低能量Er:YAG激光预处理对根面组织粘接强度的影响

冯杭都 陈建治

[摘要] 目的 比較低能量掺铒：钇铝石榴石（erbium-doped：yttrium aluminum garnet，Er：YAG）激光照射与常规酸蚀处理对根面组织的蚀刻效果，为增强根面粘接的临床应用及相关研究提供参考。方法 选取2022年1月至2022年8月在树兰杭州医院进行正畸治疗而拔除的92颗完整无龋、无隐裂人离体前磨牙，按不同表面预处理方法分为4组，磷酸组（A组）作为对照组，采用磷酸酸蚀处理，试验组（B～D组）分别经30mJ、50mJ、70mJ的Er：YAG激光照射处理，每组23颗。通过微观形貌、微拉伸粘接强度、断裂模式的分析，比较各组间差异。结果 扫描电镜观察显示，磷酸组表面可见网状繁多的山脊状突起，少量玷污层及孔洞结构。各激光组根面表面清洁、粗糙，无玷污层，30mJ激光组表面呈片状结构，少量牙本质小管暴露；50mJ激光组表面呈蜂窝状结构，部分牙本质小管开放，胶原纤维暴露与羟基磷灰石混合形成混合物；70mJ激光组根面呈现鱼鳞状改变，牙本质小管进一步开放，胶原纤维呈细长状并大量暴露。微拉伸粘接强度测试结果显示，磷酸组粘接强度与30mJ激光组比较，差异无统计学意义（P>0.05），与50mJ、70mJ激光组比较，差异均有统计学意义（P<0.05）；其中50mJ激光组最高，为（30.40±10.79）MPa，与70mJ激光组比较，差异无统计学意义（P>0.05）。各组断裂模式均以混合断裂模式为主，差异无统计学意义（P>0.05）。结论 本研究中，一定能量的Er：YAG激光根面蚀刻预处理法可代替磷酸酸蚀预处理法，达到完全去除表面玷污层，有效粗化粘接面，提高粘接强度的效果。

[关键词] Er：YAG激光；酸蚀；粘接强度；根面组织

[中图分类号] R781      [文献标识码] A      [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2023.02.003

[Abstract] Objective To study the etching effect of root surface irradiated by low-energy erbium-doped：yttrium aluminum garnet （Er：YAG） laser， and compare it with the effect of acid etching， so as to provide reference for clinical application and related research of enhancing root surface bonding. Methods From January 2022 to August 2022， 92 intact human premolars extracted by orthodontic treatment in Shulan （Hangzhou） Hospital were randomly divided into four groups according to different surface pretreatment methods. The phosphate group （group A） was treated with phosphate etching as a control group， and the experimental groups （group B-D） were treated by 30mJ， 50mJ and 70mJ Er：YAG laser respectively， with 23 teeth in each group. The differences among the groups were compared by analyzing the micromorphology， microtensile bond strength and fracture mode. Results Scanning electron microscopy showed that the surface of phosphoric acid group showed a wide network of ridge protrusions， including a small amount of smear layer and pore structurea. The root surface of each laser group presented clean， rough and no stained layer. In the 30mJ laser group， the surface showed a lamellar structure with a small amount of dentin tubules exposed. The surface of the 50mJ laser group showed honeycomb structure， some dentin tubules were open， collagen fibers were exposed and mixed with hydroxyapatite to form a mixture. The 70mJ laser group surface showed fish scale changes with further opening of dentin tubules and a large amount of collagen fibers exposed in an elongated form. The results of microtensile bond strength test showed that the bonding strength of phosphoric acid group was not significantly different from that of 30mJ laser group （P>0.05）， but statistically different from that of 50mJ laser group and 70mJ laser group （P<0.05）. The 50mJ laser group was the highest， which was （30.40±10.79） MPa， and there was no statistical difference between the 50mJ laser group and the 70mJ laser group （P>0.05）. The mixed fracture mode was dominant in all groups and there was no statistical significance between groups （P>0.05）. Conclusion Under the experimental conditions， the Er：YAG laser etching pretreatment method with certain energy can replace the phosphoric acid on the root surface， which can completely remove the surface stain layer， effectively coarser the bonding surface， and improve the bonding strength.

