應(yīng)用新型體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)牙科修復(fù)材料抗磨損性的研究

1、    應(yīng)用新型體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)牙科修復(fù)材料 抗磨損性的研究        【摘要】目的評(píng)價(jià)牙科復(fù)合樹脂材料的抗磨損性。方法應(yīng)用程控多功能口腔模擬機(jī)和三維像激光測試儀對(duì)4種牙科復(fù)合樹脂進(jìn)行抗磨損性的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果材料磨損坑體積大小的順序?yàn)? 牙釉質(zhì) Targis Dentin Dentacolor Artglass Vita Zeta。 磨損坑最深點(diǎn)大小的順序?yàn)? 牙釉質(zhì) Targis Dentin Artglass Dentacolor Vita Zeta。 結(jié)論T

2、argis Dentin的抗磨損性接近于牙釉質(zhì)，其他3種材料的抗磨損性明顯較牙釉質(zhì)差。新型體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)。【關(guān)鍵詞】牙科材料；復(fù)合樹脂類；體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) Wear study of dental restoration materials with a new study-system in vitroLÜ Xiaoying.(Department of Biomedical Engineering，Southeast University，Nanjing 210096, China)【Abstract】ObjectiveTo investigate ab

3、rasive wear of composite resins in vitro. MethodsA chewing simulator was used to perform the abrasive wear of four composite resins in vitro and an accurate three-dimensional laser-scanning system was used to measure the abrasion los of the materials. ResultsAccording to worn volumes, the order of f

4、ive materials is: Enamel < Targis Dentin < Dentacolor < Artglass< Vita Zeta. According to the worn-depthest-points, the order of five materials is: Enamel < Targis Dentin< Artglass < Dentacolor < Vita Zeta. ConclusionTargis Dentin shows no significant difference on ware resis

5、tance from human enamel , while three other composite resins are poorer than human enamel. This system in vitro is effective, accurate, quick and economical.【Key words】Dental materials；Composite resins；Test system in vitro對(duì)牙科修復(fù)材料的抗磨損性評(píng)價(jià)可采用臨床觀察（體內(nèi)）和實(shí)驗(yàn)室模擬（體外）兩類研究方法。由于臨床追蹤研究方法周期長、費(fèi)用高、難以標(biāo)準(zhǔn)化,所以進(jìn)行預(yù)示材料磨損性的

6、實(shí)驗(yàn)室模擬就成為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性研究課題。為了更好地模擬牙齒咀嚼時(shí)對(duì)材料產(chǎn)生的機(jī)械磨損、進(jìn)食時(shí)口腔中的溫度變化和食品中化學(xué)成分對(duì)材料的影響，迄今為止學(xué)者們已設(shè)計(jì)了不同形式的人工口腔模擬機(jī)1-3，同時(shí)也推出了各種對(duì)材料磨損量進(jìn)行評(píng)價(jià)的儀器和方法。作者報(bào)告應(yīng)用一種新型體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)4種口腔冠橋復(fù)合樹脂材料進(jìn)行抗磨損研究的實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果。材料和方法1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：程控多功能人工口腔機(jī)主要由8個(gè)試樣固定器,2個(gè)電腦控制的步進(jìn)電機(jī),2個(gè)電動(dòng)水浴箱和1個(gè)控制箱組成。2個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別帶動(dòng)口腔機(jī)模擬正中咬合的垂直運(yùn)動(dòng)和近遠(yuǎn)中咬合的水平運(yùn)動(dòng)。2個(gè)電動(dòng)水浴箱提供冷熱水循環(huán)。測試系統(tǒng)由三維激光掃描儀、馬達(dá)操縱儀、光傳感

