陳文新，包旭東，岳 林

(北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院， 牙體牙髓科 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國家工程實(shí)驗(yàn)室 口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

臨床上修復(fù)體粘接時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)剛聚合的樹脂水門汀表面有一層黏軟的物質(zhì)，容易被擦掉。Bergmann等[1]通過體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)臨床冠邊緣的樹脂水門汀表面會(huì)形成黏軟的氧阻聚層，擦去后修復(fù)體邊緣質(zhì)量較差。既往對(duì)復(fù)合樹脂的研究顯示，當(dāng)樹脂基材料暴露于氧氣中固化，表面會(huì)形成氧阻聚層[2]，其內(nèi)單體轉(zhuǎn)化不全，可產(chǎn)生殘留未反應(yīng)的單體和光引發(fā)劑[3]。樹脂水門汀與復(fù)合樹脂同屬樹脂基材料，且二者組成成分類似[4]，但目前尚未見樹脂水門汀氧阻聚層特點(diǎn)的報(bào)道，本研究旨在探究樹脂水門汀固化表面形成的氧阻聚層內(nèi)樹脂單體的轉(zhuǎn)化規(guī)律、氧阻聚層表征的變化及其影響因素。

1 材料與方法

1.1 材料選擇和分組

根據(jù)固化方式將樹脂水門汀分為3 組：(1)光固化組： RelyX Veneer(Veneer，3M，德國)、NX3(NX3光固化型，Kerr，美國)、Variolink N(Variolink N，IvoclarVivadent, 列支敦士登)；(2)雙重固化組： RelyX U200 Automix(U200 Automix，3M，德國)、NX3(NX3雙重固化型，Kerr，美國)、Multilink Speed(Multilink Speed，IvoclarVivadent, 列支敦士登)；(3)化學(xué)固化組：按說明書，上述3種雙重固化組樹脂水門汀不進(jìn)行光照，自行暗固化，即為化學(xué)固化樹脂水門汀。

1.2 固化后樹脂水門汀表面形貌的掃描電鏡觀察和表面化學(xué)元素測(cè)定

1.2.1試樣制備

在一片載玻片上放置樹脂水門汀糊劑，載玻片表面兩側(cè)分別放置厚度0.1 mm的蓋玻片，一側(cè)與樹脂水門汀接觸，為試樣的無氧側(cè),另一側(cè)遠(yuǎn)離樹脂水門汀，為試樣的有氧側(cè)(圖1)。將一片聚四氟乙烯膜緊貼樹脂水門汀，壓于兩側(cè)蓋玻片上(圖2)。每一材料制備10個(gè)平行樣本，光固化組及雙重固化組的光照強(qiáng)度設(shè)置為1 200 mW/cm2，光照時(shí)間設(shè)置為20 s，光照距離為0.5 cm?；瘜W(xué)固化組進(jìn)行暗固化6 min以上。固化后試樣于室溫下置于密閉暗盒24 h以上。

1.2.2掃描電鏡觀測(cè)

1.2.2.1試樣準(zhǔn)備 每種樹脂水門汀材料取5個(gè)，表面噴鉑,在距邊緣10 μm以內(nèi)的區(qū)域每間隔100 μm定一個(gè)點(diǎn)，共選3個(gè)點(diǎn),另取每種樹脂水門汀材料5個(gè)，表面噴碳，選點(diǎn)同上。

1.2.2.2掃描電鏡下表面形貌 用冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SU-8010, Hitachi, 日本)分別觀察噴鉑試樣有氧側(cè)與無氧側(cè)的表面形貌，隨機(jī)記錄3個(gè)點(diǎn)的圖像。根據(jù)明暗的反差，評(píng)估表面襯度[5]，襯度為圖像上不同區(qū)域間存在的明暗程度的差異。

1.2.2.3表面元素測(cè)定 用能譜分析儀(PHI Quantera SXM, ULVAC-PHI, 日本)對(duì)噴碳試樣觀察區(qū)進(jìn)行元素分析，獲得主要元素成分及其質(zhì)量百分比。

