不同處理方法對金屬與復合樹脂粘結強度影響的研究

陳宇

隨著烤瓷冠、橋修復在臨床的應用越來越廣泛,由于各種原因造成脫瓷、崩瓷成為臨床上經常遇到的問題。由于金屬與瓷層的界面是金屬烤瓷的薄弱環節,所以大量的崩瓷現象發生在該界面,導致金屬基底面暴露。因此,金瓷修復體崩瓷的口內修補成為有待解決的課題。本實驗模擬臨床口內崩瓷復合樹脂粘結修復過程,采用三種不同方法對鎳鉻合金處理后,應用 Voco Cimara崩瓷復合樹脂修復系統粘結修復,并分別測定其剪切強度,評價復合樹脂修復中不同方法對金屬與復合樹脂剪切粘結強度的影響。旨在為臨床修補金瓷修復體提供一種新的表面處理方法。

1 材料與方法

1.1 材料與測試儀器 鎳鉻合金(鎳 60.98%、鉻 23.8%、鉬11.3%、硅 1.9%、鐵 1.4%,Heraeus Kulzer Co,LTD,Germanny)、30μm Al2O3砂粒 (3M ESPE Cojet,Germanny),口內噴砂儀(DENTO-PREP,Germanny),金鉬試樣預磨機(中國上海),光固化燈(Siona,Germanuy),材料力學試驗機(CSS-44020),金屬處理劑：alloy prime(Kuraray Co,LTD,Japan),崩瓷樹脂修復系統：Voco Cimara(Voco,Germany)：Voco Opaquer LC金屬遮色劑、Voco Cimara Arabesk Top復合樹脂。

1.2 合金試件的制備 (1)試件制備：制作蠟型,包埋鑄造,獲得 40個直徑為10mm,高為 3mm的鎳鉻合金金屬塊。在可拆分圓柱體金屬模具內填滿自凝樹脂后,將合金金屬塊固定在樹脂內,金屬表面暴露。樹脂固化后,將模具打開,取出合金試件。(2)試件表面處理：模擬烤瓷冠制作過程中基底冠的表面處理,550 r/m in的金相試樣預磨機上,用 150目碳化硅砂紙,流動水沖洗狀態下對每個試件表面均勻打磨 10m in,沖洗吹干。打磨過程中采用定制的模具控制打磨方向,保證打磨后的試件圓柱體底面與軸線垂直,以保證剪切過程中剪切刀具方向與金屬 -復合樹脂界面一致,不因受側向阻礙而增大所測得剪切力。在所有試件表面貼一直徑 7mm的帶孔膠帶,以限定粘結面積。

1.3 實驗分組 將所有試件隨機分為 4組,每組 10顆。對照組：金屬表面 37%磷酸酸蝕 1m in。alloy primer組：按說明將alloy p rimer均勻涂布一薄層于暴露的金屬表面,放置 30 s。激光組：用激光進行處理,處理參數為：電流18A,掃描速度30mm/s,頻率 1 000 Hz,疏密 0.34,照射 30 s。噴砂組：噴砂處理,30μm Al2O3砂粒距離 0.5 cm,氣壓為 0.5MPa,時間為4min。

1.4 粘結方法 所有試樣由同一醫師按要求對合金處理后完成修補。修補程序如下：(1)合金處理端表面涂布 0.4 mm左右遮色層,光照固化 40 s。(2)涂薄層粘結劑,光照固化 20 s。(3)樹脂瓷完成修補(厚度不超過 2mm),光照固化 40 s。操作過程中注意光照角度及部位,確保光照充分,固化完全。修補后試件浸于 37℃蒸餾水中恒溫保持24 h,進行剪切強度測試。

1.5 剪切強度測試 測試時將試樣固定后處置于載物架上,剪切刀具沿修補材料與合金處理端結合面的方向加載。速度為 0.5mm/min,直至試樣斷裂,儀器自動記錄下此時對每個樣本施加的剪切力值。進而根據斷裂面積計算剪切強度,即修補材料與合金的結合強度。修補材料與合金的結合強度按下式計算：P=F/S。式中：P為修補材料與合金的結合強度(MPa);F為試件斷裂時的載荷(N);S為修補材料斷裂面積(mm2)。

1.6 體視顯微鏡下觀察粘結試樣斷裂模式及斷口形貌。

2 結果

2.1 剪切強度結果 Alloy primer組和激光組所獲得的鎳鉻合金與復合樹脂間剪切強度顯著高于對照組(P＜0.05);噴砂組所獲得的鎳鉻合金與復合樹脂間剪切強度與對照組差異無統計學意義(P＞0.05);alloy p rimer組和激光組差異無統計學意義(P＞0.05)。見表 1。