7、器操縱儀和電腦控制系統(tǒng)4部分組成。2. 實(shí)驗(yàn)材料:4種冠橋復(fù)合樹脂材料為 Vita Zeta (德國Vita公司), Targis Dentin (列支敦士登Ivoclar公司), Dentacolor和Artglass (德國 Kulzer公司)。對(duì)照材料為人智齒牙釉質(zhì)。對(duì)頜牙用直徑為3.5mm的工業(yè)化烤瓷珠代替。試樣制備:將實(shí)驗(yàn)材料擠入圓形樣品托盤(直徑10mm, 深2mm)中, 上置玻璃紙, 在玻璃板上按壓成平面,按生產(chǎn)商要求將材料在聚合器中聚合,用1 000目和4 000目砂紙將試樣表面磨光并用40°C超聲水清洗5 min, 置于50°C水浴中浸泡48 h后備用。每

8、種材料一次制備8個(gè)試樣。對(duì)照牙制備: 每次選8顆新鮮拔除的人正常智齒,在牙冠釉質(zhì)最厚處磨出約2.5 mm×2.5 mm 的平面并用4 000目砂紙磨細(xì)磨平，用自凝塑料將其分別包埋入8個(gè)試樣托盤中。對(duì)頜牙制備:用充填材料將烤瓷珠的上半部分包埋進(jìn)引導(dǎo)桿下端的試樣托臼中。3.實(shí)驗(yàn)方法:按表1中的實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制機(jī)器運(yùn)行?？傄Ш洗螖?shù)為120萬。在實(shí)驗(yàn)過程中分別于咬合12萬、24萬、48萬、84萬和120萬次后,用精細(xì)硅橡膠印模材料在實(shí)驗(yàn)材料上對(duì)磨損點(diǎn)取模，其目的是為了避免取下和重新安裝試樣造成的機(jī)器零點(diǎn)改變。將印模放在激光三維像測試儀上測定材料的磨損坑體積和磨損坑最深點(diǎn)。每種實(shí)驗(yàn)材料測定8個(gè)試樣

9、，取均值。表1主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)參數(shù)項(xiàng)目量值冷水/熱水溫度5/55冷水/熱水作用時(shí)間60 s沖程高度(垂直運(yùn)動(dòng))0.6 mm沖程深度(水平運(yùn)動(dòng))0.3 mm實(shí)驗(yàn)牙載重5 kg循環(huán)頻率1.3 Hz 4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：TukeyStudentized Range（HSD）顯著性檢驗(yàn)。 結(jié)果表2，3分別為4種實(shí)驗(yàn)材料和對(duì)照材料在不同咬合循環(huán)后的磨損點(diǎn)體積(mm3)和磨損最深點(diǎn)(m)測試結(jié)果的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差(n=8)。材料磨損體積測值的順序依次為: 牙釉質(zhì) Targis Dentin Dentacolor Artglass Vita Zeta。磨損最深點(diǎn)測值的順序依次為 : 牙釉質(zhì) Targis D

10、entin Artglass Dentacolor Vita Zeta。用 Tukeys Studentized Range (HSD) Test對(duì)120萬次咬合循環(huán)后的測試結(jié)果平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果表明，無論是材料磨損體積還是磨損最深點(diǎn), 只有 Targis Dentin 與牙釉質(zhì)比較，差異無顯著性；其他3種實(shí)驗(yàn)材料與牙釉質(zhì)和Targis Dentin相比，差異都有顯著性；它們之間相互比較，差異均無顯著性。討論本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所用的新型口腔機(jī)是在1990年Kriejci等3報(bào)告的程控人工口腔機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展起來的。與Kriejci的口腔機(jī)相比，它具有以下特點(diǎn)：作用在試樣上的咀嚼壓力通過選用的標(biāo)

11、準(zhǔn)重物直接產(chǎn)生，所有實(shí)驗(yàn)參數(shù)都可精確控制。所有實(shí)驗(yàn)牙都固定在同一運(yùn)動(dòng)底板上, 保證咀嚼模擬運(yùn)動(dòng)的一致性和均衡性。通過噴嘴將冷熱水直接噴射到試樣上, 使作用在試樣上的水溫與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水溫一致。試樣固定器的設(shè)計(jì)適合固定從單個(gè)假牙到總義齒等多種試樣。所有實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和咀嚼頻率在實(shí)驗(yàn)全過程中均實(shí)時(shí)顯示在彩色屏幕上，可隨時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。咬合點(diǎn)的材料磨損是一個(gè)微量，其精確測量對(duì)材料抗磨損性的定量評(píng)價(jià)極為重要。 本項(xiàng)研究的測試系統(tǒng)采用激光三維象測試儀和專用的數(shù)據(jù)處理軟件，能對(duì)材料上磨損的小坑在微米級(jí)進(jìn)行掃描測定和計(jì)算，保證了測試結(jié)果的精確度。表24種實(shí)驗(yàn)材料和對(duì)照材料在不同咬合循環(huán)后磨損體積的測試結(jié)果(

