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Er∶YAG 激光切割（gē）對牙本質粘接耐久性的影響

2017-3-28 來源（yuán）：深圳大學光電工（gōng）程（chéng）學院作（zuò）者：何正娣，島田康史，田上順次，胡學娟，陳玲

摘要: 采用（yòng） Er∶YAG 激光或快機（jī）切割牙（yá）本質，SE Bond 粘接修複後浸水 6 個月，用微剪切實驗（yàn）測試評估兩種（zhǒng）切割方法對粘接效果的影響（xiǎng）． 20 顆離體（tǐ）磨牙製備獲 40 片牙本質切片，隨機分為激光組 ( Er∶YAG 激光切割，20 片) 和快機組 ( #600 沙礫（lì）磨砂紙打磨，20 片) ．每切片用（yòng） SE Bond 粘接（jiē） 8 個樹脂柱，在（zài）浸（jìn）水 24h、7 d 和 6 個月後，依次用微剪切實驗測試粘接強度．測試結果用 one-way ANOVA 和 t-test 統計分析 ( 標準差為（wéi） 0. 05) ．並采用走查（chá）掃描電鏡觀察粘接破折（shé）麵形態．結果顯示（shì），激光切割牙本質（zhì）粘接強度在浸水 6個月後（hòu）顯著低於激光組（zǔ）浸水 24 h 和 7 d 後，且低於對照快（kuài）機組的粘接強度．說明（míng）采用兩步法自酸蝕粘接係統 SE Bond 在激光切割的牙本質上未獲得長期穩（wěn）定的粘接效果．

關鍵詞: 超快激光及應用; Er∶YAG 激光; 牙本質; 兩（liǎng）步（bù）法自酸蝕劑; 粘接; 微剪切強度（dù）; 樹脂

自 20 世紀 80 年代後（hòu）期開（kāi）始（shǐ），Er∶YAG 激光 ( λ= 2 940 nm) 作為牙科硬組織治療儀的（de）開發成為口腔醫學研究的熱點之一［1-2］．經過多年（nián）努力，1997年，Er∶YAG 激光因能有效避免激光直接作用所導致（zhì）的熱效應等不利影響，將（jiāng）牙體硬組（zǔ）織切割、冷卻（què）和清潔等功能合（hé）而為一，減輕（qīng）術中患者的（de）不適感，獲美國食品和藥品管理委員會 ( Food and Drug Ad-ministration，FDA) 批準成（chéng）為美國臨床牙體硬組織的切割激光（guāng）．目前，Er∶YAG 激光用於齲壞牙體硬組織的切割及窩洞預備的舒適性、安全性和有效性已被廣大臨床醫生和科研人員認（rèn）可．許多研究者（zhě）認為，Er∶YAG 激光是用於齲病治療的理想新（xīn）技術，有望替代傳統機械（xiè）渦輪手機用於臨（lín）床（chuáng）齲（qǔ）病治療［1-3］．

Aoki 等［3-6］對快機切割與 Er∶ YAG 激光照射切割牙本質表（biǎo）麵的形態學特征進行了研究，發現快機切割後牙（yá）本質表麵存在一層（céng）主要由塌陷的（de）纖維網狀（zhuàng）結構、牙本質碎屑、細菌及唾液中（zhōng）的一些有機成分混合交織而成的玷汙層，牙本質小管口（kǒu）形態模糊不清，而 Er∶YAG 激光切割後（hòu）牙體表麵沒玷汙層，牙本質小管開放（fàng），組（zǔ）織表麵粗糙不平呈鱗片（piàn）狀，隨著能量增（zēng）加，照射表麵會出現斷裂和碎屑． He 等［5］發現，被 Er∶YAG 激光照射後的牙本質表麵滲透性下降，耐酸性增強，激光切割會導致照射麵（miàn）下方形成約 15 μm 厚的牙本質輕微變質層，該變質層的耐酸性低於正常牙本質，且存在微裂紋和碎屑．

