氯離子對兩種鈷鉻合金修復體離子析出行為的影響

李莉 連文偉

（1江西省萍鄉市第四人民醫院口腔科 萍鄉337000；2南昌大學附屬口腔醫院 江西南昌330006）

口腔是一個復雜的微生態環境，唾液是一種良好的電解質溶液，合金修復體長期在口腔中與唾液接觸會發生電化學反應而析出金屬離子，而金屬離子的析出與合金的腐蝕密切相關。由于個體飲食習慣的差別，口腔唾液中氯離子的濃度也有差異，尤其在一些有高鹽飲食習慣地區的人們口腔中氯化鈉濃度水平較高。氯離子濃度增高時可對金屬材料的腐蝕造成很大影響[1]。激光快速成形技術（laser rapid forming technology，LRF）是一種發展快速的新型金屬加工技術，避免了傳統鑄造技術步驟繁瑣、加工周期長、易吸入雜質元素等缺點，可顯著提高口腔金屬修復體制作的效率和材料的性能[2]。鈷鉻合金生物相容性較鎳鉻合金更好，且機械性能優良、價格適中，在臨床上得到了廣泛的應用。目前主要有兩種加工方式：即使用激光快速成形技術制備的鈷鉻合金和使用鑄造技術制作的鈷鉻合金。本實驗主要研究在不同氯離子濃度的人工唾液中，對鑄造Co-Cr合金和LRF Co-Cr合金試件中的鈷、鉻離子析出行為進行研究和對比，進而評價這兩種Co-Cr合金的抗腐蝕性能。現報道如下：

1 材料和方法

1.1 材料與儀器 鈷鉻合金：兩種鈷鉻合金試件均使用德國BEGO公司生產的鈷鉻合金配比，成分如下：Co：61%，Cr：26%，Mo：6%，W：5%，Si：1%，Fe 0.5%，Ce：小于1%；激光快速成形系統（廣東鹍鵬義齒加工廠提供）；電感耦合等離子質譜儀（珀金埃爾默Optima 5300 DV，美國珀金埃爾默股份有限公司）；電熱恒溫水浴箱（HWS12型，上海一恒科技有限公司）；人工唾液。

1.2 試件的制備和處理 委托廣東鹍鵬義齒加工廠，使用激光快速成形技術并參照德國BEGO公司生產的鈷鉻合金組成成分及配比，制造10 mm×1 mm×2 mm的鈷鉻合金試件24塊。再使用鑄造的方法制備同種成分及組成的鈷鉻合金試件24塊，規格為10 mm×10 mm×2 mm。單個試件表面積為2.8 cm2。將所有試件依次用 180、320、400、800、1 000目的耐水砂紙打磨后再用金相砂紙打磨并拋光，將試件用丙酮和乙醇進行脫脂、消毒，蒸餾水超聲清洗5 min后放入恒溫培養箱中干燥，自然冷卻后備用。

1.3 配制人工唾液 腐蝕介質為人工唾液，配方采用ISO/TR10271標準，成分如下：NaCl 0.4 g/L、KCl 0.4 g/L、CaCl2·2H2O 0.795 g/L、NaH2PO4·2H2O 0.78 g/L、Na2S·2H2O 0.005 g/L、尿素 l g/L，加蒸餾水定容至1 L。用NaCl將人工唾液分別調整為0.9%、2.0%和3.0%三種不同氯濃度的腐蝕溶液，pH值均為6.8。所用試劑均為國產分析純試劑（天津市風船化學試劑科技有限公司）。將配制好的腐蝕溶液高壓消毒后保存。

