瓷修復體粘結托槽前表面處理方法的臨床應用及研究回顧

目前很多的成人患者在進行正畸治療，相對于青少年患者他們口內牙齒狀況復雜，因此正畸醫生要面對不同材料的修復體諸如汞合金、黃金、復合樹脂和陶瓷等，其中各種材料的陶瓷修復體因其具有良好的生物相容性、電絕緣性、耐酸堿腐蝕性和接近于人牙釉質的熱傳導系數，因此用其制作全冠、橋、貼面及樁核等全瓷修復體不僅可以逼真地模擬真牙的層次感和乳光效應，而且可在復雜的口腔化學和生物環境中穩定地保持良好的修復狀態。但是正畸臨床醫生面對的最主要的問題就是如何在陶瓷表面上粘結托槽時能夠提供穩固的粘結強度，同時在托槽去除后瓷修復體能否繼續使用。因此，有很多學者提出通過對不同陶瓷表面采取不同的處理諸如表面粗化(酸蝕、噴砂、機械打磨、激光蝕刻)、硅烷偶聯劑及硅涂層處理等技術來達到適宜的托槽與陶瓷的粘結強度。本文就不同的表面處理方法對托槽與托槽的粘結強度的影響作一綜述。

1陶瓷的表面粗化處理

正畸托槽粘結中相對薄弱的環節是陶瓷與樹脂之間的粘結。提高陶瓷、樹脂的粘結強度是確保正畸治療成功必須解決的問題。陶瓷的粘結主要依靠與樹脂間的物理機械嵌合作用和化學粘結作用。表面粗化處理是依靠機械的或化學作用在光滑的瓷表面形成顯微固位結構，擴大粘結作用面積、活化表面，提高表面自由能[1]，陶瓷表面微孔結構以及與滲入的樹脂粘結劑相互合成形成機械鎖結等，從而增強了瓷與樹脂的粘結。有研究認為有效正畸粘結強度應為6～8MPa[2]。陶瓷的粘結主要依靠與樹脂間的物理機械嵌合作用和化學粘結作用。表面處理技術是依靠機械的或化學作用在光滑的瓷表面形成顯微固位結構，擴大粘結作用面積、活化表面，提高表面自由能[3]，陶瓷表面微孔結構以及與滲入的樹脂粘結劑相互合成形成機械鎖結等，從而增強了瓷與樹脂的粘結。目前已有的表面處理技術方法包括機械法和化學法兩種手段:前者包括了酸蝕(Etching)、噴砂(Sandblasting)、機械打磨(Roughening with bur)、激光輻照(Laser irradiation)，后者包括了硅烷偶聯劑(Silane coupling agent)的處理和化學摩擦法處理技術(Ttibochemical silica coating process)等。

