應用新型體外實驗系統(tǒng)對牙科修復材料抗磨損性的研究

1、    應用新型體外實驗系統(tǒng)對牙科修復材料 抗磨損性的研究        【摘要】目的評價牙科復合樹脂材料的抗磨損性。方法應用程控多功能口腔模擬機和三維像激光測試儀對4種牙科復合樹脂進行抗磨損性的實驗研究。結果材料磨損坑體積大小的順序為: 牙釉質 Targis Dentin Dentacolor Artglass Vita Zeta。 磨損坑最深點大小的順序為: 牙釉質 Targis Dentin Artglass Dentacolor Vita Zeta。 結論T

2、argis Dentin的抗磨損性接近于牙釉質，其他3種材料的抗磨損性明顯較牙釉質差。新型體外實驗系統(tǒng)具有快速、準確、經濟、高效的特點?！娟P鍵詞】牙科材料；復合樹脂類；體外實驗系統(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對牙科修復材料的抗磨損性評價可采用臨床觀察（體內）和實驗室模擬（體外）兩類研究方法。由于臨床追蹤研究方法周期長、費用高、難以標準化,所以進行預示材料磨損性的

6、實驗室模擬就成為一項重要的基礎性研究課題。為了更好地模擬牙齒咀嚼時對材料產生的機械磨損、進食時口腔中的溫度變化和食品中化學成分對材料的影響，迄今為止學者們已設計了不同形式的人工口腔模擬機1-3，同時也推出了各種對材料磨損量進行評價的儀器和方法。作者報告應用一種新型體外實驗系統(tǒng)對4種口腔冠橋復合樹脂材料進行抗磨損研究的實驗方法和結果。材料和方法1實驗系統(tǒng)：程控多功能人工口腔機主要由8個試樣固定器,2個電腦控制的步進電機,2個電動水浴箱和1個控制箱組成。2個步進電機分別帶動口腔機模擬正中咬合的垂直運動和近遠中咬合的水平運動。2個電動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. 實驗材料:4種冠橋復合樹脂材料為 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)。對照材料為人智齒牙釉質。對頜牙用直徑為3.5mm的工業(yè)化烤瓷珠代替。試樣制備:將實驗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個試樣。對照牙制備: 每次選8顆新鮮拔除的人正常智齒,在牙冠釉質最厚處磨出約2.5 mm×2.5 mm 的平面并用4 000目砂紙磨細磨平，用自凝塑料將其分別包埋入8個試樣托盤中。對頜牙制備:用充填材料將烤瓷珠的上半部分包埋進引導桿下端的試樣托臼中。3.實驗方法:按表1中的實驗參數控制機器運行?？傄Ш洗螖禐?20萬。在實驗過程中分別于咬合12萬、24萬、48萬、84萬和120萬次后,用精細硅橡膠印模材料在實驗材料上對磨損點取模，其目的是為了避免取下和重新安裝試樣造成的機器零點改變。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。每種實驗材料測定8個試樣

9、，取均值。表1主要實驗參數參數項目量值冷水/熱水溫度5/55冷水/熱水作用時間60 s沖程高度(垂直運動)0.6 mm沖程深度(水平運動)0.3 mm實驗牙載重5 kg循環(huán)頻率1.3 Hz 4.實驗數據的統(tǒng)計學處理：TukeyStudentized Range（HSD）顯著性檢驗。 結果表2，3分別為4種實驗材料和對照材料在不同咬合循環(huán)后的磨損點體積(mm3)和磨損最深點(m)測試結果的平均值和標準差(n=8)。材料磨損體積測值的順序依次為: 牙釉質 Targis Dentin Dentacolor Artglass Vita Zeta。磨損最深點測值的順序依次為 : 牙釉質 Targis D

10、entin Artglass Dentacolor Vita Zeta。用 Tukeys Studentized Range (HSD) Test對120萬次咬合循環(huán)后的測試結果平均值進行統(tǒng)計學分析。結果表明，無論是材料磨損體積還是磨損最深點, 只有 Targis Dentin 與牙釉質比較，差異無顯著性；其他3種實驗材料與牙釉質和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。討論本項實驗所用的新型口腔機是在1990年Kriejci等3報告的程控人工口腔機的基礎上改進發(fā)展起來的。與Kriejci的口腔機相比，它具有以下特點：作用在試樣上的咀嚼壓力通過選用的標

