Er∶YAG 激光切割對牙本質粘接耐久性的影響
2017-3-28 來源：深圳大學光電工程學院 作者：何正娣，島田康史，田上順次，胡學娟，陳玲
摘要: 采用 Er∶YAG 激光或快機切割牙本質，SE Bond 粘接修復后浸水 6 個月，用微剪切實驗測試評估兩種切割方法對粘接效果的影響． 20 顆離體磨牙制備獲 40 片牙本質切片，隨機分為激光組 ( Er∶YAG 激光切割，20 片) 和快機組 ( #600 沙礫磨砂紙打磨，20 片) ． 每切片用 SE Bond 粘接 8 個樹脂柱，在浸水 24h、7 d 和 6 個月后，依次用微剪切實驗測試粘接強度． 測試結果用 one-way ANOVA 和 t-test 統計分析 ( 標準差為 0. 05) ． 并采用走查掃描電鏡觀察粘接破折面形態． 結果顯示，激光切割牙本質粘接強度在浸水 6個月后顯著低于激光組浸水 24 h 和 7 d 后，且低于對照快機組的粘接強度． 說明采用兩步法自酸蝕粘接系統 SE Bond 在激光切割的牙本質上未獲得長期穩定的粘接效果．
關鍵詞: 超快激光及應用; Er∶YAG 激光; 牙本質; 兩步法自酸蝕劑; 粘接; 微剪切強度; 樹脂
自 20 世紀 80 年代后期開始，Er∶YAG 激光 ( λ= 2 940 nm) 作為牙科硬組織治療儀的開發成為口腔醫學研究的熱點之一［1-2］． 經過多年努力，1997年，Er∶YAG 激光因能有效避免激光直接作用所導致的熱效應等不利影響，將牙體硬組織切割、冷卻和清潔等功能合而為一，減輕術中患者的不適感，獲美國食品和藥品管理委員會 ( Food and Drug Ad-ministration，FDA) 批準成為美國臨床牙體硬組織的切割激光． 目前，Er∶YAG 激光用于齲壞牙體硬組織的切割及窩洞預備的舒適性、安全性和有效性已被廣大臨床醫生和科研人員認可． 許多研究者認為，Er∶YAG 激光是用于齲病治療的理想新技術，有望替代傳統機械渦輪手機用于臨床齲病治療［1-3］．
Aoki 等［3-6］對快機切割與 Er∶ YAG 激光照射切割牙本質表面的形態學特征進行了研究，發現快機切割后牙本質表面存在一層主要由塌陷的纖維網狀結構、牙本質碎屑、細菌及唾液中的一些有機成分混合交織而成的玷污層，牙本質小管口形態模糊不清，而 Er∶YAG 激光切割后牙體表面沒玷污層，牙本質小管開放，組織表面粗糙不平呈鱗片狀，隨著能量增加，照射表面會出現斷裂和碎屑． He 等［5］發現，被 Er∶YAG 激光照射后的牙本質表面滲透性下降，耐酸性增強，激光切割會導致照射面下方形成約 15 μm 厚的牙本質輕微變質層，該變質層的耐酸性低于正常牙本質，且存在微裂紋和碎屑．
用Er∶ YAG激光切割制備的窩洞無法達到 G V Black 洞型的底平壁直要求，該窩洞邊緣不整齊、洞壁不光滑且洞底粗糙不平，因而只適于有粘接性的充填材料的修復． 牙本質小管與樹脂之間形成樹脂突的微機械固位是樹脂粘接的主要機制，有研究者認為Er∶ YAG激光照射切割的牙本質表面，小管開放，有利于粘接樹脂的滲透與樹脂柱的形成，可減小樹脂和牙體粘接之間的微滲漏，此形態特征有利于牙本質和樹脂的粘接，增加粘接強度［3，6-7］． 圍繞Er∶ YAG 激光照射牙本質的粘接性能，研究人員展開了多種測試性工作． 有論文報道了自酸蝕粘接劑處理 Er∶YAG 激光切割牙本質后可獲得較強的粘接強度［3，7］． 但有些研究報道結果相反，如文獻［8］認為 Er∶YAG 激光預備后牙體組織的粘接強度不穩定，提出激光切割牙本質的長期粘接效果有待考察，文獻［9］發現一步法自酸蝕粘接劑 TS Bond 粘接修復激光切割后的頸部牙本質，在浸水 1 年后粘接強度明顯下降． 有研究者認為，激光照射后牙本質的粘接界面性質發生改變及次腐蝕層的存在，是影響粘接強度及遠期臨床修復效果的主因［5，10-11］．