[Key words] Er：YAG laser; Acid etching; Bonding strength; Root surface

随着我国人口老龄化、美观需求及牙周病发生率的不断增加，龈下龋、根面龋、美学贴面等修复治疗逐渐受到重视。根面组织作为此类修复体的颈部粘接区域，为避免微渗漏产生及细菌侵入，其与修复体的紧密粘接尤为重要[1]。目前磷酸为根面粘接前的传统预处理方法之一，其通过完全去除玷污层，促进后续粘接剂的渗入，形成强度较高的混合层以提供粘接所需的固位力，然而其凝胶状态具有流动性，存在蚀刻不精确致周围组织过度脱矿增加患龋和部分残留增加术后敏感风险可能，有一定缺陷[2-3]。近来随着激光技术的飞速发展，特别是1997年激光被应用于口腔牙体硬组织的切割后，其精准定位、高效切割及高舒适性等优势为牙体表面预处理提供新思路[4]。目前关于激光预处理对粘接效果影响的研究大多建立于牙釉质、牙本质表面，涉及根面组织的研究相对较少[5-7]。本試验通过对比酸蚀处理，探讨掺铒：钇铝石榴石（erbium-doped：yttrium aluminum garnet，Er：YAG）激光在不同低能量参数模式下对根面组织与树脂的粘接强度的影响，为临床选择合适的根面粘接预处理方式提供参考。

1  材料与方法

1.1  材料与仪器

主要包括光固化复合树脂Z350（美国3M公司）、Single Bond 2粘接剂（美国3M公司）、35%磷酸凝胶酸蚀剂（德国贺利氏公司）、Er：YAG激光治疗仪（德国Fotona公司）、微拉伸测力仪（美国BISCO公司）、体视显微镜（德国LEICA公司）、S-3000N扫描电镜（日本日立公司）。

1.2  方法

1.2.1  离体牙的收集  选取2022年1月至2022年8月树兰（杭州）医院因正畸治疗需要而拔除的92颗完整无龋、无隐裂人离体前磨牙，Gracey刮治器去除菌斑及牙石，牙根表面用2500目细砂纸打磨去除表面牙周膜，清水冲洗，在体视显微镜下确认无明显裂纹，保存于4℃的0.5%氯胺T溶液中，1个月内使用。本研究经树兰（杭州）医院伦理委员会批准（伦理审批号：KY2022095），研究对象及家属均知情同意。

1.2.2  分组  按不同表面预处理方法将92颗离体牙分成4组，每组23颗。A组（对照组）：磷酸组，涂布35%磷酸酸蚀15s；B组：Er：YAG激光组（30mJ，15Hz，0.45W）；C组：Er：YAG激光组（50mJ，15Hz，0.75W）；D组：Er：YAG激光组（70mJ，15Hz，1.05W）。Er：YAG激光治疗仪采取SSP模式，脉宽70μs，Chisel Tip光纤头配合传输系统接触式处理样本，激光光纤头与样本表面接触且夹角为90°，水汽比为6：4，照射时间为5s。

1.2.3  扫描电镜样本制备及观察  每组随机取3颗牙齿，共12个样本，高速涡轮机手机沿牙体颊舌向纵向磨开，在釉-牙骨质界下2mm处，将牙根截成4mm×4mm×3mm的根面片并予以A～D组不同处理。处理后的所有样本在4℃的2.5%的戊二醛磷酸盐缓冲液（pH值=7.3）中固定24h，用磷酸缓冲液冲洗3次，每次10min，乙醇梯度脱水，烘干，表面喷金，经SEM观察各组根面片表面形貌，放大倍数分别为500倍和5000倍。

1.2.4  微拉伸粘接强度（microtensile bond strength， MTBS）测试样本制备及检测  每组取20颗牙齿，共80个样本。于釉-牙骨质界下2mm处取4mm×4mm为处理区，分别予A～D组不同处理。连续涂布2层Single bond 2粘接剂并将光固化复合树脂Z350（长4mm，宽4mm，高3mm）分层堆砌。慢速切割机（切割片厚度0.4mm）将其切割成1mm×1mm× 5mm的试件条，粘接面积约为1mm2，每样本取2条试验试件，共形成160条试件。使用氰基丙烯酸粘合剂将试件粘固在微拉伸测力仪上，加载速度1mm/min，记录拉伸断裂时最大载荷值（N）。微拉伸粘结强度（MPa）=最大载荷（N）/试件截面积（mm2）。

1.2.5  断裂模式分析  收集微拉伸强度测试后断裂的试件，室温干燥，体视显微镜下观察并记录各试件断裂模式。断裂模式分3类：①界面破坏：粘接界面发生断裂，可发生于牙体与粘接剂之间，也可发生在树脂与粘接剂之间；②混合破坏：断裂同时发生在牙体与树脂内；③内聚破坏：断裂几乎全部发生在牙体或树脂内。