用Er∶ YAG激光切割製備的窩洞無法達到 G V Black 洞型的底平壁直要求（qiú），該（gāi）窩洞邊緣不整齊、洞壁不光滑且洞底粗糙不平，因而隻適於（yú）有粘接性的充填材料的修複．牙本質小管與樹脂之間形成（chéng）樹脂突的微機械固位是（shì）樹脂粘接的主要機（jī）製，有研究者認為Er∶ YAG激（jī）光照射切割的牙本質表麵，小管開放，有利於粘接樹脂的滲透與樹脂柱的形成，可（kě）減小樹（shù）脂和牙體粘接之間的微滲漏，此形態特征有利於牙本質和樹（shù）脂（zhī）的粘接，增（zēng）加粘接強度（dù）［3，6-7］．圍繞Er∶ YAG 激光照射牙本質的粘接性能，研究人（rén）員（yuán）展開了（le）多種測試性工作．有論文報道了自酸蝕粘接劑處理 Er∶YAG 激光切割牙本質後可獲得較強的粘接強度［3，7］．但有些研究報道結果相（xiàng）反，如文（wén）獻［8］認為 Er∶YAG 激光預（yù）備後（hòu）牙體組織（zhī）的粘接強度不穩定，提出激光切割牙本（běn）質的長期粘接效果有待考察（chá），文獻［9］發現一（yī）步法自酸蝕粘接劑 TS Bond 粘接修複激光切割後的頸部牙本質，在浸（jìn）水（shuǐ） 1 年後粘接強度明顯下降．有研究者認為，激光照射後牙本質的粘接界麵性質發生改變（biàn）及次腐蝕層的存在，是影響粘接強度及遠期臨床修複效果的主因［5，10-11］．

兩步法自酸蝕粘接係統 SE Bond 較一步（bù）法自酸蝕粘接係（xì）統 TS Bond 對牙本質（zhì）的（de）滲透作用更強，該（gāi）粘接（jiē）係統是目前臨床運用較（jiào）廣、粘接強度最強（qiáng）的牙本質（zhì）粘接劑之一，該粘接劑（jì）在快機切割的牙本質（zhì）已獲得（dé）了穩定的粘接效果［12-13］．因此，本研究假設（shè）SE Bond 能夠在激光切割的牙本質中（zhōng）獲得穩定可靠的（de）粘接效果．通過實驗對 Er∶YAG 激光切割和（hé）快機（jī）切割牙本（běn）質的表麵形態進行觀察，分別對 SE Bond粘接（jiē） 24 h、7 d 和（hé） 6 個月激光或快機切割後牙本質-樹脂的微剪切強度進行測試，討論牙本質（zhì）切割方法、粘（zhān）接界麵處理對粘接修複長期穩定性的影響，以及次（cì）腐蝕層對粘接（jiē）劑滲（shèn）透作（zuò）用的影響，研究粘接劑-牙本質作用機製，為臨床 Er∶YAG 激光切割後牙本質的粘接修複方法的（de）改進（jìn）提供實驗室依據．

1.實驗

1. 1 實驗材料

粘接劑選用日本可樂麗菲樂公司的雙液型自酸蝕粘接係（xì）統 Clearfil SE Bond，樹脂為日本可樂（lè）麗菲樂公司的 Clearfil AP-X，A3 色係（xì）．

1. 2 實驗設計與實驗儀器

實驗流程見（jiàn）圖 1．微剪切粘接（jiē）力測（cè）試研究實驗所用的 20 顆無齲第 3 磨（mó）牙都是 1 個月內從人體拔下後，保存於－ 4 ℃ 純（chún）淨水（shuǐ）中．每顆離體磨牙沿（yán）頰舌（shé）向縱切，獲得 2 片約 1 mm 厚的中層牙本質切片，然後隨機分為激光組和（hé）快機組（zǔ）． ( 快機組: 為獲（huò）得平整的類似（sì）快機切割後的玷汙牙本質表麵，樣本用（yòng）#600 沙礫的磨砂紙打磨並保持打磨後粘接麵的（de）濕潤; 激光組（zǔ）: 牙本質切片的粘接麵用 Er∶YAG 激光的藍寶石輻（fú）射探頭（tóu）均勻垂直輻射切割． ) 每組 20 個牙本質切片（piàn） 5 例用於微觀形態學觀察，餘 15 例用於樹脂粘接後微剪切（qiē）粘接（jiē）強度測試．