1.4 離子析出實驗 使用醫用尼龍縫線將準備好的試件懸掛后放入帶蓋的無菌容量小瓶中，每瓶1件，試件不與容量瓶接觸，每瓶中分別加入0.9%、2.0%及3.0%氯化鈉濃度的人工唾液各5 ml，使試件完全浸泡在腐蝕溶液中，進行靜態浸泡。合金試件表面積與浸提液體積比為0.56 cm2/ml（國際標準化組織相關實驗的試件表面積與析出實驗所在介質之比規定為0.5～6 cm2/ml）。再準備8個無菌容量小瓶，每瓶各加入0.9%氯離子濃度的人工唾液5 ml作為陰性對照組。將容量瓶編號并密封后放于37℃恒溫箱內，進行各種設定條件下的鈷、鉻離子析出實驗。

1.5 合金浸提液的檢測 于試件浸泡后第7、14、21、28、35、42、49、56 天時分別取出瓶內合金試件，將浸提液密封后待測。所有合金浸提液樣品及對照組樣品均采用電感耦合等離子質譜儀（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS） 檢測其中的鈷、鉻離子析出濃度，每個樣品測量3次，取平均值。將樣品中的離子濃度減去陰性對照組中相應的鈷、鉻離子濃度，所得的差值即為樣品中該金屬離子實際析出的量，檢測標準液來自國家標準物質中心。

1.6 統計學分析 將樣品中的離子析出濃度除以浸泡比例（0.56 cm2/ml）即得到每平方厘米表面積的鈷鉻合金表面的鈷、鉻離子析出量。對2種合金在不同氯濃度人工唾液中的離子析出量應用SPSS15.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果

2.1 鈷離子析出量 見表1。

2.2 鉻離子析出量 見表2。

表1 不同氯濃度人工唾液中的鈷離子析出量（μg/cm2，±s）

表1 不同氯濃度人工唾液中的鈷離子析出量（μg/cm2，±s）

注：與 0.9%NaCl組相比，*P＜0.05；與 2.0%NaCl組相比，#P＜0.05；與 LRF 鈷鉻合金＋2.0%NaCl組相比，△P＜0.05；與 LRF 鈷鉻合金＋3.0%NaCl組相比，★P＜0.05；與第7天鈷離子析出量相比，▼P＜0.05。

時間 LRF+0.9%氯離子 LRF+2.0%氯離子 LRF+3.0%氯離子 鑄造+0.9%氯離子 鑄造+2.0%氯離子 鑄造+3.0%氯離子7 d 14 d 21d 28 d 35 d 42 d 49 d 56 d 0.038 0±0.000 6 0.054 3±0.001 2 0.077 1±0.001 1 0.108 9±0.001 9▼0.107 5±0.001 6 0.106 1±0.002 1 0.105 5±0.001 8 0.104 5±0.001 6 0.040 2±0.000 6 0.057 7±0.001 1 0.082 3±0.001 6 0.115 9±0.002 5▼0.114 6±0.002 6 0.113 9±0.001 8 0.113 2±0.002 0 0.112 3±0.001 9 0.072 5±0.001 2*#0.107 5±0.001 6*#0.152 1±0.002 2*#0.215 7±0.003 1*#▼0.214 5±0.003 5*#0.213 4±0.003 2*#0.212 9±0.003 0*#0.211 3±0.003 0*#0.042 0±0.000 7 0.061 4±0.001 2 0.087 0±0.001 2 0.123 6±0.002 5▼0.122 9±0.001 9 0.121 8±0.001 8 0.120 7±0.001 8 0.119 8±0.002 0 0.057 3±0.000 8△0.084 5±0.001 1△0.120 7±0.002 3△0.167 9±0.002 8△▼0.166 8±0.002 4△0.166 1±0.002 4△0.164 8±0.002 5△0.165 2±0.002 6△0.129 3±0.001 8*#★0.184 3±0.002 6*#★0.256 4±0.004 0*#★0.337 9±0.004 3*#★▼0.337 3±0.004 1*#★0.337 5±0.005 0*#★0.336 1±0.004 1*#★0.334 1±0.004 2*#★