12、mm3, ±s)材料咬合循環(huán)次數(shù)120 000240 000480 000840 0001 200 000牙釉質(zhì)0.022±0.0060.029±0.0070.045±0.0050.067±0.0060.083±0.012Targis Dentin0.024±0.0060.034±0.0080.056±0.0130.086±0.0130.110±0.016Dentacolor0.029±0.0080.047±0.0130.089±0.0300.141

13、77;0.0360.187±0.050Artglass0.042±0.0140.068±0.0250.118±0.0470.183±0.0410.226±0.043Vita Zeta0.036±0.0090.063±0.0130.092±0.0140.141±0.0240.242±0.113注：n=8，表3同 表34種實(shí)驗(yàn)材料和對(duì)照材料在不同咬合循環(huán)后坑最深點(diǎn)的測試結(jié)果 (m,±s)材料咬合循環(huán)次數(shù)120 000240 000480 000840 0001 200 000牙釉

14、質(zhì)-51.3±6.54-60.4±7.4-73.3±6.8-90.4±6.9-100.0±7.5Targis Dentin-56.9±1.7-61.6±5.3-75.8±5.4-97.3±3.5-108.3±6.5Dentacolor-55.9±4.9-74.1±10.7-103.7±14.6-133.0±20.9-154.0±22.6Artglass-66.1±10.98-87.4±16.1-108.9±21.1-

15、130.8±17.8-144.8±16.8Vita Zeta-69.6±8.5-90.6±11.0-114.4±10.9-130.3±11.1-167.0±34.4實(shí)驗(yàn)參數(shù)是在以往其他體外研究的基礎(chǔ)上制定的。如，健康人一年咬合次數(shù)約為25萬次4。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)15晝夜的總咬合數(shù)為120萬次，模擬臨床5年的咀嚼效果。在實(shí)驗(yàn)過程中分別于咬合12萬、24萬、48萬、84萬和120萬次后對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的磨損量進(jìn)行測試，分別模擬了臨床半年、1年、2年、3年半和5年的咀嚼效果，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料長期磨損的動(dòng)態(tài)觀察。實(shí)驗(yàn)的加載重量為5 kg，相當(dāng)于K

16、riejci等采用的49N；加載頻率是1.3 Hz，與口腔咀嚼頻率相仿。冷熱水循環(huán)溫度為5/55 。冷熱水循環(huán)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中始終進(jìn)行，模擬了材料在口腔中浸泡在唾液中的狀態(tài)。以往體外研究使用的對(duì)頜牙材料有人牙釉質(zhì)、陶瓷、金、復(fù)合樹脂材料和塑料等。選用人牙釉質(zhì)能直接模擬口腔情況，但存在牙齒搜集和加工的困難以及牙尖尺寸難以標(biāo)準(zhǔn)化的問題。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)采用工業(yè)化生產(chǎn)的烤瓷珠，具有尺寸標(biāo)準(zhǔn)、制備簡便、價(jià)格低廉以及烤瓷材料的性質(zhì)與牙釉質(zhì)最為相近的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明其為一種較理想的對(duì)頜牙材料。Willems等51992年對(duì)89種市售復(fù)合樹脂材料進(jìn)行了定性研究后，將復(fù)合樹脂材料分為5類。其中高度充填的致密型復(fù)合樹脂材