兩步法自酸蝕粘接系統 SE Bond 較一步法自酸蝕粘接系統 TS Bond 對牙本質的滲透作用更強，該粘接系統是目前臨床運用較廣、粘接強度最強的牙本質粘接劑之一，該粘接劑在快機切割的牙本質已獲得了穩定的粘接效果［12-13］． 因 此， 本研究假設SE Bond 能夠在激光切割的牙本質中獲得穩定可靠的粘接效果． 通過實驗對 Er∶YAG 激光切割和快機切割牙本質的表面形態進行觀察，分別對 SE Bond粘接 24 h、7 d 和 6 個月激光或快機切割后牙本質-樹脂的微剪切強度進行測試，討論牙本質切割方法、粘接界面處理對粘接修復長期穩定性的影響，以及次腐蝕層對粘接劑滲透作用的影響，研究粘接劑-牙本質作用機制，為臨床 Er∶YAG 激光切割后牙本質的粘接修復方法的改進提供實驗室依據．
1.實驗
1. 1 實驗材料
粘接劑選用日本可樂麗菲樂公司的雙液型自酸蝕粘接系統 Clearfil SE Bond，樹脂為日本可樂麗菲樂公司的 Clearfil AP-X，A3 色系．
1. 2 實驗設計與實驗儀器
實驗流程見圖 1． 微剪切粘接力測試研究實驗所用的 20 顆無齲第 3 磨牙都是 1 個月內從人體拔下后，保存于 － 4 ℃ 純凈水中． 每顆離體磨牙沿頰舌向縱切，獲得 2 片約 1 mm 厚的中層牙本質切片，然后隨機分為激光組和快機組． ( 快機組: 為獲得平整的類似快機切割后的玷污牙本質表面，樣本用#600 沙礫的磨砂紙打磨并保持打磨后粘接面的濕潤; 激光組: 牙本質切片的粘接面用 Er∶YAG 激光的藍寶石輻射探頭均勻垂直輻射切割． ) 每組 20 個牙本質切片 5 例用于微觀形態學觀察，余 15 例用于樹脂粘接后微剪切粘接強度測試．
圖 1 樣本準備流程圖
1. 2. 1 低速精密切片機
制備牙本質切片采用美國 Isomet，Buehler，Lake Bluff IL 低速切片機．1. 2. 2 Er∶ YAG 激光治療儀采用日本東京長田 Erfine400 激光儀照射切割牙本質． 參數設置: λ = 2 940 nm，探頭是直徑為0. 6 mm 的接觸式藍寶石探頭，垂直照射模式; 100MJ / 脈沖， 每 脈 沖 為 30 μm、 10 Hz， 水霧冷卻模式．
1. 2. 3 掃描電子顯微鏡
(scanning electron micro-scope，SEM)使用日本東京電子株式會社 JSM-5310LV SEM( 附帶掃描圖像記錄系統) 觀察牙本質的微觀形態，并進行粘接破折面的分類統計．
1. 2. 4 萬能材料實驗機
測試微剪切粘接強度使用日本島津株式會社制的萬能材料實驗機． 該設備傳感器設置為 500 N，預載荷為 5 N，拉伸速度為 1 mm/min．1. 3 微剪切強度測試按照 SE Bond 粘接劑的使用說明，用表面處理劑和粘接劑處理粘接牙本質界面，在發光二極管( light emitting diode，LED) 光固化粘接劑前將內徑約 0. 8 mm，高約 0. 5 mm 的透明聚合玻璃纖維管平置于處理后的牙切片表面，光照 10 s 后，將 ClearfilAP-X 樹脂輕填到纖維管中形成樹脂柱，每個牙本質切片粘接 8 個樹脂圓柱，光固化 40 s 后移除透明聚合玻璃纖維管，再將樣本保存于 37 ℃ 的純凈水中． 依次在 24 h、7 d 和 6 個月后，用萬能材料實驗機測試微剪切粘接強度． 測試裝置示意圖如圖 2．測試前先將所有樣本在 30 倍光學顯微鏡下檢查． 若發現粘接面有縫、樹脂柱內有氣泡、有破折紋于粘接體內或粘接界面內，均被認為是粘接失敗的樹脂柱，不能用于粘接強度測試． 使用萬能材料實驗機測試可獲得樣本拉伸斷裂時的最大荷載，再通過換算可獲得粘接強度． 每組樣本測試 14 個樹脂柱，取中間的 10 個數據． 結果用統計產品與服務解 決 方 案 ( Statistical Product and Service Solu-tions，SPSS) 軟件 SPSS 13. 0 進行方差分析．
換算式為:
微剪切強度 = 最大載荷/試件截面積 (1)
圖 2 微剪切強度測試示意圖
1. 4 SEM 觀察
將需 SEM 觀察的牙本質樣本浸泡在體積分數為 10% 的福爾馬林中性緩沖液 24 h 后，經乙醇梯度脫水，再浸于六甲基二硅氮烷 30 min，在室溫下放置 24 h 徹底干燥，表面經噴金鍍膜后走查掃描電鏡觀察．測試后，所有牙本質樣本的粘接破折面都在SEM 下進行分類統計． 分類標準見表 1．
