干燥和湿润环境下不同牙本质粘接剂的微拉伸粘接强度比较

干燥和湿润环境下不同牙本质粘接剂的微拉伸

粘接强度比较

古林娟1 李 秦1 赵育明1 伊远平1 杨 静1 赵信义2

（1. 西安市第三医院口腔科，西安 710018；2.空军军医大学口腔医院口腔材料教研室，西安 710032）

【摘要】 目的 应用6种不同类型牙本质粘接剂，比较其粘接试样在干燥和湿润测试环境下的微拉伸粘接强度，并分析产生差异的原因。方法 选择人离体无龋第三磨牙24颗，暴露面牙本质，将试样随机均分为6组，分别使用6种粘接剂（Prime＆Bond NT、Contax、Clearfil SE Bond、Adper Prompt、Clearfil S3 Bond和i Bond）和一种复合树脂制作牙本质-复合树脂粘接体，然后纵向片切制备横截面积约0.8 mm2的微拉伸试样，每种粘接材料的拉伸试样再分成3个亚组（每个亚组n=20）：A组（试样粘接界面保持湿润）、B组（试样在空气中干燥2 h后测试）、C组（试样在空气中干燥24 h后测试），测试微拉伸粘接强度，最后扫描电镜观察断裂模式。结果 i Bond处理的A组与B、C组粘接强度差异无统计学意义（P >0.05），其余5种粘接剂的A组粘接强度均低于B、C组（P<0.05）。断裂模式均以界面破坏为主，与试样干湿状态无关。结论 干燥环境下所测得牙本质粘接剂的微拉伸粘接强度值高于湿润环境下所测得的强度值。

【关键词】 微拉伸粘接强度 牙本质粘接剂 干燥环境 湿润环境DOI：10.11752/j.kqcl.2019.02.02

The comparison of microtensile bond strengths of different dentin

adhesives under dry and wet condition

Gu Linjuan1 Li Qin1 Zhao Yuming1 Yi Yuanping1 Yang Jing1 Zhao Xinyi2

Xi’an 710018; （1. Department of Stomatology，Xi'an No.3 Hospital，

2. Department of Dental Materials, the Fourth Military Medical University, Xi’an 710032）

【Abstract】 Objective To compare the bond strengths of dentin microtensile bonding specimens of six dentin adhesives tested under dry and wet condition, and to analyze the causes of the differences. Methods The occlusal dentin surface of 24 freshly extracted and non-carious third molars were exposed, and were randomly divided into six groups. Six different types of adhesives (Prime＆Bond NT, Contax, Clearfil SE Bond, Adper Prompt, Clearfil S3 Bond, i Bond) and a composite resin were used for dentin-composite resin bonding respectively. Microtensile specimens with a cross-sectional area of about 0.8 mm2 were prepared. Then the specimens were divided into three subgroups randomly (n=20) : Group A (keep wet), Group B (test after 2 hours of drying), and Group C (test after 24 hours of drying), then microtensile bond strengthes (μTBS) of different groups were tested. At last, the SEM images of the fractured areas were used to evaluate the fracture mode. Results There were

基金项目：国家自然科学基金（编号：81571014）通信作者：赵信义，E-mail: zhaoxinyi@fmmu.edu.cn

no significant differences in the μTBS between the three groups of i Bond (P>0.05). The μTBS of the other five

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Chin J Dent Mater Dev 口腔材料器械杂志2019年第28卷第2期adhesives in the wet groups were significantly lower than those in the dry groups (P<0.05). The fracture mode was mainly based on interface failure, and was not related to the dry and wet state of the sample. Conclusion The μTBS of the sample measured under the dry environment was higher than that under the wet environment .