1.1機械物理法

1.1.1酸蝕:是目前處理硅酸鹽基陶瓷最常用的粗化法之一，主要原理是使陶瓷表面產生多微孔的結構，這樣可以直接提高陶瓷與樹脂粘結劑的機械固位，另外，酸蝕還可以減少微滲漏，也可以增加微孔的尺寸，這樣使得陶瓷表面微裂間隙的底部變的圓鈍，這樣可以減少應力的集中。目前常用的陶瓷酸蝕劑有氫氟酸(HF)、磷酸(H3PO4)、二氟化銨(ammonium bifluoride)、酸化的磷酸鹽氟化物(acidulated phosphate fluoride，APF)等。有學者對上述不同的酸蝕劑處理效果的比較研究，發現HF酸蝕陶瓷表面后和樹脂的粘結強度最高最穩定，它能夠選擇性地去除陶瓷中的玻璃基質并暴露出晶體結構，從而獲得良好的表面質地和粗化效果[4]。由于長石質的陶瓷結構式有交錯的四面晶體和無定形的玻璃基質組成，其中含有未溶解白榴石晶體、長石、氧化鋁和石英等，而不同產品的晶體數量、直徑和分布均影響酸蝕后微孔結構的形成。因此對于富含長石質的硅酸鹽的陶瓷類產品，低濃度的HF先酸蝕了白榴石晶體，之后是硅石、長石、玻璃基質，最后是氧化鋁晶體。而在氧化鋁或氧化鋯的陶瓷產品中，因為僅包含少量的白榴石晶體，這可能會降低氫氟酸酸蝕的效果，也就限制了HF酸蝕時形成的固位力的微孔。目前用于瓷面酸蝕常用的酸濃度為9.6%HF酸溶液，應用時間在2～3cm，但是在這一范圍內，提高了HF的濃度和延長酸蝕時間則可以形成更大更深的微孔形態，粘結強度會相應增加[5]。過度的酸蝕同樣會損害有效的粘結，原因可能是造成陶瓷成分過多的喪失或在表面形成松散的薄弱結構。由于氧化鋁瓷和氧化鋯瓷中玻璃基質含量很少，所以酸蝕對氧化鋁瓷的侵蝕效果不如對硅酸鹽瓷明顯，而對氧化鋯瓷的粘結幾乎沒有促進作用[6]，這是由于在增加氧化鋁含量的同時也增加了陶瓷的強度和耐磨度，因此降低了HF酸蝕的效果。臨床應用中需要注意的是HF為一種有強烈腐蝕性和毒性的強酸，同時又具有揮發性，這使得其在口內應用時對患者存在潛在的灼傷危險，在實際操作中必須小心謹慎，隔離操作區域，避免和口腔內的軟、硬組織接觸。市場上的HF有溶液劑型和凝膠劑型，對于臨床操作來講，凝膠劑型流動性小，便于限定和控制作用范圍，使操作更加方便安全。

1.1.2噴砂(顆粒氣體磨蝕):是使用氧化鋁或玻璃珠在一定的噴射壓力下沖擊作用到陶瓷表面，形成凹凸不平的表面，增加了粘結表面積，從而增加陶瓷和樹脂的粘結強度。玻璃珠噴砂一般用于金屬鑄造體，由于其硬度較氧化鋁低，故不易使陶瓷表面粗糙。氧化鋁噴砂可以有效粗化陶瓷表面，其顆粒的直徑通常選擇為50μm或110μm，空氣壓力0.4 MPa左右。Chung等[7]認為經過粒度為50μm的氧化鋁處理20s后，瓷和樹脂的剪切粘結強度由2.4MPa增至14.9MPa。盡管有學者[8]認為經過噴砂的陶瓷表面能夠增加與樹脂的粘結強度，但是也有學者[9-10]認為單純的噴砂處理得不到令人滿意的粘結強度。目前大多數的學者認為結合酸蝕處理能夠得到良好的粘結效果，同時可以縮短HF的酸蝕時間并增加了蝕刻后的效果[11-14]。有研究顯示，噴砂時的壓強過大、時間過長和距離也不宜過近，相對于50μm的氧化鋁顆粒，250μm的氧化鋁顆粒將導致陶瓷表面碎片的形成和大量陶瓷成分的丟失，對修復體的粘結邊緣封閉性和適合性都是有害的，因此，對硅酸鹽類陶瓷在粘結前處理不推薦使用噴砂[15-16]。由于口腔臨床應用的陶瓷貼全瓷等修復體大多是在高溫耐火材料上堆砌瓷粉燒結而成，在完成燒結后需要去除高溫耐火材料，此時的噴砂處理則是非常必要的。

1.1.3機械打磨:是指利用手工打磨或機械打磨的方式對光滑的陶瓷表面進行粗化。由于處理效率低下，打磨的深淺程度不易掌握，形成的微觀形態并不理想，同時它加大了導致陶瓷內部微裂的形成和陶瓷裂紋擴展的危險，因此臨床上不推薦使用[17-18] 。

