鎳鉻合金義齒在人工唾液中鎳離子析出行為的研究

姜紅強，甄輝，寇艷芹，陳寧清，鄭超，謝昕

浙江省醫療器械審評中心，浙江 杭州 310009

引言

口腔疾病是影響我國居民健康的常見病，其中齲齒和牙周疾病是最常見的口腔疾病[1]。與貴金屬相比，鎳鉻合金加工性能優良、力學強度高、價格低廉，在口腔修復領域被廣泛使用[2]。近年來，鎳鉻合金在口腔環境下金屬離子的析出行為以及對患者的潛在毒性越來越引起國內外學者的關注[3-9]。研究發現，鎳鉻合金義齒由于電化學反應發生腐蝕后[10]，不僅影響美觀和功能，還可產生不良的生物學作用，臨床上常表現為炎癥、過敏、牙齦染色等[11-12]。本實驗將鎳鉻烤瓷冠以及不同鉻含量的鎳鉻金屬冠在pH6.8的人工唾液中浸泡特定的時間后，采用火焰原子吸收光譜法測定浸出液中鎳離子的析出量，為鎳鉻合金義齒的生物安全性評價提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及設備

高鉻合金（各元素的質量分數：Ni 60%～64%，Cr 21%～25%，Mo 10%～12%），低鉻合金（各元素的質量分數：Ni 69.5%，Cr 5.2%，Cu 13.5%，Fe 4.5%，Sn 4.5%）；鎳標準溶液（1000 μg/mL，國家標準物質中心）；NOV AA 400P原子吸收光譜儀（德國耶拿），DHG-9035AS恒溫干燥箱（上海一恒），DHS-3C精密pH計（上海雷磁），KQ-50DB型數控超聲波清洗器（昆山超聲儀器）、FA1004分析天平（昆山艾思博格）。

1.2 人工唾液的配置

按照GB/T 18886-2002《紡織品 色牢度試驗 耐唾液色牢度》標準規定，配置1 L實驗用人工唾液。人工唾液中，CH3CH(OH)COOH、H2NCONH2、NaCl、KCl、Na2SO4、NH4Cl的濃度分別為3.0、0.2、4.5、0.3、0.3、0.4 g/L。具體方法如下：用分析天平稱取各種試劑，超純水溶解后，用容量瓶定容到1 L。口腔中唾液的pH值為5.6～7.6，平均值約為6.8[13]，故本實驗用1 mol/L的氫氧化鈉將溶液的pH值調至6.8，保存在4℃冰箱中備用。

1.3 鎳鉻合金義齒的定制及處理

Collins等[14]報道人口腔中牙齒的平均面積約為45.3 cm2。為了便于估算面積，同時考慮到試驗成本，本實驗選用四分之一口義齒進行研究，表面積約為11.33 cm2。被檢樣品共9組，即高鉻金屬冠、低鉻金屬冠、烤瓷冠各3組（圖1）。制備方法：為保證樣品的均一性，由某義齒生產企業同一技師用同一牙模分別制作四分之一口鉻質量分數為22.7%的鎳鉻烤瓷冠以及鉻質量分數為5.2%和22.7%的鎳鉻金屬冠。然后將義齒的內表面用環氧樹脂包埋，僅外表面裸露。包埋好的樣品用無水乙醇和蒸餾水各超聲清洗5 min，自然晾干備用。

圖1 四分之一口義齒

1.4 試驗方法及步驟

取50 mL玻璃瓶9個，徹底清洗晾干，高溫蒸汽滅菌，對每個玻璃瓶進行編號并加入50 mL人工唾液，每種鎳鉻合金冠分為A、B、C三個小組分別裝在對應的玻璃瓶中（所有樣品的表面均充分暴露在液體環境中），蓋好瓶蓋放入37℃恒溫干燥箱中保存，每隔一周用塑料鑷子將試樣取出，倒出溶液后玻璃瓶用蒸餾水超聲清洗后，重新添加50 mL新鮮人工唾液繼續浸泡；浸出液采用原子吸收光譜儀火焰法測試鎳離子的濃度（如超出線性上線，需將浸泡溶液稀釋后再測試）；每個樣品重復測試三次取平均值。

1.5 標準曲線繪制

國家標準物質中心的鎳標準溶液濃度為1000 μg/mL，用pH 6.8的人工唾液將鎳標準溶液分別稀釋配置成0.5、1、1.5、2及2.5 μg/mL的系列標準溶液，用火焰原子吸收光譜法測其吸光度值，以吸光度值為縱坐標、濃度為橫坐標繪制出標準曲線（圖2），得到回歸方y=0.1174x+0.0021（R2=0.9987）。結果表明，鎳離子濃度在0.5～2.5 μg/mL濃度范圍內與吸光度呈良好的線性關系。在選定的測試條件下，檢測所有鎳鉻合金義齒浸出液的吸光度值，用標準曲線即可計算出浸出液中鎳離子的濃度。