1.3 單體轉(zhuǎn)化率測(cè)定和氧阻聚層厚度計(jì)算

1.3.1試樣制備

將各樹脂水門汀糊劑放入直徑8 mm，高0.2 mm的圓柱形透明塑料模具中，每種材料設(shè)有氧面和無氧面，有氧面用載玻片壓平，取下載玻片使材料表面暴露于空氣中，無氧面操作同前，用載玻片壓平后取下載玻片，表面再蓋上聚四氟乙烯膜。固化方法同前，有氧面光固化組和雙重固化組中設(shè)置光照強(qiáng)度和光照時(shí)間的變量，光照強(qiáng)度分別為800、1 000、1 200 mW/cm2，光照時(shí)間分別為10、20、40、60 s；測(cè)試材料為RelyX Veneer和RelyX U200 Automix，固化后樹脂水門汀室溫下放置于密閉暗盒24 h以上，無氧面取下上覆聚四氟乙烯膜，備用。所有試驗(yàn)樣本量均為5。

1.3.2共聚焦顯微拉曼光譜儀檢測(cè)單體轉(zhuǎn)化率

在測(cè)試暗室中，先取未固化的各個(gè)樹脂水門汀糊劑，分別放于上述模具中，用載玻片壓平材料表面，后取下載玻片，在每個(gè)樣本表面選擇3個(gè)點(diǎn)，間隔約為3 mm，即刻用共聚焦顯微拉曼光譜儀(confocal Raman micro-spectroscopy，Horiba，法國，曝光 30 s、功率 10 mW、放大倍率50倍、激光波長514 nm)分別聚焦于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行未固化材料表面的檢測(cè)分析，讀取光譜圖作為上述待檢試樣光譜圖的參照基準(zhǔn)。

以同樣方法在試樣表面定3個(gè)點(diǎn)，并用共聚焦顯微拉曼光譜儀在相同參數(shù)條件下檢測(cè)。在光譜圖上可獲得碳碳雙鍵峰(波數(shù)1 638 cm-1)和芳香雙鍵峰(波數(shù)1 608 cm-1)的峰高值，根據(jù)公式計(jì)算出每一位點(diǎn)的單體轉(zhuǎn)化率ConvRaman= (1-Acured/Auncured)×100%, 其中Acured為固化后樹脂水門汀光譜中碳碳雙鍵(波數(shù)1638 cm-1)峰高值與芳香雙鍵(波數(shù)1 608 cm-1)峰高值的比值，Auncured為未固化樹脂水門汀的碳碳雙鍵(波數(shù)1 638 cm-1)峰高值與芳香雙鍵(波數(shù)1 608 cm-1)峰高值的比值(圖3)。激光從表面位點(diǎn)垂直向下，每隔4 μm聚焦一次，檢查固化試樣直至60 μm處，從視窗中可讀取各測(cè)試深度下的光譜圖。同樣用公式計(jì)算出各測(cè)試深度的單體轉(zhuǎn)化率。各試樣通過每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)獲得由材料表面(0 μm)至其內(nèi)部60 μm的16個(gè)單體轉(zhuǎn)化率值，通過計(jì)算可以得到3組各測(cè)試深度下樹脂水門汀的單體轉(zhuǎn)化率。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS24.0軟件，對(duì)通過能譜分析儀得到的有氧側(cè)和無氧側(cè)主要元素質(zhì)量百分比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)來檢驗(yàn)有氧側(cè)和無氧側(cè)主要元素質(zhì)量百分比和各材料有、無氧面表面單體轉(zhuǎn)化率的差異，P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

用單因素方差分析(One-Way ANOVA)檢驗(yàn)每個(gè)試樣各深度位點(diǎn)的3 組單體轉(zhuǎn)化率間的差異，對(duì)檢驗(yàn)有差異的結(jié)果采用Post-hoc test(LSD)法進(jìn)行兩兩比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)均為雙側(cè)α=0.05，尋找并記錄單體轉(zhuǎn)化率停止繼續(xù)增長的點(diǎn)(P>0.05)，以此深度作為氧阻聚層厚度。

各固化方式及各光照條件下表面單體轉(zhuǎn)化率及氧阻聚層厚度的差異用單因素方差分析(One-Way ANOVA)進(jìn)行檢驗(yàn)，而對(duì)檢驗(yàn)有差異的結(jié)果采用Post-hoc test(LSD)法進(jìn)行兩兩比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)均為雙側(cè)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 固化后樹脂水門汀的表面形貌特點(diǎn)

固化后樹脂水門汀無氧側(cè)表面亮暗相間，成像襯度較強(qiáng)；有氧側(cè)表面呈模糊的膜狀物覆蓋狀，襯度較弱。從固化方式來看，化學(xué)固化樹脂水門汀無氧側(cè)與有氧側(cè)的成像襯度差異最大，雙重固化樹脂水門汀次之，光固化樹脂水門汀無氧側(cè)與有氧側(cè)電子顯微鏡下所見成像襯度相近(圖4)。