表2 不同氯濃度人工唾液中的鉻離子析出量（μg/cm2，±s）

表2 不同氯濃度人工唾液中的鉻離子析出量（μg/cm2，±s）

注：與 0.9%NaCl組相比，*P＜0.05；與 2.0%NaCl組相比，#P＜0.05；與 LRF 鈷鉻合金＋2.0%NaCl組相比，△P＜0.05；與 LRF 鈷鉻合金＋3.0%NaCl組相比，★P＜0.05；與第7天鉻離子析出量相比，▼P＜0.05。

時間 LRF+0.9%氯離子 LRF+2.0%氯離子 LRF+3.0%氯離子 鑄造+0.9%氯離子 鑄造+2.0%氯離子 鑄造+3.0%氯離子7 d 14 d 21d 28 d 35 d 42 d 49 d 56 d 0.002 3±0.000 1 0.003 2±0.000 1 0.004 6±0.000 2 0.006 4±0.000 2▼0.006 3±0.000 2 0.005 9±0.000 2 0.005 5±0.000 1 0.005 4±0.000 2 0.002 5±0.000 1 0.003 6±0.000 1 0.005 0±0.000 3 0.007 0±0.000 2▼0.006 6±0.000 3 0.006 4±0.000 2 0.006 3±0.000 2 0.005 9±0.000 3 0.004 6±0.000 2*#0.006 8±0.000 2*#0.009 6±0.000 4*#0.013 8±0.000 6*#▼0.013 4±0.000 4*#0.013 0±0.000 4*#0.012 7±0.000 5*#0.012 3±0.000 5*#0.002 7±0.000 1 0.003 9±0.000 1 0.005 7±0.000 2 0.008 0±0.000 3▼0.007 5±0.000 2 0.007 3±0.000 3 0.007 1±0.000 2 0.007 0±0.000 2 0.003 6±0.000 1△0.005 2±0.000 2△0.007 3±0.000 2△0.010 2±0.000 3△▼0.009 8±0.000 3△0.009 5±0.000 3△0.009 1±0.000 4△0.008 9±0.000 3△0.007 5±0.000 4*#★0.011 6±0.000 3*#★0.015 9±0.000 7*#★0.022 7±0.001 2*#★▼0.022 3±0.000 8*#★0.022 1±0.000 6*#★0.021 8±0.000 7*#★0.022 0±0.000 7*#★

2.3 分析 同種方法成形的試件，隨著氯離子濃度升高，樣本中的鈷、鉻離子析出濃度也增高，表1和表2顯示，當氯化鈉濃度升高到3.0%時，兩種合金試件中的鈷、鉻離子析出量增加，與0.9%和2.0%氯化鈉濃度的離子析出量相比，離子濃度差異有統計學意義（P＜0.05）。在氯離子濃度相同的人工唾液中，LRF Co-Cr合金中的鈷、鉻離子析出量均低于鑄造Co-Cr合金，當氯離子濃度為2.0%和3.0%時的各個時間點上，LRF Co-Cr合金中的鈷、鉻離子析出量均低于鑄造Co-Cr合金，兩者的離子濃度差異有統計學意義（P＜0.05）；當氯離子濃度為0.9%時兩者的離子濃度差異無統計學意義（P＞0.05）。隨著時間的延長（前4周），鈷、鉻離子析出量逐漸增加，差異有統計學意義（P＜0.05）。

3 討論

口腔是一個動態的環境，唾液是稀電解質，合金修復體長期在口腔中與唾液接觸會發生腐蝕并析出金屬離子，引起機體產生不良的生物反應，產生組織細胞損害甚至造成過敏、致癌等嚴重后果[3]。口腔內合金修復體釋放的金屬離子可使牙齦和牙周出現局部組織不良反應，金屬離子析出的量與機體的反應程度呈正相關[4]。因此，通過研究合金中的金屬元素析出行為可反應合金的抗腐蝕性能。