【Key words】 Microtensile bond strength (μTBS) Dentin adhesive Dry enviroment Wet environment

微拉伸测试法广泛应用于牙齿硬组织粘接强度的测试，具有许多优势：可以在一颗牙齿上制作出许多拉伸试样；试样粘接面积小，缺陷少，测定的强度较高；拉伸时粘接面应力分布更加均匀，破坏发生在粘接界面的概率更高，结果更能够反映粘接强度 [1]。但是微拉伸粘接试样制备过程复杂，步骤多，时间较长，试样制备及测试过程都是在干燥的空气中进行的。而目前临床使用牙本质粘接剂形成的牙本质粘接界面含有较多的水分 [2-3]。空气中制备、测试微拉伸粘接试样，而又不设法保持其界面水分，可能会导致界面水分的丢失或减少。

因此，我们提出假设，牙本质微拉伸粘接试样界面水分的丢失，会使界面强度增加，进而会使微拉伸粘接试样的粘接强度增加。本文比较研究了干、湿环境下牙本质微拉伸粘接试样的粘接强 度。

1 材料和方法

1.1 材料

24颗新鲜人离体第三磨牙，完好无龋、无充填物，患者均已知情同意。6种牙齿粘接剂及其主要成分见表1。光固化复合树脂（Point 4，Kerr Co.），直径约1 mm的粗棉线。

表1 6种粘接剂的主要组成

粘接剂（代号）Prime＆Bond NT（NT）Clearfil SE Bond（SE）Contax（CO）Adper Prompt （AP）i Bond（IB） Clearfil S3 Bond（S3）

类别酸蚀-冲洗两步自酸蚀两步自酸蚀一步自酸蚀一步自酸蚀一步自酸蚀

溶剂丙酮乙醇、水水水丙酮、水乙醇、水

主要组成

PENTA、Bis-GMA、氟化氢十六胺、光引发剂、稳定剂底涂剂：亲水性二甲基丙烯酸酯、HEMA、10-MDP、CQ

粘接剂：二甲基丙烯酸酯、HEMA、10-MDP、硅胶、CQ底涂剂：马来酸、NaF 粘接剂：亲水的酸性Bis-GMA、催化剂A瓶：聚烯烃酸、HEMA、稳定剂 B瓶：Bis-GMA、CQ、甲基丙烯酸磷酸酯 UDMA、戊二酸、4-META、稳定剂、CQHEMA 、Bis-GMA、CQ 、10-MDP

MDP：10-甲基丙烯酰氧癸基磷酸酯； 注：PENTA：二季戊四醇戊丙烯酸单磷酸酯；Bis-GMA：双酚A-二甲基丙烯酸缩水甘油酯；

HEMA：甲基丙烯酸β-羟乙酯； UDMA：二甲基丙烯酸尿烷酯；CQ：樟脑醌

1.2 试验方法

1.2.1 试样制备与分组 用低速锯（MTI，沈阳科精精密机械有限公司） 在水冷却下切除牙齿面釉质，暴露牙本质。然后依次用400目、600目碳化硅水砂纸在流水下打磨牙本质表面，以形成标准玷污层，体视显微镜下检查确保打磨面无釉质。将24颗牙按随机数字表随机化分为6组，每组4颗。在每组牙齿的打磨面上，分别按照产品说明书推荐的步骤应用上述6种粘接剂中的一种，光照固化后在粘接剂表面分层堆塑光固化复合树脂，

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光照固化后形成5 mm厚的树脂体。然后将其置于37 ℃生理盐水中，24 h后取出，再用石膏包埋牙根形成基座。然后在水冷却下用低速锯，顺牙长轴在近远中和颊舌相互垂直的两个方向上进行片切，制备边长0.9 mm的正方形微拉伸粘接条状试样 [4]，试样制备后立即置于37 ℃生理盐水中。

从每颗牙的中央区域选择15个微拉伸粘接条状试样，要求试样牙本质端有足够长度，树脂端无气泡。将其随机均分为A、B、C 3个亚组，保证每种粘接剂的每个亚组共有20个试样。A组为

Chin J Dent Mater Dev 口腔材料器械杂志2019年第28卷第2期试样测试前及测试中粘接界面保持湿润，方法是用湿粗棉线包裹条状试样粘接界面，再用502胶水将试样粘固到拉伸测试夹具上，2 h后测试试样拉伸粘接强度，期间定时在包裹试样的粗棉线上添加水，以确保湿润；B组为干燥2 h组，方法是在室内空气中（35%湿度、23 ℃）将条状试样粘固到拉伸测试夹具上，放置2 h后测试拉伸粘接强度。C组的操作环境与B组相同，放置24 h后测定拉伸粘接强度。

