四針狀氧化鋅晶須基托復合樹脂與傳統基托樹脂沖擊強度及洛氏硬度的對比研究①

肖 月，張宏偉，呂經宇，遲艷俠

(佳木斯大學附屬第二醫院口腔醫院，黑龍江 佳木斯 154002)

四針狀氧化鋅晶須基托復合樹脂與傳統基托樹脂沖擊強度及洛氏硬度的對比研究①

肖 月，張宏偉，呂經宇，遲艷俠

(佳木斯大學附屬第二醫院口腔醫院，黑龍江 佳木斯 154002)

目的：探討四針狀氧化鋅晶須基托復合樹脂與傳統基托樹脂沖擊強度及洛氏硬度。方法：稱取不同質量的四針狀氧化鋅晶須和熱凝牙托粉，制成四針狀氧化鋅晶須比例為0%、3%、5%和10%的復合樹脂，采用自制模具，將材料分別填塞到模具中，二次加壓，熱處理后，檢測撓曲強度(Flexual Strength, FS)、抗壓強度(Compression Strength, CS)和徑向拉伸強度(Diametral Tensile Strength, DTS)、洛氏硬度(Rockwell Hardness,HR)和沖擊強度(Impact Strength,IS)。結果：隨著四針狀氧化鋅晶須添加量的增加，樹脂的機械強度、HR和IS呈先升高后降低的趨勢，當四針狀氧化鋅晶須添加量為5%時，其FS、CS、DTS、HR和IS值達到最優，與無添加的基托樹脂相比，FS、CS、DTS、HR和IS值分別增加了45.6%、13.6%、40.0%、20.9%和66.7%，并具有統計學差異(P<0.05)。結論：四針狀氧化鋅晶須的添加量對基托復合樹脂的FS、CS、DTS、HR和IS值均有影響，當四針狀氧化鋅晶須添加量為5%時，其FS、CS、DTS、HR和IS值達到最優。

四針狀氧化鋅晶須；傳統基托樹脂；沖擊強度；洛氏硬度

牙列缺損及缺失等口腔疾病是臨床常見疾病之一，制作一副堅固、耐用、美觀、舒適的義齒是解決此類口腔疾病的主要措施。目前，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、納米材料和復合樹脂廣泛應用于臨床[1,2]。但大量臨床結果顯示以上材料因其自身理化性質，而易產生韌性硬度不足、微滲漏、磨損和老化腐蝕等問題。四針狀氧化鋅晶須是一種新型材料，具有抗菌、補強增韌、耐磨、微波吸收、減振、抗碎裂等多種獨特的功能和用途[3]。因此，本研究將四針狀氧化鋅晶須添加到復合樹脂中，對比其與傳統基托樹脂沖擊強度和洛氏硬度。

1 實驗步驟

1.1 材料的制作

1.1.1 納米復合粉體的調和：稱取不同質量的四針狀氧化鋅晶須(購自成都交大晶宇科技有限公司)和熱凝牙托粉，比例分別為0:100，3:97，5:95，10:90，兩種粉體重量為35g。用移液管量取 20mL熱凝牙托水置于盛放四針狀氧化鋅晶須的燒瓶中，超聲振蕩5min，使四針狀氧化鋅晶須均勻分散在熱凝牙托水中并形成混懸液，并加入相應比例的熱凝牙托粉，并攪拌均勻。將燒杯采用塑料薄膜封口，于室溫下，放置60min后，可填膠。

1.1.2 材料的充填：采用自制模具，長80mm，寬10mm，深6mm的凹槽。將材料從燒杯中取出，揉捏均勻，分別填塞到模具的6個凹槽中，表面覆蓋錫箔紙，蓋上板蓋，螺釘固定。并將模具加壓，使材料壓實，去除凹槽周圍溢出的多余材料。采用上述方法并進行第二次壓實。將模具放入熱聚合器中，30min內將水溫由30℃上升至95℃，并保持 60min，待冷卻后，取出材料。

1.2 檢測指標及方法

1.2.1 強度檢測：撓曲強度(FlexualStrength,FS)、抗壓強度(CompressionStrength,CS)和徑向拉伸強度(DiametralTensileStrength,DTS)在電子萬能實驗機上進行測定。條件為：壓頭半徑 2.0mm，跨距L為20mm，測試速度1mm/min，傳感器量程 10kN，相對濕度 50%，室溫 22℃。記錄破壞力F(N)，計算公式為：FS=3FL/2Wh2，CS=4F/πd2，DTS=2F/πdh。W為試件寬度，d為試件厚度，h為試件高度，單位為mm。