1.2.6  统计方法  采用SPSS 26.0统计学软件对数据进行处理分析，计数资料采用例数（百分比）[n（%）]表示，组间比较采用χ2检验，定量资料采用均数±标准差（）表示，多样本比较采用方差分析和SNK（Student-Newman-Keuls）-q检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1  扫描电镜结果

A组根面呈现网状繁多的山脊状突起，局部可见少量玷污层及孔洞结构。B组根面无玷污层，不规则的粗糙形貌伴少量牙本质小管暴露。C组根面无玷污层，表面形貌更为粗糙，牙本质小管不同程度开放，胶原纤维暴露，与羟基磷灰石结合呈现草被样结构。D组表面呈鳞片状不规则形态，无玷污层，牙本质小管开放明显，胶原纤维暴露更为明显，呈细长状。见图1。相比磷酸处理，激光处理不仅有效粗化粘接表面，形成不规则的粗糙形貌，且有助于底部牙本质小管及胶原纤维的暴露，为后续粘接提供了有利条件。

2.2  微拉伸粘接强度

4组微拉伸粘接强度比较，A组微拉伸粘接强度为（20.77±8.17）MPa，B组微拉伸粘接强度为（20.27±8.40）MPa，C组微拉伸粘接强度为（30.40± 10.79）MPa，D组微拉伸粘接强度为（27.49±7.14）MPa，差异有统计学意义（F=13.201，P<0.001）。

2.3  断裂模式分析

4组的断裂类型均以混合破坏为主，A组比例为75%，B组60%，C组75%，D组80%，其次为界面破坏，内聚破坏模式占比最少。4组断裂模式构成比较，差异无统计学意义（2=5.281，P=0.508），见表1。

3  讨论

天然牙根表面被一层不均匀矿化的牙骨质层覆盖，深层为牙本质。一方面，因牙骨质厚度较薄，颈1/3处约为16～60μm，易致缺损或缺失，暴露底部牙本质，另一方面，牙骨质和牙本质在脱矿液体中的溶解行为相似，皆以矿物溶解为第一阶段，根表面有机基质的降解为第二阶段，因此常将两者作为一个整体进行研究[8]。

自酸蚀粘接系统或全酸蚀粘接系统皆为传统粘接技术。Yuan等[9]对根面颈1/3组织分别进行不同种粘接系统处理，发现相比自酸蚀粘接系统，全酸蚀粘接系统处理可加深酸蚀深度，使底部胶原纤维网络暴露更彻底，显著增大表面粗糙度及粘接面积，形成更高的粘接强度，因此本试验采取全酸蚀粘接系统为对照组，粘接剂均采用全酸蚀粘接系统中的3M Single Bond 2全酸蚀粘接剂。

磷酸作为全酸蚀粘接系统的酸蚀成分，具有操作便捷、易获取、价格低廉等优势，但亦存在蚀刻区域不精确致周围健康组织不必要脱矿增加患龋可能、酸蚀物质部分残留增加术后敏感风险等缺陷。Er：YAG激光作为一种新型激光，可利用光学原理实现准确定位，精准蚀刻处理区域，同时凭借与水吸收峰值（3.0μm）极为接近的2.94μm波长，使其能量易被水分子吸收，通过水分子的爆破从而有效地烧蚀含水硬组织，实现高效的牙体切割功能。相比于其他激光，Er：YAG激光可避免碳化或凹坑产生，且对邻近组织的热损伤小，尤其在伴水冷却条件下可使牙髓温度无明显升高，因此具有良好的舒适性和安全性等优势[10-11]。有研究探讨Er：YAG激光蚀刻对牙体髓腔温度和硬组织结构的影响时发现，牙本质在Er：YAG激光20Hz、6W、照射20s的工作模式下，髓腔温度上升（3.05±0.50）℃，小于对牙髓组织造成损失的5.5℃[12]。同时，本试验参考AT Fidelis双波长牙科激光临床应用参数表及Nahas等[13]的研究，选择30mJ、50mJ、70mJ的激光能量用于根面组织的表面改性，最大功率为70mJ、15Hz、1.05W，照射5s，该参数下可减少对根面组织的消融且髓腔温度的升高不会给牙髓组织带来不可逆损伤。