圖 1 樣本準備流程圖

1. 2. 1 低速精密切片機

製備牙本質切片采用美國 Isomet，Buehler，Lake Bluff IL 低速（sù）切片機．1. 2. 2 Er∶ YAG 激光治療儀采用日本東京長田 Erfine400 激光儀照射切割（gē）牙本質（zhì）．參數設置: λ = 2 940 nm，探頭是（shì）直徑為0. 6 mm 的接觸式藍寶石探頭，垂直照射模式; 100MJ / 脈衝，每（měi）脈（mò）衝為 30 μm、 10 Hz，水（shuǐ）霧冷卻模式．

1. 2. 3 掃描電子顯微鏡

(scanning electron micro-scope，SEM)使用日本東京電子（zǐ）株式會社 JSM-5310LV SEM( 附帶掃描圖像記錄係（xì）統) 觀察牙本質的微觀形態，並進行粘接破折麵的分類統計．

1. 2. 4 萬能材料實驗機

測試微剪切粘接（jiē）強度使用日本島津株式會社（shè）製的萬能材料實驗機．該設備傳感器設（shè）置為 500 N，預載（zǎi）荷為（wéi） 5 N，拉伸速（sù）度為（wéi） 1 mm/min．1. 3 微剪切強度測試按照 SE Bond 粘接劑的使用說（shuō）明，用表麵處理劑和粘接劑處理粘接牙本質界麵，在發光二極管（guǎn）( light emitting diode，LED) 光固化粘接劑（jì）前將內徑（jìng）約 0. 8 mm，高約 0. 5 mm 的透明聚合玻璃纖維管平置（zhì）於（yú）處理後的牙切片表麵，光照 10 s 後，將 ClearfilAP-X 樹脂輕填到纖維（wéi）管中形成樹脂柱，每個牙本質切片粘（zhān）接 8 個樹脂圓柱（zhù），光固化 40 s 後移除（chú）透明聚合玻璃纖維管，再將樣本（běn）保存於 37 ℃ 的純淨水中．依次在 24 h、7 d 和 6 個月後，用萬能材料實驗機（jī）測試微剪切粘接強度．測（cè）試裝置示意（yì）圖如圖 2．測試前先將所（suǒ）有樣本在 30 倍光學顯微（wēi）鏡下檢查．若發現粘接麵有縫、樹脂柱內有（yǒu）氣泡、有破折紋於粘接體內或粘接界麵內（nèi），均被認為是粘接（jiē）失敗的樹脂柱，不能用於粘接強度測試．使用（yòng）萬能（néng）材料實驗機測試可獲得樣本拉（lā）伸斷裂時的最大荷載，再通過（guò）換（huàn）算可獲得（dé）粘接強度．每組樣本測試 14 個樹脂柱（zhù），取（qǔ）中間（jiān）的 10 個數據．結果用統計產品與服務解決方案 ( Statistical Product and Service Solu-tions，SPSS) 軟件 SPSS 13. 0 進（jìn）行方差分析．

換算式為:

微剪切強度 = 最大載荷/試件截（jié）麵積 (1)

圖 2 微剪切強（qiáng）度測試示意圖

1. 4 SEM 觀察

將需（xū） SEM 觀察的牙本質樣（yàng）本浸泡在（zài）體積分數（shù）為 10% 的（de）福爾馬（mǎ）林中性緩衝液 24 h 後，經乙醇梯度脫（tuō）水，再浸於（yú）六甲基二矽氮烷 30 min，在（zài）室溫下放（fàng）置 24 h 徹底幹燥，表麵經噴（pēn）金鍍膜後走查掃描電鏡觀察．測試後，所有牙本質樣本的粘接破折（shé）麵（miàn）都在SEM 下進行分類統計．分類標準見表（biǎo） 1．