1.1.4 激光蝕刻處理:常見的激光類型分為Nd:YAG、CO2和Er:YAG。在正畸中，Nd:YAG、CO2和Er:YAG激光用來預處理牙釉質表面進行正畸粘結[19]。使用CO2激光在處理過程中可以使瓷面產生熱效應，形成典型的貝殼狀破損。其原理是利用激光的瞬間高溫或壓強作用破壞局部陶瓷晶體及玻璃基質，從而使陶瓷表面局部溶解和氣化，在起到清潔和干燥作用的同時獲得表面均勻一致的點狀倒凹結構，使得表面粗糙度增大，表面積增加，粘結強度也隨之增大，可以提供瓷與樹脂的機械固位[20]。有學者[21]研究指出，當使用適當的能量激光照射陶瓷表面后，在電鏡觀察下發現陶瓷表面形成了大小不等的淺凹坑，具有較好的粗化表面效果，有與HF作用性比相似的粘結強度，可以考慮代替HF蝕刻陶瓷表面進行樹脂粘結。也有的體外研究表明，合適的激光能量照射陶瓷表面后，瓷面與復合樹脂之間的抗剪切粘結強度有較大提高[22]，有學者研究2W的CO2激光用超級脈沖模式對正畸托槽粘結是有效的，粘結強度比正磷酸、噴砂都要高，為達到更高的粘結強度，硅烷可與2W激光同時使用[23]。

2化學法

2.1硅烷偶聯劑的應用:硅烷偶聯劑提高瓷修復體與托槽間粘結強度的機制主要是媒介化學鍵的形成，它可在陶瓷表面形成化學共價鍵和氫鍵的結合，這也是樹脂和硅酸鹽陶瓷粘結牢固的主要因素[24-25]。硅烷是一種雙性功能鍵分子，它在與樹脂的聚合過程中，與樹脂基質中的甲基丙烯酸酯基團產生聚合反應，同時陶瓷表面的硅羥基基團Si-OH與硅烷偶聯劑水解形成的Si-OH之間產生縮合反應，形成Si-O-Si鍵和副產物水[26]。使用硅烷偶聯劑還可減少邊緣微漏，減小粘結劑解于唾液中的可能性，從而使陶瓷的遠期粘結效果也得到了提高 [27]。有人認為偶聯劑還可以通過潤濕陶瓷表面，促使樹脂更深更完全地穿透陶瓷表面微孔輔助提高粘結強度，即使偶聯潤濕性能顯著提高，樹脂粘結劑能夠滲入微小的凹凸結構中，其固化后在瓷與樹脂之間形成機械嵌合。有學者指出如果單純使用化學方法處理陶瓷表面不能獲得足夠的粘結強度，或者從長期試驗觀察看其穩定效果也差強人意，因此在陶瓷表面進行機械處理方式是必要和必須的[28-30]。當然也有學者研究指出，如果單純使用硅烷偶聯劑對氧化鋁瓷并沒有化學粘結作用，而且對噴砂后的氧化鋁表面只有潤濕效果，因此只有對氧化鋁陶瓷表面進行噴涂燒結硅涂層可以與硅烷偶聯劑和樹脂發生化學結合[31]，但是上述操作過程和制備工藝復雜，所需設備昂貴等特點限制了其在臨床上的廣泛應用。即使偶聯劑與瓷表面沒有發生化學反應，這種潤濕促進效果依然存在。在掃描電鏡下觀察高度磨光的瓷表面仍然存在凹凸不平，但瓷表面潤濕性已經大幅度降低，由于表面張力的存在，粘結樹脂難以滲入其中。經偶聯劑處理之后，陶瓷表面的潤濕性大大增加，使得與樹脂的粘結強度也相應增加[32]。