1.2.2 洛氏硬度(RockwellHardness，HR)測試：將實驗試件置于洛氏硬度計上測試，HR直接從試驗機上讀出。每個試件隨機選擇3點，結果取平均值。

1.2.3 沖擊強度(ImpactStrength，IS)測試：將實驗試件水平放置于簡支梁沖擊實驗機支座的兩個支點上，間距 40mm，不加擺錘，對試件進行沖擊，使試件斷裂，以單位橫截面積所消耗的功表征試件的沖擊韌性。記錄每個試件沖擊斷裂后所消耗的功。計算公式為：IS=A/bd(J/m2)。A為無缺口試件斷裂時消耗的功；b為試件寬度；d為試件厚度，單位為mm。

1.3 統計學方法

2 結果

2.1 四針狀氧化鋅晶須為白色粉末，針狀長度為20～30μm，針狀體根部直徑為1.5～1.8μm，表觀密度為0.2g/cm3，實際密度為5.3g/cm3，MIC值小于200PPM，對皮膚及眼睛無刺激性，熱膨脹性及耐熱性均較優。見圖1。

圖1 四針狀氧化鋅晶須電鏡掃描圖(A×400,B×2000)

2.2 隨著四針狀氧化鋅晶須添加量的增加，樹脂的機械強度呈先升高后降低的趨勢，當四針狀氧化鋅晶須添加量為5%時，其FS、CS和DTS值達到最優，與無添加的基托樹脂相比，FS、CS和DTS值分別增加了45.6%、13.6%和40.0%(P<0.05)，見表1和圖2。

表1 四針狀氧化鋅晶須添加量對基托樹脂機械強度的影響±s)

圖2 四針狀氧化鋅晶須添加量對基托樹脂機械強度的影響

2.3 不同含量的四針狀氧化鋅晶須對對基托樹脂HR和IS的影響不同。隨著四針狀氧化鋅晶須添加量的增加，樹脂的HR和IS呈先升高后降低的趨勢，當四針狀氧化鋅晶須添加量為5%時，其HR和IS值達到最優，與無添加的基托樹脂相比，HR和IS增加量分別為20.9%和66.7%(P<0.05)，見表2和圖3。

圖3 四針狀氧化鋅晶須添加量對基托樹脂HR和IS的影響

0%3%5%10%HR105.45±1.44114.45±1.37127.54±1.42119.43±1.35IS(J/m2)6.31±0.428.95±0.5310.45±0.449.17±0.43

3 討論

牙列缺損及缺失等口腔疾病是臨床常見疾病之一，良好的填充材料決定了患者的咀嚼和牙齒美觀。對于臨床應用的填充材料一般需滿足以下要求：①具有良好的安全性、無毒、無刺激、無異味。②具有耐腐蝕性，化學穩定性好，不易被唾液酶分解。③具有良好的硬度及耐磨性，不易斷裂及磨損。④具有美觀性，材料顏色應與牙齒顏色基本一致，透明度符合審美要求[4]。⑤具有可操作性，制作方法簡單簡便。

目前，臨床上常用的填充材料有復合樹脂、PMMA和納米材料等[2]。復合樹脂中常加入SiO2、Al2O3、玻璃粉、羥基磷灰石和氧化鋯等，來增強材料的硬度、強度、耐磨性和剛性。盡管如此，復合樹脂的機械性能較差。并且，復合樹脂易形成微滲漏、牙菌斑及繼發齲齒[5]。Van等[6]對采用傳統型、微填料型和復合樹脂型填充材料患者進行了隨訪，結果顯示復合樹脂型填充材料表面的牙菌斑沉積最高，并且繼發齲齒的患者比例最高。而PMMA是一種高分子聚合物，其具有操作簡單、便于修復和良好的美學性能而廣泛應用于臨床，但是其韌性及硬度不足，限制了其進一步發展。目前，有研究者同過向PMMA中加入纖維和無機材料等來提高其機械性能，如玻璃纖維復合PMMA可具有更優的彎曲強度、橫斷強度和沖擊強度。肖月等[7]研究結果顯示，向PMMA中加入氧化石墨烯所制成的材料可以提高基托的抗彎曲強度及拉伸強度。隨著現代物理學和材料學的發展，納米粒子已得到了廣泛的應用。納米粒子具有光學、磁、催化、潤滑性質等其它材料所不具備的性質[8]。納米粒子作為填充材料，可有效的提高材料的韌性。其顆粒小、比表面積大，可強有力的結合基質材料，提高材料的剛性和硬度。