本试验的电镜中观察到经35%磷酸处理后根面组织尚停留在牙骨质层，而经激光蚀刻后，牙骨质出现不同程度的消融，底部牙本质暴露，牙本质小管口开放。其原因为牙骨质消融阈值约为37mJ，本试验Er：YAG激光能量为30～70mJ，故在此条件下牙骨质将出现不同程度的消融现象[14]。同时，磷酸组与激光组表面形貌存在显著不同，因磷酸通过溶解矿物质进行牙体脱矿从而对处理面产生化学改性，而Er：YAG激光处理进行机械改性，通过水分子的爆破原理，在无脱矿的前提下完全清除根面玷污层，形成不规则和尖锐的弹坑基底表面，此结果与多位学者观察到的结果一致[15-16]。粘接强度与根面表面形貌密切相关，合适的表面形貌有利于粘接性能的提升。本电镜试验发现激光处理后的根面呈现无玷污层、不规则的尖銳形貌，底部胶原纤维及牙本质小管进一步暴露，有利后续粘接剂的渗入及树脂突的形成，提供了利于粘接的表面形貌及结构，理论上有助根面与树脂的粘接。

相较酸蚀处理，50mJ、70mJ激光组可获得更高的微拉伸粘接强度，此结果与大部分学者的研究结论相似。González等[17]使用磷酸、Er：YAG激光、Er：YAG激光联合磷酸3种不同方式处理V类洞颈部边缘组织时发现，单独Er：YAG激光处理更利于牙体与树脂间紧密粘接，推测原因为磷酸酸蚀后处理面光滑，固位形薄弱，而Er：YAG激光处理因能量集中，消融效率高，形成的谷和峰致照射表面极不规则，更易获得利于粘接的微固位型结构，促进粘接性能的提升。Ismatullaev等[18]研究结果显示，单次Er：YAG激光蚀刻牙本质表面即可获得与磷酸酸蚀30s相似的粘接强度，且经激光蚀刻2次后，因粘接面积及微机械锁合结构的增加，进而可产生比磷酸更高的粘接强度。本试验的微拉伸粘接强度亦证实上述电镜观察的观测，从结果看，酸蚀组与30mJ激光组的微拉伸粘接强度差异无统计学意义，可能由于30mJ激光组能量较弱，蚀刻后处理面的谷与峰形貌尚不明显，且无酸蚀脱矿过程形成的表面微固位结构，故未促进粘接。50mJ和70mJ激光组的微拉伸粘接强度均高于酸蚀组，可能因两组激光组蚀刻根面组织后沟壑形貌明显，虽无脱矿，但尖锐的边缘及增加的牙本质小管和胶原纤维暴露量为粘接过程提供了良好的三维空间结构和锁合结构，有助粘接剂后续渗入形成高质量树脂突及微树脂突，从而促进了粘接强度的提升。亦有学者持相反意见，有研究认为经Er：YAG激光处理后，牙本质表面上形成的大面积表面裂纹会对粘接力产生不利影响，导致粘接强度值低于酸蚀表面[19]。Ceballo等[20]认为Er：YAG激光蚀刻导致胶原纤维发生变性并相互融合，胶原纤维空间结构的丧失阻碍了粘接剂在纤维内的均匀渗透，是粘接强度降低的主要因素。Cardoso等[21]指出激光处理后牙本质表面形成的不规则性粗糙面将阻碍粘接剂在牙本质界面的均匀分布，进而导致粘接剂层的厚度不均，从而降低了粘接的有效性。此类粘接测试结果的不同与激光设备、参数设置及试验方法等选择不同有关。此外，本试验中，各组断裂类型均以混合破坏为主，其次为界面破坏，内聚破坏类型最少。虽然随着激光能量的增加，混合破坏类型的发生比例略有升高，但组间差异并无统计学意义，即激光处理不影响粘接的断裂模式。

综上，与单纯使用磷酸处理比较，50mJ或70mJ的Er：YAG蚀刻根面均可完全去除玷污层，有效粗化表面，提供良好的微机械锁合结构和粘接界面形貌，促进牙体与树脂粘接剂的牢固结合，可代替磷酸处理，有望成为一种良好的根面粘接预处理方式。但本试验未与磷酸、激光联合处理的蚀刻效果进行对比，且试验的最佳激光能量能否与临床保持一致，均需进一步的研究。此外，本试验激光蚀刻效果仅在粘接强度方面可替代酸蚀处理，而在微渗漏、防脱矿能力、粘接持久性等综合粘接性能方面尚未研究，有待进一步探索。

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（收稿日期：2022–09–01）

（修回日期：2022–12–21）