表 1 牙本質樣本分類標準
2。結果與討論
表 2 給出了各組的 10 個微剪切粘接強度的平均值及標準差． 其中，不同的上標字母表示了樣本組間有明顯差異 ( 標準差 P = 0. 05) ． 表 3 統計了各實驗組的微剪切粘接測試后的破折面 SEM 觀察結果． 其中，每組觀察 10 個樹脂柱，數值表示各組各種類型破折的樹脂柱數目，A、B、C、D、E為按照表 1 分類的 5 種類型的破折方式． 典型的激光切割面和粘接破折面的 SEM 圖像見圖 3．
表 2 SE Bond 粘接牙本質的微剪切力粘接強度1)
表 3 微剪切測試后不同破折面的 SEM 分析
2. 1 微剪切粘接強度
分別采用 SE Bond 粘接劑粘接修復快機切割和激光切割的牙本質，依次在浸水 24 h、7 d 及 6 個月后，測試各組的微剪切強度．由表 2 可見，采用 SE Bond 粘接劑粘接修復快機切割的牙本質，其微剪切強度無顯著差異; 但是激光組牙本質樣本的微剪切強度，雖然在浸水 24 h和 7 d 后無顯著變化，但在 6 個月后，微剪切強度為 ( 24. 863 ± 3. 060) MPa，明顯低于激光組在浸水24 h 及 7 d 后的結果，也低于快機組浸水 6 個月的粘接強度 ( 標準差 P ＜ 0. 05) ．
已有學者對 Er∶YAG 激光切割后牙本質的粘接強度做了大量實驗，主要針對激光照射牙本質的 24h 粘接強度進行測試［6-8］． 目前鮮見關于樹脂粘接激光切割后牙本質的遠期粘接效果的跟蹤評估． 關于激光切割牙本質的即刻粘接力，研究結果也差異較大． 如有研究人員用現臨床用的牙本質粘接劑修復激光照射牙本質獲得了較強的粘接力，但亦有人獲得了較低的粘接力［7-8］． 這些差異可能跟選用的粘接系統、粘接強度測試方法，甚至跟蹤測試所用時間相關．
圖 3 激光切割牙本質與破折面的 SEM 圖像
因此，本實驗用微剪切粘接力測試跟蹤記錄了6 個月的激光切割后牙本質的粘接強度． 通過比較24 h、7 d 和 6 個月的微剪切粘接強度， 討論 SEBond 處理 Er∶ YAG 切割牙本質的粘接效果的耐久性和穩定性．
微剪切力實驗是目前用于測試口腔材料粘接強度的最常用方法之一［12-14］． 該方法將樹脂柱粘接于平整的牙本質表面，避免了窩洞形態對樹脂聚合收縮對粘接強度的影響，測試前樹脂柱在顯微鏡下檢查并排除掉充填失敗的樣本，能較真實地反應牙本質與樹脂的粘接強度［13］． 實驗選用自酸蝕粘接系統 SE Bond，文獻［12，15］研究發現，該粘接系統在粘接快機切割后牙本質可獲得長期穩定可靠的粘接效果． 在本實驗中，SE Bond 粘接快機切割的牙本質，在 24 h、7 d 及 6 個月后的粘接強度均超過40 MPa，且無顯著差異，與文獻報道一致［12-13］． 但在 37 ℃ 的純凈水中儲存 6 個月后，激光組的粘接強度平均為 24 MPa，明顯低于快機組 6 個月以及激光組 24 h 和 7 d 的粘接強度．
次腐蝕層的存在可能是粘接強度降低的原因之一． 有報道激光切割后牙本質有微裂痕及微碎片的次腐蝕層的存在［3，5-6］，在文獻［5，9］的實驗中發現次腐蝕層表層耐酸性較高，表層下耐酸性較正常牙本質低，而且存在許多微裂紋，隨著時間推移，該層的弱耐酸性和微裂紋可能成為粘接滲漏的薄弱環節，這也可用來解釋本實驗在 SEM 下觀察到激光組粘接測試破折多發生在牙本質層的原因．粘接劑的有效滲透力能夠作為粘接強度下降的另一解釋． 有研究報道自酸蝕粘接劑在快機切割的牙本質可形成 10 μm 滲透混合層［9，12-15］． SE Bond的粘接處理劑為弱酸性，p H≈2. 2，無法完全滲透照射表層到達次腐蝕層 ( 厚度達 15 ～ 18 μm)［12-13］，不能形成有效的粘接混合層． 激光切割后牙本質表面滲透性低于快機切割牙本質［5，16］，且表層牙本質耐酸性提高．
2. 2 SEM 觀察