表 1 牙本質樣本分類標準

2。結果與討論

表 2 給出了各組的 10 個微（wēi）剪切粘接強度的平均值及標準差．其中，不同的上標字（zì）母表示了樣本組間有明顯（xiǎn）差異 ( 標準差 P = 0. 05) ．表 3 統計了各實驗組的微剪切粘（zhān）接測試後的（de）破折（shé）麵 SEM 觀察結果．其中，每組觀察 10 個樹脂柱，數值表示各組各種類型破折的樹脂柱數目，A、B、C、D、E為按照表 1 分類的 5 種類型的破折方式．典型的激光切割麵和粘接（jiē）破（pò）折麵的 SEM 圖像見圖 3．

表 2 SE Bond 粘接牙本質的微剪切力粘接強度1)

表 3 微剪切測試後不同破折麵的 SEM 分析

2. 1 微剪切粘接強度

分別采用 SE Bond 粘接劑粘接修複快機切割和激光切割的牙本質，依次在浸水 24 h、7 d 及 6 個月後，測試各組的微（wēi）剪切強度．由表（biǎo） 2 可見，采用 SE Bond 粘接劑粘接（jiē）修（xiū）複快機切（qiē）割（gē）的牙本質，其微剪切強度無顯著差異; 但是激光組牙本質樣本的（de）微剪切強度，雖（suī）然在浸水 24 h和 7 d 後無顯著變化，但在 6 個月後，微剪切強度（dù）為 ( 24. 863 ± 3. 060) MPa，明顯低於激光組在浸水24 h 及 7 d 後的結果，也低於快（kuài）機組浸水 6 個月的（de）粘（zhān）接強度 ( 標準差 P ＜ 0. 05) ．

已有學者對 Er∶YAG 激光切割（gē）後牙本質的粘接強度做了大量實（shí）驗，主（zhǔ）要針對激（jī）光照射牙本質的 24h 粘接強度進行測試［6-8］．目（mù）前鮮（xiān）見關於樹脂粘接激光切割後牙（yá）本質的遠期粘接效果的跟蹤評估．關於激光切割牙（yá）本質的（de）即刻粘接力，研究結果也差異較大．如（rú）有研究人員用（yòng）現臨床用的牙本質粘接劑修複激光照射牙（yá）本（běn）質獲得了較強（qiáng）的粘接力，但亦有人獲得了較低的粘接力［7-8］．這些差（chà）異可能跟選用的粘接係統、粘（zhān）接強度測試方法，甚至跟蹤測試所用時間相關．

圖 3 激光切（qiē）割牙本質與破折麵的（de） SEM 圖像

因此，本實驗用微剪切粘（zhān）接力測試跟蹤記錄了6 個月的激光切割後牙本質的粘接強度．通過比較24 h、7 d 和 6 個月的微剪切粘接強度（dù），討論 SEBond 處理 Er∶ YAG 切割牙本（běn）質的粘（zhān）接效果的耐久性和穩定性（xìng）．

微剪切力實驗是目前用於測試口腔材料粘（zhān）接強度的最常用方法之一［12-14］．該（gāi）方法將樹脂柱（zhù）粘接於平整的牙本質表麵，避免了窩洞形態對樹脂聚合收縮對粘接強度的影響，測試前（qián）樹脂柱在顯微鏡（jìng）下檢查並排除掉充填失（shī）敗的樣本，能較真實（shí）地反應牙本質與樹脂的粘接強度［13］．實（shí）驗選用自酸蝕粘接係統 SE Bond，文獻［12，15］研究發現（xiàn），該粘接係統在粘接快（kuài）機切割後牙本質可獲得長期穩定（dìng）可靠的粘接效（xiào）果．在本實驗中，SE Bond 粘接快（kuài）機切割的牙本質（zhì），在 24 h、7 d 及 6 個月後的粘接強度（dù）均超過40 MPa，且無顯著差異，與文（wén）獻報道一致［12-13］．但在 37 ℃ 的純（chún）淨水中（zhōng）儲存 6 個月後，激光組的粘接強度平均為 24 MPa，明顯低於快機組 6 個月以及激光（guāng）組 24 h 和（hé） 7 d 的粘接強度（dù）．