17、料(1b型)中無機(jī)顆粒含量高, 其楊氏彈性模量在所有復(fù)合樹脂材料中最高,抗磨損性能最好。我們的實(shí)驗(yàn)中Targis Dentin屬于1b型,其無機(jī)顆粒含量為76.2%，測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明,無論是材料磨損量還是磨損最深點(diǎn), Targis Dentin 與牙釉質(zhì)相比均無顯著差異。Artglass也屬于1b型,其無機(jī)顆粒含量為69%, 低于Targis Dentin, 抗磨損性能次于Targis Dentin。Vita Zeta屬于超精細(xì)和精細(xì)中度充填型復(fù)合樹脂材料（1a型），1a型與1b型復(fù)合樹脂材料的區(qū)別在于無機(jī)填料含量不同，前者大于60%, 后者小于60%。Vita Zeta的無機(jī)填料含量

18、在所測試的4種樣本中最少, 僅44.3%, 結(jié)果顯示其抗磨損性能不如其他測試材料。 Dentacolor是一種常用的冠橋復(fù)合樹脂材料,在本實(shí)驗(yàn)中其磨損坑體積小于Artglass, 而最深點(diǎn)大于Artglass。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明，該2種材料的測試結(jié)果，差異無顯著性。在本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)得出的最深點(diǎn)磨損曲線中,實(shí)驗(yàn)初始段的曲線坡度上升明顯快于第24段。這與其他體外實(shí)驗(yàn)6,7和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)8,9所觀察到的結(jié)果一致。其解釋為，初始咬合時(shí)咬合接觸區(qū)小，局部產(chǎn)生的作用力大，導(dǎo)致坑深快速增加。至今學(xué)者們已用體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了許多抗磨損性能實(shí)驗(yàn)。被評(píng)價(jià)的材料有銀汞、塑料、不同的復(fù)合樹脂材料和金等。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)象有動(dòng)物和不

19、同年齡組的患者。體外實(shí)驗(yàn)中研究者采用了不同的實(shí)驗(yàn)體系（不同的口腔機(jī)和測試系統(tǒng)）、實(shí)驗(yàn)參數(shù)（不同的咀嚼循環(huán)和咀嚼壓力）和實(shí)驗(yàn)材料（不同的對(duì)頜牙材料和對(duì)照材料），所以很難直接將這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行互相比較。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，牙釉質(zhì)抗磨損性優(yōu)于4種復(fù)合樹脂材料，與Ratledge等101994年體外實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果相同。4種實(shí)驗(yàn)材料抗磨損性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Willems等5對(duì)各類復(fù)合樹脂材料的理論定性分析相符。體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)牙科修復(fù)材料抗磨損性具有實(shí)驗(yàn)過程快速、簡便、經(jīng)濟(jì)、節(jié)省人力物力、實(shí)驗(yàn)條件易于標(biāo)準(zhǔn)化和測試精確客觀等優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)驗(yàn)室中的體外實(shí)驗(yàn)只是對(duì)材料臨床應(yīng)用的模擬，并不能取代體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)體外實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

20、也應(yīng)由體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，尤其對(duì)一種新型材料的評(píng)價(jià)更是如此。 (本文編輯：穆景燕)呂曉迎（南京，東南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系吳健雄實(shí)驗(yàn)室210096）參考文獻(xiàn)1DeLong R, Douglas WH. Development of an artificial oral environment for testing of dental restoratives: Bi-axial force and movement contol. J Dent Res, 1983, 62: 32-36.2Xu HC, Vingerling PA, Liu WY, et al. Wear of composite re

21、sin in vitro: a testing machine with rubber plate. Preliminary results. J Oral Rehabil, 1990, 17:107-115.3Kriejci I, Reich T, Lutz F, et al. In-vitro-testverfahren zur evaluation dentaler restaurationssysteme 1. Computergesteuerter kausimulator. Schweiz Monatsschr Zahnmed, 1990, 100:953-960.4DeLong R, Pintado M, Douglas WH. Measurement of change in surface contour by computer graphics. Dent Mater, 1987, 3: 280-286.5Willems G, Lambrechts P, Braem M, et al. A classification of dental composites according to their morphological and mechanical characteristics. Dental mater,