1.2.2 微拉伸粘接强度测试 用万能材料试验机（Autograph AGS，日本岛津）测试试样拉伸粘接强度，加载速率为1.0 mm/ min，记录试样断裂载荷（N），用游标卡尺测量并计算每个试样粘接面的实际面积（mm2），计算拉伸粘接强度（MPa）。1.2.3 断面观察 用体视显微镜观察试样的断面，发现断裂模式分为3种，①界面破坏：破坏发生在树脂与牙本质之间，即粘接剂与复合树脂界面破坏、粘接剂与牙本质界面破坏，粘接剂的内聚破坏都属于界面破坏。②混合破坏：即有界面破坏又有被粘物破坏。③被粘物破坏：破坏发生在

复合树脂内或牙本质内。除了被粘物破坏以外的试样，干燥喷金后用扫描电镜（JEOL JSM-6700F）观察分析断面。1.3 统计学分析

采用Spss 17.0统计软件，对微拉伸粘接强度结果进行单因素方差分析，每种粘接剂的各组间差异用LSD-T检验，以双侧P<0.05为差异有统计学意义。对样本断裂模式的频数进行多个样本比较的秩和检验（Kruskal-Wallis H）。

2 结果

2.1 粘接强度

不同环境下6种粘接剂的微拉伸粘接强度测试结果见表2。由表2可知，除粘接剂IB外，其余5种粘接剂湿润组的粘接强度均低于其干燥组（P<0.05），而试样在空气中干燥2 h（B组）与干燥24 h（C组）的粘接强度结果差异无统计学意义（P>0.05）。IB粘接剂A、B、C 3组间差异无统计学意义（P>0.05），表明湿润和干燥测试环境对IB粘接剂的微拉伸强度值无影响。

表2 不同环境下6种粘接剂的微拉伸粘接强度（MPa， x±s）

粘接剂NTSECOAPIBS3

A（湿润）48.56±9.36△52.94±13.43△28.59±10.69△19.24±5.70△28.61±7.30*46.47±10.99△

B（空气干燥2 h）71.22±14.2675.29±15.3547.88±12.6631.50±7.1032.56±11.3062.60± 8.93

C(空气干燥24 h)77.09±11.0973.79±12.4149.72±12.4834.05±7.1934.32±10.1868.69±13.03

△

A与B、C差异有统计学意义P<0.05； *A与B、C差异无统计学意义P>0.05注：

2.2 断裂模式

各组断裂模式见表3。6种粘接剂3组间破坏类型无显著性差异（P>0.05），即干、湿测试环境对试样断裂模式无影响，各组均以界面破坏为主。电镜结果见图1。

燥环境下的粘接强度，这一结果基本上肯定了我们的假设是成立的，即牙本质微拉伸粘接试样界面水分的丢失，会使界面强度增加，进而会使微拉伸粘接试样的粘接强度增加。这一结果可能与牙本质粘接剂的组成特点，以及牙本质粘接界面的结构与组成特点有关。

现代牙本质粘接机制是建立在粘接剂与牙本质界面形成混合层（hybrid layer）结构基础上的 [5]。为了形成高质量的混合层，树脂基质（常12

3 讨论

本研究中，除IB外的其他粘接剂，其试样粘接界面在湿润环境下的拉伸粘接强度显著低于干

Chin J Dent Mater Dev 口腔材料器械杂志2019年第28卷第2期表3 断裂破坏类型结果

粘接剂

组别A

NT

BCA

SE

BCA

CO

BCA

AP

BCA

IB

BCA

S3

BC

断裂模式及数量

界面破坏（个）混合破坏（个）被粘物破坏（个）

11121111101212111213121111101311911

443464544355653565

546544354434354454

用Bis-GMA）应当充分地渗入并包绕脱矿后的牙本质胶原纤维网。然而基质成分疏水、渗透性差，

[6]