2.2 固化后樹脂水門汀表面的元素分析

除RelyX Veneer和RelyX U200 Automix雙重固化樹脂水門汀外，光固化、雙重固化、化學(xué)固化樹脂水門汀均表現(xiàn)為有氧側(cè)的氧元素質(zhì)量百分比顯著大于無氧側(cè)(P<0.05)， 其他無機(jī)成分質(zhì)量百分比顯示有氧側(cè)的鐿(Yb)元素質(zhì)量百分比均顯著小于無氧側(cè)(P<0.05)， 大多數(shù)樹脂水門汀的硅(Si)、鋯(Zr)、鋇(Ba)、氟(F)元素也表現(xiàn)出了有氧側(cè)的質(zhì)量百分比顯著小于無氧側(cè)的特點(diǎn)(P<0.05)。

光固化組的RelyX Veneer和雙重固化組的RelyX U200 Automix，表現(xiàn)為有氧側(cè)的氧元素與其他無機(jī)成分質(zhì)量百分比和無氧側(cè)的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.3 固化后樹脂水門汀的單體轉(zhuǎn)化率

2.3.1固化后樹脂水門汀的表面單體轉(zhuǎn)化率

固化后的各樹脂水門汀有氧面表面單體轉(zhuǎn)化率均顯著小于無氧面(P<0.05，表1)， 且無論是在有氧面還是無氧面，表面單體轉(zhuǎn)化率均為化學(xué)固化組最低(P<0.05)，其有氧面為 44.82%±3.33%，無氧面為 65.62%±2.86%；雙重固化組最高(P<0.05)，其有氧面為 54.34%±4.28%，無氧面為 74.01%±3.29%；光固化組介于二者之間，其有氧面為 49.68%±3.20%，無氧面為 68.91%±4.30%。對(duì)于光固化及雙重固化樹脂水門汀，其表面單體轉(zhuǎn)化率會(huì)隨光照強(qiáng)度增加而增加(P<0.05)，光固化樹脂水門汀光照時(shí)間為40 s及以上時(shí)，雙重固化樹脂水門汀光照時(shí)間為60 s及以上時(shí)，表面單體轉(zhuǎn)化率不再隨光照強(qiáng)度增加而變化(P>0.05)。光固化及雙重固化樹脂水門汀在光照強(qiáng)度為800 mW/cm2時(shí)，表面單體轉(zhuǎn)化率隨光照時(shí)間增加而增加(P<0.05)，但當(dāng)光照強(qiáng)度增加到1 000 mW/cm2及以上時(shí)，表面單體轉(zhuǎn)化率較高，同樣不會(huì)隨光照時(shí)間增加而改變(P>0.05，表2和表3)。

表1 固化后樹脂水門汀有氧面、無氧面表面單體轉(zhuǎn)化率Table 1 Surface monomer conversion of cured resin cement on aerobic surface and anaerobic surface

表2 光照強(qiáng)度及時(shí)間對(duì)光固化樹脂水門汀表面單體轉(zhuǎn)化率的影響Table 2 Effect of light intensity and illumination time on surface monomer conversion of light-cured resin cement /%

表3 光照強(qiáng)度及時(shí)間對(duì)雙重固化樹脂水門汀表面單體轉(zhuǎn)化率的影響Table 3 Effect of light intensity and illumination time on surface monomer conversion of dual-cured resin cement /%

2.3.2固化后樹脂水門汀深部的單體轉(zhuǎn)化率變化

3種固化方式的樹脂水門汀材料無氧面從表面到60 μm深時(shí)的單體轉(zhuǎn)化率為60%～80%，各深度單體轉(zhuǎn)化率之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，樹脂水門汀有氧面的單體轉(zhuǎn)化率從表面至內(nèi)部隨深度增加而增加，表現(xiàn)為逐漸增長至轉(zhuǎn)化維持穩(wěn)定(圖5)?；瘜W(xué)固化樹脂水門汀的氧阻聚層厚度最大，為(40.00±4.00) μm；雙重固化樹脂水門汀的氧阻聚層厚度最小，為(17.60±2.19) μm；光固化樹脂水門汀的氧阻聚層厚度介于二者之間，為(20.80±3.35) μm,其中，光固化及雙重固化樹脂水門汀在光照時(shí)間為10、20、40 s時(shí)，氧阻聚層厚度會(huì)隨光照強(qiáng)度增加而減小(P<0.05)， 在光照時(shí)間為60 s時(shí)，氧阻聚層厚度較小，不會(huì)隨光照強(qiáng)度增加而變化(P>0.05)。光固化及雙重固化樹脂水門汀的氧阻聚層厚度隨光照時(shí)間增加而減小(P<0.05)， 光固化樹脂水門汀光照強(qiáng)度增加到1 200 mW/cm2時(shí)，雙重固化樹脂水門汀在光強(qiáng)為1 000 mW/cm2及以上時(shí)，氧阻聚層厚度不再隨光照時(shí)間增加而改變(P>0.05，表4和表5)。