圖2 標準曲線

2 研究結果及分析

2.1 高鉻含量鎳鉻金屬冠在人工唾液中鎳離子的析出行為

鎳鉻金屬冠浸于人工唾液中，由于電化學反應，表面會有金屬離子析出。本實驗對不同鉻含量鎳鉻金屬冠中鎳離子的析出行為進行了研究。高鉻含量鎳鉻金屬冠在人工唾液中鎳離子的析出試驗結果，見圖3和圖4。從圖3可以看出，高鉻金屬冠鎳離子的析出速率隨著時間的推移先增加再降低，第 1 周為 0.44 μg/cm2，于第 2 周達到峰值 2.11 μg/cm2，之后逐漸下降，于第8周后幾乎不再析出，這與國外Wataha等[15]報道的齒科鑄造合金冠在戴入口腔后2～4周內釋放金屬離子的速度最快的結論相一致。圖4顯示隨著時間的推移高鉻金屬冠在人工唾液中析出的鎳離子總量，前5周鎳離子的累積效應比較明顯，達到了5.37 μg/cm2，后5周鎳離子的總量增長緩慢，第8周趨于穩定，10周后的最終析出量為6.13 μg/cm2。高鉻金屬冠鎳離子最大析出量遠低于CFDA發布的《義齒制作用合金產品注冊技術審查指導原則》的規定：在（37±1）℃，（7.0±0.1）d釋放到指定溶液中的總金屬離子不超過 200 μg/cm2。

圖3 高鉻金屬冠鎳離子的析出速率

圖4 高鉻金屬冠鎳離子析出總量

2.2 低鉻含量鎳鉻金屬冠在人工唾液中鎳離子的析出行為

低鉻含量鎳鉻金屬冠在人工唾液中鎳離子的析出試驗結果，見圖5和圖6。由圖5可知，在本實驗檢測周期內（8周），低鉻合金組鎳離子的析出速率呈先上升后下降再上升的趨勢。在第3周的時候出現第一個高點255.87 μg/cm2，然后析出速率呈下降趨勢，這也符合鎳鉻合金冠在口腔中鎳離子析出速率的變化規律，與圖4的變化趨勢也比較一致。但從第6周開始析出速率又呈現快速上升趨勢，第8周已經達到1152.6 μg/cm2。取出樣品觀察，表面出現明顯的腐蝕斑，電化學腐蝕的程度較為嚴重，見圖7。低鉻含量鎳鉻金屬冠的鎳離子析出量顯著高于高鉻組，說明鉻含量對鎳離子在人工唾液中的析出行為產生直接影響。這可能是因為高鉻合金義齒在燒結的過程中形成連續的Cr2O3保護膜，使其鈍化，能阻止鎳離子的析出，具有更好的耐腐蝕性。低鉻合金義齒，在燒結的過程中未形成致密連續的Cr2O3保護膜，與高鉻合金相比易發生腐蝕，有相對多的鎳離子從合金樣品中析出。當形成圖7中的腐蝕斑后，由于缺少了Cr2O3保護膜的作用，鎳離子析出速率急劇增大。圖6顯示了鎳離子累積析出量的變化，前6周持續緩慢增加，第6周時達到886.57 μg/cm2，到第7和第8周累積析出量高達1820.02 μg/cm2和 2972.62 μg/cm2，約是高鉻含量鎳鉻金屬冠的500倍。

圖5 低鉻金屬冠鎳離子的析出行為

圖6 低鉻金屬冠鎳離子析出總量

圖7 低鉻金屬冠腐蝕斑

2.3 鎳鉻烤瓷冠在人工唾液中鎳離子的析出行為

金屬烤瓷冠是目前常用的齒科修復材料之一，其中鎳鉻烤瓷冠成本低廉，在臨床領域被廣泛使用，本實驗對鎳鉻烤瓷冠在人工唾液中鎳離子的析出行為進行研究。在檢測周期內（8周），鎳鉻烤瓷冠浸出液中鎳離子的濃度始終低于本實驗儀器檢出限，相較于鎳鉻金屬冠，烤瓷冠鎳離子的析出量顯著降低，這與劉春秀等[16]的研究結果一致。由此可見，在本試驗條件下，烤瓷層對鎳鉻金屬冠在唾液中的金屬離子析出有著較好的阻隔作用。這與本實驗選擇的樣品也有關系，定制樣品時只要求加工企業根據牙模制作，烤瓷粉完全覆蓋金屬內冠，未考慮頸緣貼合度[17]，樣品烤瓷牙與牙齦接觸部分仍有一定的瓷粉厚度。更長時間內鎳離子的析出、刷牙以及烤瓷層部分破損（如咀嚼）之后的析出行為，還有待進一步的研究。

3 討論

鎳鉻合金在口腔唾液環境下會發生電化學腐蝕，析出的鎳離子會影響合金產品的生物相容性。因此，鎳鉻烤瓷冠及金屬冠中鎳離子析出的研究具有一定的臨床參考價值。本研究結果顯示，不同鉻含量的鎳鉻金屬冠在pH6.8的人工唾液中鎳離子的析出量差異較大，含鉻質量分數為22.7%的高鉻金屬冠在人工唾液中浸泡2～4周左右，鉻含量的析出速率達到高峰，其后析出速率逐漸變緩，最終累積析出量約為6.13 μg/cm2。含鉻質量分數為5.2%的低鉻金屬冠在人工唾液中鎳離子的析出量顯著高于高鉻合金組，并且鎳離子的析出量在檢測周期內持續增加。因此，與質量分數為5.2%的低鉻合金相比，質量分數為22.7%的高鉻合金更適合用于義齒的鑄造。目前低鉻含量的鎳鉻合金在義齒加工中的應用比例已大幅降低，通過國家食品藥品監督管理總局網站進行齒科鎳基合金查詢，可以發現有注冊證的生產企業只有10家，而且鎳鉻合金的鉻含量大于5%，有些甚至達到了20%～25%。與鎳鉻金屬冠相比，在烤瓷層的隔離下，鎳鉻烤瓷冠在人工唾液中的鎳離子析出量極少，相對具有更好的生物安全性。本實驗條件與真實口腔環境存在一定差異，因此后續的研究有待進一步完善。