加入树脂基质中因此常用稀释剂（常用HEMA）

以改善其渗透性。稀释剂是一种亲水性单体，对牙本质有高度亲和力，通过其自身自由基与Bis-GMA发生化学结合，从而使基质充分进入胶原纤维网络中。对于一步法自酸蚀粘接剂，HEMA 还可以维持疏水树脂单体和水在同一溶液中，防止液相分离 [7]。可见，亲水性的稀释单体是粘接剂中的重要成分 [8]。

溶剂是粘接剂中必不可少的成分，常用的无机溶剂为水，有机溶剂为乙醇、丙酮或者其混合物，这些溶剂都是亲水性的 [9]。树脂基质溶解于挥发性的溶剂中，粘度降低，扩散渗透能力增强 [6]。此外，乙醇、丙酮可以使亲水单体与疏水单体在粘接剂中维持同一相，防止相分离，并且在自身挥发过程中还可以促进水分的挥发 [10-11]。水亦是自酸蚀粘接剂中必要的溶剂，它可以确保酸性粘接性单体呈现酸性，以便粘接剂溶解或者部分溶解玷污层，并且使玷污层下方正常牙本质表层脱矿。可见目前的牙本质粘接剂，不论是酸蚀-冲洗型，

abcdea1b1c1d1e1图1 5组试样断面的电镜图(a~e为×110倍电镜图，a1~e1为方框×1000倍电镜图)

注：图a和a1 (AP-C组)：混合破坏，有少量牙本质破坏、界面破坏和大量树脂破坏，其中放大区域可见牙本质小管上覆盖的粘接剂层和分离的树脂层；图b和b1(AP-B组)：混合破坏，可见界面破坏和大面积的树脂破坏，放大区域为断面上的树脂；图c和c1(S3-C组)：界面破坏，包括粘接剂与牙本质界面、粘接剂与树脂界面破坏和小面积粘接剂内聚破坏，放大区域可见牙本质表面打磨纹路和充满粘接剂的牙本质小管口；图d和d1(AP-A组)：界面破坏(粘接剂与牙本质界面的破坏)，放大后可见牙本质表面打磨纹路和少许充满粘接剂的牙本质小管口；图e和e1(S3-B组)：界面破坏(粘接剂与树脂界面的破坏)，放大区域为粘接剂表层。

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Chin J Dent Mater Dev 口腔材料器械杂志2019年第28卷第2期还是自酸蚀型，都是亲水性的，大部分粘接剂中含有亲水性成分、水分及能够与水分混容的溶剂（见表1）。

天然牙本质是由体积分数为50％矿物质、30％以胶原为主的有机物和20％的水分组成 [12]。基于全酸蚀湿粘接理论，50％矿物质溶解、析出后被水取代。所以经酸蚀-冲洗后的牙本质表面，含有70％的水分和30％的胶原。在粘接过程中，这些水分及粘接剂组成中的水分和溶剂想要达到完全挥发是很难的，即使经过彻底吹干，溶剂的残留也不可避免 [2-3]。这主要有3个原因，一是随着溶剂的挥发，粘接剂中的树脂单体浓度不断增加，导致残留溶剂的蒸汽压降低，使得溶剂不能二是因为有亲水性单体如HEMA和完全挥发 [7]；

极性键的存在，单体与水、乙醇等形成氢键结合从而降低了溶剂的挥发能力 [7]；三是即使完全挥发，牙本质小管液还会向亲水的高渗共聚单体混合物流动。有研究显示：对含有不同比重的水、乙醇、 丙酮或者其混物的试验性粘接剂，在吹干2 min后，仍然有 5%~10% 的溶剂残留 [13]。Ikeda等研究报道：Optibond FL和Clearfil SE底漆中分别含有45.13％和49.64％的溶剂，对两种底漆用气枪吹5 s后发现其溶剂蒸发分别为26.1％和15.0％，吹 30 s也分别只有38.2％和31.8％的溶剂得以蒸发 [3]。

由此可见，粘接剂与牙本质粘接固化后形成的高分子丙烯酸酯网状结构中含有水分，所形成的粘接界面具有一定的水凝胶特征 [3，14]，即可以自发继续脱水（离浆），形成强度更高的干凝胶，或者因其具有亲水性，吸水后溶胀，形成强度更低不论是粘接剂本身内的水凝胶 [15-16]。有研究报道：