表 1 不同方法處理劑處理后鎳鉻合金與復合樹脂間強度n=10,MPa

2.2 粘結試樣斷裂模式 20倍 OPTON體視顯微鏡下觀察到激光組和噴砂組各有 2例試件呈現混合性破壞,即斷裂部分發生于粘結界面,呈粘結斷裂模式,另一部分發生于修補材料自身,呈現內聚型破壞模式。其它金屬與復合樹脂的剪切斷面均位于金屬 -復合樹脂粘結界面,且斷面光潔,無修補材料附著。

3 討論

烤瓷冠橋修復已成為牙體缺損和牙列缺損固定義齒修復的最常用方法。但因金瓷質地較脆,瓷體金屬底層粘結不佳,常出現崩瓷現象,據統計占烤瓷冠橋修復失敗的 21.4%[1]。現在許多學者對崩瓷后的修復作了大量的研究,但都集中瓷的表面處理對粘結的影響,或對不同的瓷修復系統進行實驗室比較[2]。金屬的處理及粘結一直是瓷修補的難點。由于影響粘結強度的因素很多,目前對金屬-樹脂界面的最低結合強度尚無明確規定。

金屬處理劑 alloy primer中含有 MDP-甲基丙烯酰氧葵基磷酸酯,屬于磷酸酯類粘結劑,雙鍵一端通過 Bis-GMA單體與復合樹脂產生共聚,另一端其磷酸酯基團與金屬表面氧化膜中的氧原子進行本位結合及氫鍵結合。從而將復合樹脂與金屬連接成一個整體。金屬處理劑 alloy primer中還含有主要針對貴金屬合金的 VBATDT-硫羰酸類粘合性單體,其SH基團可直接與貴金屬表面建立化學鍵連接,乙烯基團與樹脂粘結劑連接,形成功能整體,對這一點起了彌補作用,從而對貴金屬合金同樣能增加金屬 -復合樹脂間的剪切強度。本實驗使用的為 Nd：YAG激光器,其工作物質是釔鋁石榴石(Y3Al5O12)晶體中摻入質量分數為 1.5%的釹制成的。Y3Al5O12在外界泵浦的激勵下很容易在亞穩態和某一激發態之間形成粒子數反轉,因而產生受激輻射形成激光。激活介質對激光具有放大作用[3]。激光處理后表面形貌可見合金表面呈現風格狀結構,風格線凹陷,由若干凹坑狀邊緣規則的脈沖點子連接而成,未處理部位則相對平坦[4]。口腔內的環境決定了口內噴砂的強度較弱,所用噴砂材料的顆粒較小,而且噴砂所用壓力也較低,這樣的噴砂條件作用在堅硬的鎳鉻合金表面形成的有利于粘結的孔洞較小而淺。使合金表面達到一定的粗糙度,增強與修補材料之間的結合。盡管如此,樹脂與合金之間的粘結效果與瓷相比仍不理想。

粘結強度是評價粘結效果的直接指標。金屬與復合樹脂主要通過物理機械連接與化學鍵連接來建立粘結。物理機械連接是通過對金屬表面粗化處理而獲得。化學鍵的形成主要依賴于各種崩瓷修復系統的處理劑、粘結劑獲得,一般都是含雙功能基團的化學物質,起到偶聯作用。本實驗應用激光和金屬處理劑alloy primer處理后,與樹脂粘結強度較對照組、噴砂組顯著增大,表明二者對金屬表面有良好的粗化作用并與樹脂能形成良好的機械連接。本實驗中采用 30μm Al2O3進行了試件表面噴砂粗化處理,未形成足夠的基底面粗糙度。雖比對照組的粘結強度有所提高,但無顯著性差異。本實驗激光組和金屬處理劑alloy primer試樣各有 2例斷裂發生于修補材料自身,而非金屬與修補材料業結界面上,亦揭示金屬與修補材料之間形成了理想的結合。而噴砂組斷裂全部發生于金屬與修補材料界面上,結合強度明顯低于修補材料內聚力。試樣的斷口形貌分析揭示,激光組和金屬處理處理劑alloy primer對合金表面的處理效果優于噴砂處理,與剪切粘結強度測試結果吻合。

1 馬軒祥.我國瓷修復的問題與展望.中華口腔醫學雜志,1999,34：261-263.

2 Van dervyver PJ,Wet FA,Botha SJ.Shear bond strength of five porcelain repair systems on cerec porcelain.SADJ,2005,60：196-198.

3 乍瀟,趙信義,施長溪,等.表面狀態對酒精 -水基粘結刺粘結界面影響的 TEM研究.現代口腔醫學雜志,2004,18：507-509.

4 史言利,牟月照.Nd：YAG激光在瓷修補表面處理中應用的實驗研究.口腔頜面修復學雜志,2006,7：24-26.