氯在我們日常飲食中廣泛存在，由于個人飲食喜好的不同，口腔唾液中的氯離子濃度也有差別。在嗜好咸食的人群中，其口腔唾液中的氯離子濃度經常會高于常人。有人統計了各種烹飪食品中的含鹽量可從0.8%～7.2%不等，其中的菜肴類食品含鹽量可達到1.5%～2.0%[5]。由于氯離子是一種半徑小、活性強的鹵素陰離子，能置換金屬表面的氧原子，與金屬離子結合后形成可溶性氯化物，使金屬表面的鈍化膜發生局部溶解，加快金屬的腐蝕。在一定范圍內氯化鈉濃度越高，金屬的腐蝕越嚴重。

因此本試驗選擇了在人工唾液中氯化鈉的濃度由正常的0.9%升高到2%和3%（接近海水的濃度）的條件下，采用ICP-MS檢測鑄造Co-Cr合金和LRF Co-Cr合金在這3種不同氯離子濃度人工唾液中的鈷、鉻離子析出量。從實驗的結果分析來看，兩種鈷鉻合金在0.9%氯化鈉濃度的人工唾液中都表現出較低水平的溶出；當氯化鈉濃度上升到2%時，2種鈷鉻合金的離子析出量都增加，鑄造Co-Cr合金離子溶出量約為LRF Co-Cr合金的1.4倍；當氯化鈉濃度上升到3%時，2種鈷鉻合金的離子析出量都顯著增加，特別是鑄造Co-Cr合金，其中的鈷、鉻離子析出量比0.9%氯化鈉濃度時的金屬離子析出量高了約3倍。可見，鑄造Co-Cr合金在高氯環境中較LRF Co-Cr合金更容易發生腐蝕而析出金屬離子。

有學者報道使用激光快速成形技術制備的鎳鉻烤瓷合金試件在pH值相同（pH為6.8和3）的人工唾液中，其離子溶出量均比使用同種成分及組成的鑄造鎳鉻合金試件更低[6]。分析其原因，可能是由于兩種合金的制造工藝不同，其微觀組織結構也不同。鑄造合金在制造過程中容易產生偏析、雜質元素加入、形成氣孔和殘余應力等多種不易覺察的缺陷；而激光快速成形技術是一種新型的金屬加工技術，在計算機的控制下通過高功率的激光將金屬粉末快速熔融并凝固后可得到全密度和高精度的金屬材料，合金相的結構更均一且組織性能更優越，所以利用激光快速成形技術制造的合金具有更高的電化學穩定性和抗腐蝕性能。

從表1和表2中各時間段檢測的鈷、鉻離子濃度來看，靜態浸泡的鈷鉻合金離子析出量在第4周時達到高峰，然后逐漸下漸，這與國外學者Wataha等[7]報道的“齒科鑄造合金在戴入口腔后的2～4周內金屬離子析出的速度最快，4周后其釋放速度明顯減慢”的結論相一致。國內學者張榮和等[8]將鎳鉻、鈷鉻和鈦鉻合金烤瓷冠浸泡于人工唾液中達54周，發現鈦鉻和鈷鉻合金烤瓷冠中的鉻離子濃度在1～4周逐漸增加，第4周后維持較穩定水平，然后逐漸下降，也與本實驗結論一致。此現象表明合金修復體在口腔中使用4周左右時其表面會逐漸形成鈍化膜，減慢合金的腐蝕。

總結以上可見，通過對不同氯離子濃度人工唾液中兩種鈷鉻合金離子析出濃度的檢測和比較，可有效地分析和評價這2種合金材料的腐蝕行為和耐腐蝕性能。本實驗中，在氯化鈉濃度逐漸增高的人工唾液環境中，金屬被腐蝕的程度也逐漸增大，但激光快速成形技術鈷鉻合金在高濃度氯化鈉環境下的離子析出量明顯低于鑄造鈷鉻合金，表明其具有更優異的耐腐蝕性能，在臨床中有更好的應用價值。

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[8]張榮和，田緒標.三種烤瓷熔附金屬冠鉻在唾液中的離子析出量分析[J].濱州醫學院學報，2012，35(4):269-271