表4 光照強(qiáng)度及時(shí)間對(duì)光固化樹脂水門汀氧阻聚厚度的影響Table 4 Effect of light intensity and illumination time on oxygen inhibition layer thickness of light-cured resin cement /μm

表5 光照強(qiáng)度及時(shí)間對(duì)雙重固化樹脂水門汀氧阻聚層厚度的影響Table 5 Effect of light intensity and illumination time on oxygen inhibition layer thickness of dual-cured resin cement /μm

3 討論

3.1 樹脂水門汀氧阻聚層表面形貌和無機(jī)成分特點(diǎn)

與以往對(duì)復(fù)合樹脂氧阻聚層的研究結(jié)果相似[2, 6]，本研究樹脂水門汀在與氧接觸情況下固化時(shí)表面也會(huì)產(chǎn)生氧阻聚層。無機(jī)成分分析結(jié)果顯示氧阻聚層內(nèi)氧元素含量相對(duì)聚合穩(wěn)定部分更高，而填料含量較低，尤其是鐿元素質(zhì)量百分比顯著較低。這是因?yàn)榭諝庵械难醣蛔杂苫Y(jié)合生成過氧化物貼附在材料表面[2, 7]，使氧元素增高。本研究掃描電鏡下的觀察結(jié)果也證實(shí)了這一現(xiàn)象，無氧條件下固化后樹脂水門汀表面襯度高，無機(jī)填料顯現(xiàn)明顯，有氧時(shí)襯度較低，表面呈膜狀物覆蓋，填料不顯現(xiàn)，說明氧阻聚層表面無機(jī)填料少。氧元素和表面自由基的結(jié)合占據(jù)了微觀空間，表面其他無機(jī)成分含量即相應(yīng)減小，原子質(zhì)量較大的鐿元素更能體現(xiàn)這種趨勢(shì)。填料的主要作用是增加材料的耐磨性[8]、剛性、硬度和強(qiáng)度[9]，因而氧阻聚層填料減少會(huì)導(dǎo)致樹脂水門汀表面強(qiáng)度和耐磨性均降低[10-11]，邊緣的氧阻聚層易被摩擦掉，使邊緣適合性下降。同時(shí)，本研究結(jié)果顯示氧阻聚層的表面單體轉(zhuǎn)化率低，會(huì)導(dǎo)致其存在大量未反應(yīng)單體，這可能是氧阻聚層在掃描電鏡下有表面襯度弱、膜狀物覆蓋表現(xiàn)的原因。

3.2 氧阻聚層的單體轉(zhuǎn)化特點(diǎn)及氧阻聚層厚度

本研究有氧條件下樹脂水門汀的表面單體轉(zhuǎn)化率相較于無氧條件顯著降低，說明氧抑制樹脂水門汀表面的單體聚合。這是因?yàn)闃渲T汀的聚合反應(yīng)是光引發(fā)體系或氧化還原體系產(chǎn)生自由基過程，自由基觸發(fā)樹脂單體聚合。而大氣中的氧更容易和自由基結(jié)合形成穩(wěn)定過氧化物抑制進(jìn)一步的聚合反應(yīng)[2, 7]，故氧阻聚層的單體轉(zhuǎn)化率低，并且氧阻聚層的單體轉(zhuǎn)化率會(huì)由淺及深逐漸增加。研究顯示甲基丙烯酸酯基樹脂材料的表面受氧抑制聚合程度最高，表面的單體轉(zhuǎn)化率最低[12-13],因?yàn)樵浇咏韺友鯘B入越多，往深層氧結(jié)合逐漸減少，氧阻聚作用減弱。