次腐蝕（shí）層的存在可能是粘接強度降低的原因（yīn）之一（yī）．有報道激光切割後牙（yá）本（běn）質有微（wēi）裂（liè）痕及微碎片的次腐蝕層的存在［3，5-6］，在（zài）文獻（xiàn）［5，9］的實驗中發（fā）現次腐蝕層表層耐酸性較高，表層下耐（nài）酸性較正常（cháng）牙本質低，而且（qiě）存在（zài）許多微裂紋，隨著時間推移，該層的弱耐酸性和微裂紋可能成為粘接（jiē）滲漏的薄弱環節，這也可用來解釋本實驗在 SEM 下觀（guān）察（chá）到激光組粘接測（cè）試破折多發生在牙本質層的原因．粘接劑的有效滲（shèn）透力能夠作為粘接強度下降的另一解釋．有研究（jiū）報道自酸蝕粘接劑在快機切割的牙本質可形成 10 μm 滲透混合層［9，12-15］． SE Bond的粘接處理劑為弱酸性，p H≈2. 2，無法完全滲透照射表層（céng）到達次腐蝕層（céng） ( 厚度達 15 ～ 18 μm)［12-13］，不能形（xíng）成有效的粘接混合層．激光切割（gē）後牙本質表麵滲透性低於快機切割牙本質［5，16］，且表層牙本質耐酸性（xìng）提高．

2. 2 SEM 觀察

Er∶ YAG 激光切割後的牙（yá）本質在氣吹幹燥後呈冷白色，無碳化或碎裂現象．如圖 3 ( a) 和圖 3( b) 所示，在 1 500 倍或 5 000 倍 SEM 下觀察到輻射後牙本質表麵粗（cū）糙、呈鱗（lín）狀裂片狀，但無（wú）碳化熔化，牙本質小管清（qīng）晰（xī）顯示，呈突起 “袖口” 狀外觀．圖 3 ( c) 為低倍掃描電鏡圖，顯示整個（gè）樹脂柱破折後的電鏡形態．圖 3 ( d) 至圖 3 ( f) 是其對應的高倍掃描電鏡圖．在掃描電（diàn）鏡下，所有的實驗組都未（wèi）見到（dào）單純（chún）的界麵破壞樣本，絕大多數樣本為混合性破壞．其中在快機（jī）組的（de）粘接（jiē）破折多（duō）為 A 型（xíng）和C 型，激光組則以 B 型和 E 型破折多見．如圖 3( e) 和圖 3 ( f) ，Er∶AYG 激光切割牙本質的（de）粘接破折位置多位於粘接層與牙本質層（céng）之間（jiān），或者是在牙本質層（céng）內．如圖 3 ( d) ，由（yóu）快機組樣本結果（guǒ）可見，粘接破折類型中，以粘接層內破壞和粘接（jiē）層與樹脂（zhī）層間的破壞占多數．此（cǐ）次微剪切粘接（jiē）強度測試實驗還發（fā）現，激光照射（shè）後牙本質的粘接破折多發生在牙（yá）本質層內．可見，次腐蝕層是整個粘接體（tǐ）係的薄弱環節，雙液型自酸蝕（shí）牙本質粘接處理劑 SE Bond 未在次腐蝕層達到有效滲透厚度，不能形成有（yǒu）效的滲透，更（gèng）未形成牢固的樹脂牙本（běn）質混（hún）合層．在（zài）激光切割牙本質的粘接修複過程中，15 μm 厚的次腐蝕層是粘接滲漏的薄弱（ruò）環節［4-5］．