在含有的水还是外在水，均对固化后的聚合物有塑化影响，会降低其物理性能 [17]。试验中湿润组试样可能发生溶胀，而干燥组试样可能发生离浆作用导致粘接强度变大。

此外，溶剂型粘接剂的粘接强度还受胶层内残留溶剂量的影响，溶剂量多，则粘接剂聚合不完全，内聚力小，粘接强度就低 [3]。随着溶剂的挥发，聚合物之间的内聚力变大，其粘接强度也增大，

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而试样处于湿润环境下，其水分及溶剂得不到有效挥发，所以湿润组强度低于干燥组。本试验中所选粘接剂覆盖了目前常用的粘接系统，各粘接系统中的单体亲水性高低、含量多少，也会影响形成的粘接界面水凝胶的含液量，含液量越多者受外界干湿环境及温度影响越大。

IB粘接试样在干湿环境下粘接强度无显著变化，这可能与粘接剂所用溶剂有关。不同溶剂的蒸汽压不同，20 ℃下丙酮的蒸汽压为184 mmHg，乙醇的蒸汽压为43.9 mmHg，而水的蒸汽压只有17.5 mmHg，丙酮的挥发速度较乙醇和水快。一步自酸蚀IB以丙酮为溶剂，丙酮快速挥发的同时促进了水分的挥发，使得粘接剂中的水分和牙本质胶原网间的大部分水分在粘接过程中得以充分挥发，固化后所形成的凝胶含液量相对较小，骨架强度已达到最大值，之后试样在干燥环境下受离浆作用相对较小，所以强度变化不大。而全酸蚀粘接剂NT同样也以丙酮为溶剂，但其试样干燥后强度增高，这可能是因为试样在湿粘接要求下，所形成的混合层含液量较IB多，在粘接吹干过程中，丙酮的挥发也不足以充分带走水分，因而在粘接固化后，随着残余水分的挥发和离浆作用强度增高。

在粘接剂的发展历程中，组分中的亲水单体含量逐渐提高，尤其自酸蚀粘接剂由于加入了高浓度的酸性单体使得粘接剂变得更亲水，导致粘接剂聚合后界面吸水率高达5％~12％ [18]。通常粘接剂高分子聚合物的吸水能力与其 HEMA 浓度成正比 [7，11]。本实验中的IB由于成分中不含HEMA，其吸水能力即便是在湿润环境下相比其他粘接剂而言也较低。所以该粘接剂吸水溶胀（塑化）作用相对小，这也可能是该组粘接剂干湿状态下测试无差异的原因之一。

试验中各粘接剂B组和C组拉伸粘接强度无显著差异，说明在干燥环境下，微拉伸试样粘接界面水凝胶样结构中的水分，在空气中放置2 h后与24 h后基本相同。试样粘接界面水分的蒸发是由表及里的，微拉伸试样粘接界面暴露面表层的水分在短时间内容易蒸发，表层脱水后形成较为

Chin J Dent Mater Dev 口腔材料器械杂志2019年第28卷第2期致密的结构，使粘接界面强度增加，同时深层水分难以继续蒸发脱水，这可能是本研究中在空气中放置2 h后测定的微拉伸粘接强度，高于同时期试样界面保持湿润的试验组粘接强度的原因，也是空气中放置2 h后测定与24 h后测定结果基本相同的可能原因。

试验中6种粘接剂断裂模式均以界面破坏为主，断裂模式与试样的干、湿测试环境无关。这与其他研究报道相符：当粘接面积较小时（2 mm2以内），绝大多数的拉伸破坏发生在粘接界面 [1]。这可能是因为牙本质自身的拉伸强度值较高，高远高于目前粘接剂的微拉伸强度值，达104 MPa [19]，

亦高于本实验中干燥组拉伸强度，因而断裂往往发生在界面处。

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4 结论

牙本质微拉伸试样在干燥测试环境下，由于粘接界面水分的丢失，会导致拉伸强度增加。为能更好地反应牙本质粘接剂在体内应用时的粘接强度，建议在测试微拉伸粘接强度时，应设法防止粘接界面干燥脱水。

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