11、準重物直接產生，所有實驗參數都可精確控制。所有實驗牙都固定在同一運動底板上, 保證咀嚼模擬運動的一致性和均衡性。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驗設計水溫一致。試樣固定器的設計適合固定從單個假牙到總義齒等多種試樣。所有實驗參數、實驗時間和咀嚼頻率在實驗全過程中均實時顯示在彩色屏幕上，可隨時觀察實驗進程。咬合點的材料磨損是一個微量，其精確測量對材料抗磨損性的定量評價極為重要。 本項研究的測試系統(tǒng)采用激光三維象測試儀和專用的數據處理軟件，能對材料上磨損的小坑在微米級進行掃描測定和計算，保證了測試結果的精確度。表24種實驗材料和對照材料在不同咬合循環(huán)后磨損體積的測試結果(

12、mm3, ±s)材料咬合循環(huán)次數120 000240 000480 000840 0001 200 000牙釉質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種實驗材料和對照材料在不同咬合循環(huán)后坑最深點的測試結果 (m,±s)材料咬合循環(huán)次數120 000240 000480 000840 0001 200 000牙釉

14、質-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實驗參數是在以往其他體外研究的基礎上制定的。如，健康人一年咬合次數約為25萬次4。本項實驗15晝夜的總咬合數為120萬次，模擬臨床5年的咀嚼效果。在實驗過程中分別于咬合12萬、24萬、48萬、84萬和120萬次后對實驗材料的磨損量進行測試，分別模擬了臨床半年、1年、2年、3年半和5年的咀嚼效果，從而實現了對材料長期磨損的動態(tài)觀察。實驗的加載重量為5 kg，相當于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)在整個實驗過程中始終進行，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頜牙材料有人牙釉質、陶瓷、金、復合樹脂材料和塑料等。選用人牙釉質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準化的問題。本項實驗采用工業(yè)化生產的烤瓷珠，具有尺寸標準、制備簡便、價格低廉以及烤瓷材料的性質與牙釉質最為相近的優(yōu)點。實驗證明其為一種較理想的對頜牙材料。Willems等51992年對89種市售復合樹脂材料進行了定性研究后，將復合樹脂材料分為5類。其中高度充填的致密型復合樹脂材

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

18、在所測試的4種樣本中最少, 僅44.3%, 結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合樹脂材料,在本實驗中其磨損坑體積小于Artglass, 而最深點大于Artglass。統(tǒng)計學分析表明，該2種材料的測試結果，差異無顯著性。在本項實驗得出的最深點磨損曲線中,實驗初始段的曲線坡度上升明顯快于第24段。這與其他體外實驗6,7和體內實驗8,9所觀察到的結果一致。其解釋為，初始咬合時咬合接觸區(qū)小，局部產生的作用力大，導致坑深快速增加。至今學者們已用體內、體外實驗系統(tǒng)進行了許多抗磨損性能實驗。被評價的材料有銀汞、塑料、不同的復合樹脂材料和金等。體內實驗對象有動物和不

19、同年齡組的患者。體外實驗中研究者采用了不同的實驗體系（不同的口腔機和測試系統(tǒng)）、實驗參數（不同的咀嚼循環(huán)和咀嚼壓力）和實驗材料（不同的對頜牙材料和對照材料），所以很難直接將這些實驗結果進行互相比較。本項實驗結果顯示，牙釉質抗磨損性優(yōu)于4種復合樹脂材料，與Ratledge等101994年體外實驗得出的結果相同。4種實驗材料抗磨損性的實驗結果與Willems等5對各類復合樹脂材料的理論定性分析相符。體外實驗系統(tǒng)評價牙科修復材料抗磨損性具有實驗過程快速、簡便、經濟、節(jié)省人力物力、實驗條件易于標準化和測試精確客觀等優(yōu)點。但實驗室中的體外實驗只是對材料臨床應用的模擬，并不能取代體內實驗，對體外實驗的結果

20、也應由體內實驗驗證，尤其對一種新型材料的評價更是如此。 (本文編輯：穆景燕)呂曉迎（南京，東南大學生物醫(yī)學工程系吳健雄實驗室210096）參考文獻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,