Er∶ YAG 激光切割牙本質後照射表（biǎo）麵粗糙呈魚鱗（lín）片狀（zhuàng）結構（gòu），這是因為 Er∶YAG 激光是（shì）通過牙體組織中的水分子吸（xī）收波長能量形（xíng）成局部微爆炸區，達到切（qiē）割牙體（tǐ）組織的目的［1-2］．光（guāng）熱作用和光消融作用被認為是 Er ∶ YAG 激（jī）光輻照的主要反應機理（lǐ）［1，4，17-18］． Er∶ YAG 激光發射的（de）波長 2 940 nm 為水吸（xī）收輻射的峰值，同時也能（néng）被羥磷灰石中的 OH 基很（hěn）好地吸收．輻（fú）照過程中，入射能量（liàng）能被牙本質晶體（tǐ）結構和有機（jī）成分裏的水分子高效吸收，導致突（tū）然升溫及水分蒸發並出現微（wēi）爆現象（xiàng），進而達到除（chú）去這些牙體組織的目的［1-2，19］．微爆（bào）後的牙（yá）本質表麵呈鱗狀裂片狀，照射麵下方的牙體組織因吸收的能量（liàng）不同而呈（chéng）現不同的形態學特征．因牙體組織中的水分子（zǐ）主要存在於纖維中，當 Er∶YAG 激光照射牙本質後，照射麵下方牙本質層內的水分子也吸收激光能（néng）量，並發（fā）生（shēng）膨脹汽化，因（yīn）能量未達到切割要求，在照射麵下方的牙本質層內表現為（wéi）大（dà）量的微裂紋，這就是我們之前實驗中報道的照射麵下方的次腐蝕層．

在次腐蝕層（céng）中的纖維結（jié）構也在 Er∶YAG 激光的熱效應下發（fā）生變性破壞［5］．對於 Er∶ YAG 激（jī）光（guāng）切割後（hòu）的牙本（běn）質表麵的粘接效果一直存在（zài）爭議．有研究（jiū）認（rèn）為該表麵粗糙，呈鱗片狀的形態結構（gòu）更利於粘接單體樹脂的滲透，增強粘接力，但也有學者持相反觀點，認為鱗狀結構（gòu）易碎、易（yì）破折，且 Er∶YAG 激光切割後的（de）照射牙本質麵下方存在激光（guāng）腐蝕次層，該層帶有微裂（liè）痕及（jí）微碎片［3，5，16］．這些因素（sù）均可能影響到即刻粘接強度以及粘接的長效性和穩定性［9-10，16，20］．

3.結語

通（tōng）過對 SE Bond 粘接修複 Er∶YAG 切（qiē）割牙本質（zhì）的微剪切粘接強度的 6 個月跟蹤測試，推翻了本研究關於 SE Bond 可在激光切割的牙本質可獲得穩定可靠的粘接效果的假設（shè）． Er∶YAG 激光切（qiē）割牙（yá）本質的表麵形態（tài）和照（zhào）射麵下方存在的次腐蝕層，在臨床（chuáng）上勢必對粘接長期效果產（chǎn）生不利影（yǐng）響．理想的激（jī）光照射後牙本質的粘接效果是粘接劑中的功能性聚合單體能完全（quán）滲透次腐蝕層並與次腐蝕層發生交聯、共聚合，與次腐蝕（shí）層的牙本質共同（tóng）固化成可靠的粘接混（hún）合層．可見，要解決當前所麵臨的 Er∶YAG 切割牙本質的粘接修複問題，還需對激光切割後牙本質的理化性能和化學成分的改變做（zuò）深層分析，從分子水平對功能性單體分子、聚（jù）合性單體分子在激光（guāng）照射後牙本質的滲透、螯（áo）合和聚合機製作出（chū）合理解釋，Er∶YAG 激光切割後牙本質的粘接需要（yào）用專門的酸蝕（shí）及粘（zhān）接界麵處（chù）理方法，方能獲（huò）得穩定長效的粘接效（xiào）果，進而促進牙科激（jī）光在臨床（chuáng）上的推廣應用［2，20］．

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