需要对生物活性材料和酸性物质进行反应，生物活性材料的表面才会形成一种粘接界面[8]。通用粘接剂的pH值在2.7左右，而35%磷酸凝胶的pH值小于1，所以磷酸凝胶的pH值明显低很多。使用这两种酸性物质和3种生物活性材料进行反应，然后通过使用扫描电镜对材料表面进行观察，发现形貌已经发生了变化。MTA形成了比较大的晶体结构，这些晶体的材质应该是硅酸盐和氢氧化钙。然后使用自酸蚀和磷酸对MTA进行处理，发现使用前者酸性物质使得材料表面出现蚀刻现象，而使用后者酸性物质使得材料表面晶体消失，而处于一种刻蚀模式。另外两种生物活性材料经过处理之后，其形貌变化差不多，且晶体结构都比较小。然后使用通用粘接剂进行处理，材料表面的形貌都发生了变化，BP和FS的晶体的体积变得更小。试样中使用磷酸进行酸蚀之后，能够观察到的形成了新的晶体结构，该结构的主要是在酸蚀反应过程中产生的沉积。

文章对不同凝固时间对材料的粘接力度影响进行了分析，其中还分析了两种不同的酸蚀方式对材料粘接力度的影响，从实验结果可以看出，使用酸蚀冲洗型粘接和自酸蚀粘接这两种方式，材料的粘接力度比较接近，所以对材料的粘接力度影响比较小，出现这种现象应该是材料本身强度的限制。于是我们不能简单的认为所使用的酸性物质的pH值越小，就越能够提高材料的粘接力度，因为材料的粘接力度还会受到其他因素的影响。

随着科学技术的不断发展，生物活性材料的类型将会越来越丰富，文章虽然只对3种材料进行了实验分析，但是还有很多新型材料在不断涌现，比如含树脂成分并可光固化的TheraCal LC等。这些新型材料的出现，必然会具有更好的使用效果，在临床中进行使用时能够提高固化速度，避免第二次就诊所带来的风险和繁琐。但是这些材料是否具有较强的综合性能还需要通过实验进行分析，然后和传统的材料进行比较，看新型材料和传统材料之间的区别如何。

4 结语

通过上文的实验结果和讨论，可知在3种生物活性材料中FS的初始时间较短，属于临床上可以接受的初始凝固时间，所以在使用时，能够通过一次就诊就以完成治疗效果，并且该材料能够在初始凝固时间时，能够得到一定的粘接力度，并且满足材料的力学要求，能够在盖髓之后直接对窝洞进行修复，所以相比于另外两种材料，能够明显提高临床上的便捷性。

参考文献

[1]史爽，包志凡，陈旭，等.新型牙髓治疗材料iRoot BP Plus对人牙龈成纤维细胞的细胞毒性[J].上海口腔医学，2014（06）：51-54.

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[3]乔迪，董艳梅，高学军.体外评价新型根尖倒充填材料iRoot的生物学性能[J].北京大学学报（医学版），2016，48（02）：324-329.

[4]吕逢源.iRoot FS对成骨细胞和牙髓细胞生物学行为影响的初步研究[D].武汉：武汉大学，2017.

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[8]郑莹，彭彬.矿物三氧化物凝聚体用于犬牙直接盖髓的实验研究[J].牙体牙髓牙周病学杂志，2004（07）：394-396.