Er∶ YAG 激光切割后的牙本質在氣吹干燥后呈冷白色，無碳化或碎裂現象． 如圖 3 ( a) 和圖 3( b) 所示，在 1 500 倍或 5 000 倍 SEM 下觀察到輻射后牙本質表面粗糙、呈鱗狀裂片狀，但無碳化熔化，牙本質小管清晰顯示，呈突起 “袖口” 狀外觀． 圖 3 ( c) 為低倍掃描電鏡圖，顯示整個樹脂柱破折后的電鏡形態． 圖 3 ( d) 至圖 3 ( f) 是其對應的高倍掃描電鏡圖． 在掃描電鏡下，所有的實驗組都未見到單純的界面破壞樣本，絕大多數樣本為混合性破壞． 其中在快機組的粘接破折多為 A 型和C 型，激光組則以 B 型和 E 型破折多見． 如圖 3( e) 和圖 3 ( f) ，Er∶AYG 激光切割牙本質的粘接破折位置多位于粘接層與牙本質層之間，或者是在牙本質層內． 如圖 3 ( d) ，由快機組樣本結果可見，粘接破折類型中，以粘接層內破壞和粘接層與樹脂層間的破壞占多數． 此次微剪切粘接強度測試實驗還發現，激光照射后牙本質的粘接破折多發生在牙本質層內． 可見，次腐蝕層是整個粘接體系的薄弱環節，雙液型自酸蝕牙本質粘接處理劑 SE Bond 未在次腐蝕層達到有效滲透厚度，不能形成有效的滲透，更未形成牢固的樹脂牙本質混合層． 在激光切割牙本質的粘接修復過程中，15 μm 厚的次腐蝕層是粘接滲漏的薄弱環節［4-5］．
Er∶ YAG 激光切割牙本質后照射表面粗糙呈魚鱗片狀結構，這是因為 Er∶YAG 激光是通過牙體組織中的水分子吸收波長能量形成局部微爆炸區，達到切割牙體組織的目的［1-2］． 光熱作用和光消融作用被認為是 Er ∶ YAG 激 光 輻 照 的 主 要 反 應 機理［1，4，17-18］． Er∶ YAG 激光發射的波長 2 940 nm 為水吸收輻射的峰值，同時也能被羥磷灰石中的 OH 基很好地吸收． 輻照過程中，入射能量能被牙本質晶體結構和有機成分里的水分子高效吸收，導致突然升溫及水分蒸發并出現微爆現象，進而達到除去這些牙體組織的目的［1-2，19］． 微爆后的牙本質表面呈鱗狀裂片狀，照射面下方的牙體組織因吸收的能量不同而呈現不同的形態學特征． 因牙體組織中的水分子主要存在于纖維中，當 Er∶YAG 激光照射牙本質后，照射面下方牙本質層內的水分子也吸收激光能量，并發生膨脹汽化，因能量未達到切割要求，在照射面下方的牙本質層內表現為大量的微裂紋，這就是我們之前實驗中報道的照射面下方的次腐蝕層．
在次腐蝕層中的纖維結構也在 Er∶YAG 激光的熱效應下發生變性破壞［5］． 對于 Er∶ YAG 激光切割后的牙本質表面的粘接效果一直存在爭議． 有研究認為該表面粗糙，呈鱗片狀的形態結構更利于粘接單體樹脂的滲透，增強粘接力，但也有學者持相反觀點，認為鱗狀結構易碎、易破折，且 Er∶YAG 激光切割后的照射牙本質面下方存在激光腐蝕次層，該層帶有微裂痕及微碎片［3，5，16］． 這些因素均可能影響到即刻 粘接強度以 及粘接的 長效性和穩 定性［9-10，16，20］．
3.結語
通過對 SE Bond 粘接修復 Er∶YAG 切割牙本質的微剪切粘接強度的 6 個月跟蹤測試，推翻了本研究關于 SE Bond 可在激光切割的牙本質可獲得穩定可靠的粘接效果的假設． Er∶YAG 激光切割牙本質的表面形態和照射面下方存在的次腐蝕層，在臨床上勢必對粘接長期效果產生不利影響． 理想的激光照射后牙本質的粘接效果是粘接劑中的功能性聚合單體能完全滲透次腐蝕層并與次腐蝕層發生交聯、共聚合，與次腐蝕層的牙本質共同固化成可靠的粘接混合層． 可見，要解決當前所面臨的 Er∶YAG 切割牙本質的粘接修復問題，還需對激光切割后牙本質的理化性能和化學成分的改變做深層分析，從分子水平對功能性單體分子、聚合性單體分子在激光照射后牙本質的滲透、螯合和聚合機制作出合理解釋，Er∶YAG 激光切割后牙本質的粘接需要用專門的酸蝕及粘接界面處理方法，方能獲得穩定長效的粘接效果，進而促進牙科激光在臨床上的推廣應用［2，20］．
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