各種固化方式相比，雙重固化樹脂水門汀表面單體轉(zhuǎn)化率最高，氧阻聚層厚度最小，而化學(xué)固化樹脂水門汀表面單體轉(zhuǎn)化率最低，氧阻聚層厚度最大，說明樹脂水門汀氧阻聚層的表面單體轉(zhuǎn)化率、厚度和固化方式相關(guān)。Yamaji等[14]的研究表明光引發(fā)固化的體系中自由基起始速率與化學(xué)固化樹脂相比要快得多，光引發(fā)體系可迅速引發(fā)樹脂單體聚合反應(yīng)，氧來不及與自由基結(jié)合，氧阻聚作用降低。因此，光固化樹脂水門汀氧阻聚作用弱，單體轉(zhuǎn)化率高；而化學(xué)固化樹脂水門汀依賴于氧化還原體系引發(fā)單體聚合，速度較慢，氧阻聚作用相對(duì)明顯，單體轉(zhuǎn)化率低；雙重固化樹脂水門汀的固化同時(shí)具有氧化還原體系和光引發(fā)體系，可以更加快速并產(chǎn)生更多自由基促進(jìn)聚合反應(yīng)，因而單體轉(zhuǎn)化率最高，氧阻聚作用最弱。學(xué)者們對(duì)甲基丙烯酸酯類樹脂材料單體轉(zhuǎn)化率的研究結(jié)果也顯示[15-18]，雙重固化型的單體轉(zhuǎn)化率相較于化學(xué)固化型更高。

本研究發(fā)現(xiàn)光固化及雙重固化樹脂水門汀的表面單體轉(zhuǎn)化率還會(huì)隨光照強(qiáng)度、光照時(shí)間的增加而增加，氧阻聚層厚度則隨之相應(yīng)減小。以往的研究認(rèn)為，光照強(qiáng)度和光照時(shí)間的增加均會(huì)促進(jìn)復(fù)合樹脂的聚合[19-21]，與本研究結(jié)果相符。樹脂單體的聚合程度取決于光能大小(光照時(shí)間×光照強(qiáng)度)，當(dāng)光照強(qiáng)度較低時(shí)可提高光照時(shí)間來增加光能[22]，從而激活樹脂水門汀表面未反應(yīng)的光引發(fā)劑,并消耗未反應(yīng)的單體使雙鍵轉(zhuǎn)換繼續(xù)，進(jìn)一步促進(jìn)聚合反應(yīng)，使表面單體轉(zhuǎn)化率增加、氧阻聚作用降低，但當(dāng)光強(qiáng)或光照時(shí)間增加到一定程度以后，即使光能繼續(xù)增加，表面單體轉(zhuǎn)化率不再增加，氧阻聚層厚度也不再減小。臨床上希望在較短光照時(shí)間下獲得最佳的固化結(jié)果，提高單體轉(zhuǎn)化程度，減少氧阻聚層的形成，本研究結(jié)果提示光固化樹脂水門汀在光強(qiáng)1 200 mW/cm2、光照時(shí)間10 s時(shí)，雙重固化樹脂水門汀在光強(qiáng)1 000 mW/cm2、光照時(shí)間10 s時(shí)，即可獲得最大的表面單體轉(zhuǎn)化率及最小的氧阻聚層厚度。也有研究表明固化燈過多的能量輸出會(huì)產(chǎn)熱[23-24]，對(duì)牙髓產(chǎn)生不利影響。因此，臨床上應(yīng)根據(jù)不同的材料選擇適宜的光照強(qiáng)度和時(shí)間。

結(jié)合樹脂水門汀單體轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，單體轉(zhuǎn)化率低的氧阻聚層因固化不完全、表面黏度大[25]，易被擦去從而降低修復(fù)體邊緣適合性[1]。氧阻聚層內(nèi)單體轉(zhuǎn)化率隨深度增加而增加，最表層部分可被擦去遺留表層下單體轉(zhuǎn)化率稍高的部分，但其表面質(zhì)量仍然較差。這符合Hyun-Hee等[26]的研究結(jié)果，即復(fù)合樹脂在表面有氧阻聚層存在時(shí)，拋光后表面有凹坑狀的表現(xiàn)，因此應(yīng)盡量減少或抑制氧阻聚層的形成，在氧阻聚層產(chǎn)生后即使去除也不一定能獲得良好的表面質(zhì)量。

綜上所述，樹脂水門汀暴露于氧環(huán)境下會(huì)形成氧阻聚層，其表面無機(jī)填料少、表面單體轉(zhuǎn)化率低；較低的單體轉(zhuǎn)化率會(huì)在表面下一定深度存在，該深度為氧阻聚層厚度。樹脂水門汀氧阻聚層的表面單體轉(zhuǎn)化率及氧阻聚層厚度受固化方式及光照因素影響。