四針狀氧化鋅晶須是40年代發現的，90年代制備出來的一種新型的功能材料，呈三維結構，每個晶體間的夾角為109°，具有類似支架的作用，可以減少外界力對材料的破壞[9]。并且高度有序的原子排列結構使其強度和模量接近于材料的原子間價鍵的理論強度，是一類力學性能十分優異的新型復合材料，其具有較優的耐磨性、硬度、韌性和抗老化性等。此外，有大量資料表明四針狀氧化鋅晶須還具有抑菌效果，對白色念珠菌、變形鏈球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等具有良好的抗菌作用，減少細菌的黏附，減少繼發齲及齦炎發生的可能性。本研究通過向傳統基托樹脂中加入不同比例的四針狀氧化鋅晶須，結果顯示其能夠顯著增加FS、CS、DTS、HR和IS指標，并且隨著四針狀氧化鋅晶須添加量的增加，樹脂的機械強度、HR和IS呈先升高后降低的趨勢，當四針狀氧化鋅晶須添加量為5%時，其FS、CS、DTS、HR和IS值達到最優，具有較好的機械性能，與張瀟雯等研究一致[10]。此外，在制作過程中，注意將四針狀氧化鋅晶須與傳統基托樹脂攪拌均勻，減少氣泡和材料分布不均。并采用兩次加壓，避免材料硬度不足。此外，采用緩慢升溫和自然降溫的措施，提高材料的聚合均一性及變形性，因而我們制作的材料外觀無氣泡、透明度較好，機械性能的檢測表明其粉液調和均勻，壓力充足。

綜上所述，向基托復合樹脂中加入不同比例的四針狀氧化鋅晶須，均可影響FS、CS、DTS、HR和IS值。當四針狀氧化鋅晶須添加量為5%時，其FS、CS、DTS、HR和IS值達到最優，可有效的提高材料機械性能。

[1]FerracaneJL,BergeHX.Currenttrendsindentalcomposites[J].CritRevOralBiolMed, 1995(6):302-318

[2]胡占江，趙忠，王雪梅．納米氧化鋅抗菌性能及機制[J].中國組織工程研究，2012，16(3)：527-530

[3]郭永錦，余婧爽，林燕，等. 氧化鋅晶須增韌復合樹脂的制備及機械性能的研究[J]. 口腔醫學研究，2014，30(12)：1135-1137

[4]劉玉杰，楊玉娟，于敏霞，等. 100 例種植牙患者的護理體會[J]. 黑龍江醫藥科學，2011，34(3)：89

[5]董波，李益玲，賈小可，等.氧化鋅晶須改性光固化復合樹脂的力學性能和抑菌性[J]. 中國體視學與圖像分析，2014，19(4)：354-356

[6]VanDijkenJWV.Aclinicalevaluationofanteriorconventional,microfiller,andhybridcompositeresinfillingsA6-yearfollow-upstudy[J].ActaOdontolScand, 1986, 44 (6):357-367

[7]肖月，李在龍，王丹，等. 氧化石墨烯填料對PMMA機械性能的影響[J]. 黑龍江醫藥科學，2015，38(3)：106-107

[8]WuDZ,FanXM,DaiJ,etal.PreparationandPhotocatalyticPropertiesofCu2S/Tetrapod-LikeZnOWhiskerNanocomposites[J].ChinJCatal, 2012(33):802-807

[9]戴英，張躍，方圓，等. 高品質四針狀氧化鋅晶須的結構及生長機理[J]. 北京科技大學學報，2002，24(2)：200-202

[10]張瀟雯，喬萍麗，吳艷芬，等. 氧化鋅晶須填料對義齒基托樹脂力學性能的影響[J]. 口腔生物醫學，2013，4(3)：130-133

A comparative study of the impact strength and rockwell hardness of tetrapod-like zinc oxide denture base resin and traditional denture base resin

XIAOYue，ZHANGHong-wei,LüJing-yu，CHIYan-xia

(The Second Affiliated Dental Hospital of Jiamusi University, Jiamusi 154002,China)

Objective: To investigate the impact strength and rockwell hardness on tetrapod-like zinc oxide denture base resin and traditional denture base resin. Methods: Tetrapod-like zinc oxide and heat curing denture powder in different qualities were weighted to make tetrapod-like zinc oxide with ratio of 0%, 3%, 5% and 10% in composite resin. The materials were packed into homemade molds with second pressure. After heating treatment, flexural strength(FS), compressive strength (CS) and Diametral Tensile Strength (DTS), rockwell hardness (HR) and impact strength (IS) were tested. Results: With the increase of tetrapod-like zinc oxide content, the mechanical strength of the resin, HR and IS increased and then decreased. When the tetrapod-like zinc oxide whisker content reached 5%, the FS, CS, DTS, HR and IS had optimal values. Compared to traditional denture base resin, FS, CS, DTS, HR and IS values were increased by 45.6%, 13.6%, 40.0%, 20.9% and 66.7% (P<0.05),respectivelywithasignificantdifference. Conclusion: The tetrapod-like zinc oxide whisker content can affect the values of traditional denture base resin. When the tetrapod-like zinc oxide whisker contents reach 5%, the FS, CS, DTS, HR and IS values are optimal.

tetrapod-like zinc oxide whisker;traditional denture base resin;impact strength;rockwell hardness

肖月(1963～ )男 ， 吉林永吉人，學士 , 教授，主任醫師，碩士研究生導師。

遲艷俠(1978～ )女，黑龍江佳木斯人，碩士，主治醫師。E-mail：491948186@qq.com。

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1008-0104(2017)02-0076-03

2015-12-18)