由于硅烷偶聯劑在酸性催化條件下可以明顯改善陶瓷和樹脂的粘結性能，因此在硅烷偶聯劑中通常還含有少量酸性成分，有助于激活和加速硅氧鍵形成，一方面可防止水解產物的失效，同時含有的酸性單體又可與瓷成分中的Al2O3等發生結合。臨床上常用的酸性單體包括:MDP，4-META及MAC-10等。而在近年來推出的一些新型的雙組分的陶瓷偶聯劑，一個組分是單純硅烷偶聯劑溶液，另一組分含有較強酸性的有機酸，雙組分的偶聯劑混和后能在短時間內催化γ-MPS分子一端的甲氧基水解形成硅醇基團(Si-OH)，涂于瓷表面與SiO2表面的羥基縮合，在瓷與樹脂之間建立良好的偶聯，其化學粘結強度通常可達到25MPa以上[33]。雖然有研究報道硅烷偶聯劑可大大增加粘結強度，但是在大多數研究中，硅烷偶聯劑不單獨使用，而被作為一種粘結增強劑用來增加瓷表面粘結強度[34-36]。目前市場上的Rocatec(3M ESPE)為氧化鋁陶瓷表面提高的化學硅涂層和硅烷偶聯劑所獲得的粘結強度要優于其他的表面處理。

2.2摩擦化學硅涂層技術(silica coating):目前牙科全瓷體系按主要成分不同可分為硅酸鹽基陶瓷、氧化鋁基陶瓷和氧化鋯基陶瓷類。由于氧化鋁基陶瓷表面缺乏Si-OH基團無法與硅烷偶聯劑形成化學鍵，因此需要進行表面改性以增加氧化硅的含量[37]。基本操作過程:使用30μm粒度硅酸改性的氧化鋁顆粒噴砂表面，當外部包有二氧化硅的氧化鋁顆粒挾著巨大的能量撞擊到需要被硅化的物體表面時，在局部表面產生高溫，從而導致晶態的硅酸在物體表面發生燒結。而硅化后的表面此時再進行硅烷化處理就使得陶瓷表面與樹脂更易產生化學結合。所以改性的目的是為了增加陶瓷表面的Si-OH基團含量，從而使硅烷偶聯劑的功效得以發揮，其實質是機械-化學結合共同作用的結果。從20世紀90年代開始，熱解法(pyrolytically)和化學摩擦法(tribochemically)被應用于牙科氧化鋁陶瓷的硅涂層處理，但這兩種傳統工藝均存在技術要求復雜和設備耗材昂貴等缺點因而難以得到普及應用，這就要求必須尋找一條簡便有效的方法將其代替[38-39]。隨著技術的進步，出現了溶膠凝膠法(sol-gel)，它是一種快速發展的表面工程技術，經實驗證明當采取sol-gel法在氧化鋁基陶瓷表面形成了納米硅涂層后，可以顯著提高In-Ceram氧化鋁基陶瓷的粘結強度[40-41]。目前市場上主要商品體系有Silicoater MD系統(Heraeus，德國)，Rocatec系統(3M ESPE，美國)和PyrosilPen技術(Sura Instruments，德國)。

4小結

由于陶瓷材料的組成成分不同，因此其表面處理的選擇也是不同的。對于正畸醫生面對不同陶瓷材料制作的修復體粘結托槽時，一般情況下，由硅酸鹽基陶瓷材料制成的金屬烤瓷冠(橋)，可采用酸蝕、噴砂或打磨來進行托槽粘接，而對由氧化鋁基陶瓷和氧化鋯基陶瓷材料制成的全瓷冠(橋)進行托槽粘結時，建議使用噴砂/打磨+硅涂層/偶聯劑+樹脂粘結劑的表面處理方法進行托槽的粘結。臨床上無論使用何種表面處理方法，都會不可避免地對陶瓷表面產生微裂甚至修復體的破壞，因此，在保證獲得足夠托槽粘結強度的同時，選擇對陶瓷表面破壞最小的處理方法以利于拆除矯治器后能對瓷修復體表面進行研磨拋光等。今后的粘結方法發展趨勢是操作簡便、對陶瓷表面破壞程度小、粘結效果可靠的用化學粘結來取代物理機械結合的處理方法。

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[收稿日期]2010-02-26 [修回日期]2010-04-06

編輯/李陽利