应用新型体外实验系统对牙科修复材料抗磨损性的研究

1、    应用新型体外实验系统对牙科修复材料 抗磨损性的研究        【摘要】目的评价牙科复合树脂材料的抗磨损性。方法应用程控多功能口腔模拟机和三维像激光测试仪对4种牙科复合树脂进行抗磨损性的实验研究。结果材料磨损坑体积大小的顺序为: 牙釉质 Targis Dentin Dentacolor Artglass Vita Zeta。 磨损坑最深点大小的顺序为: 牙釉质 Targis Dentin Artglass Dentacolor Vita Zeta。 结论T

2、argis Dentin的抗磨损性接近于牙釉质，其他3种材料的抗磨损性明显较牙釉质差。新型体外实验系统具有快速、准确、经济、高效的特点。【关键词】牙科材料；复合树脂类；体外实验系统 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对牙科修复材料的抗磨损性评价可采用临床观察（体内）和实验室模拟（体外）两类研究方法。由于临床追踪研究方法周期长、费用高、难以标准化,所以进行预示材料磨损性的

6、实验室模拟就成为一项重要的基础性研究课题。为了更好地模拟牙齿咀嚼时对材料产生的机械磨损、进食时口腔中的温度变化和食品中化学成分对材料的影响，迄今为止学者们已设计了不同形式的人工口腔模拟机1-3，同时也推出了各种对材料磨损量进行评价的仪器和方法。作者报告应用一种新型体外实验系统对4种口腔冠桥复合树脂材料进行抗磨损研究的实验方法和结果。材料和方法1实验系统：程控多功能人工口腔机主要由8个试样固定器,2个电脑控制的步进电机,2个电动水浴箱和1个控制箱组成。2个步进电机分别带动口腔机模拟正中咬合的垂直运动和近远中咬合的水平运动。2个电动水浴箱提供冷热水循环。测试系统由三维激光扫描仪、马达操纵仪、光传感

7、器操纵仪和电脑控制系统4部分组成。2. 实验材料:4种冠桥复合树脂材料为 Vita Zeta (德国Vita公司), Targis Dentin (列支敦士登Ivoclar公司), Dentacolor和Artglass (德国 Kulzer公司)。对照材料为人智齿牙釉质。对颌牙用直径为3.5mm的工业化烤瓷珠代替。试样制备:将实验材料挤入圆形样品托盘(直径10mm, 深2mm)中, 上置玻璃纸, 在玻璃板上按压成平面,按生产商要求将材料在聚合器中聚合,用1 000目和4 000目砂纸将试样表面磨光并用40°C超声水清洗5 min, 置于50°C水浴中浸泡48 h后备用。每

8、种材料一次制备8个试样。对照牙制备: 每次选8颗新鲜拔除的人正常智齿,在牙冠釉质最厚处磨出约2.5 mm×2.5 mm 的平面并用4 000目砂纸磨细磨平，用自凝塑料将其分别包埋入8个试样托盘中。对颌牙制备:用充填材料将烤瓷珠的上半部分包埋进引导杆下端的试样托臼中。3.实验方法:按表1中的实验参数控制机器运行。总咬合次数为120万。在实验过程中分别于咬合12万、24万、48万、84万和120万次后,用精细硅橡胶印模材料在实验材料上对磨损点取模，其目的是为了避免取下和重新安装试样造成的机器零点改变。将印模放在激光三维像测试仪上测定材料的磨损坑体积和磨损坑最深点。每种实验材料测定8个试样

9、，取均值。表1主要实验参数参数项目量值冷水/热水温度5/55冷水/热水作用时间60 s冲程高度(垂直运动)0.6 mm冲程深度(水平运动)0.3 mm实验牙载重5 kg循环频率1.3 Hz 4.实验数据的统计学处理：TukeyStudentized Range（HSD）显著性检验。 结果表2，3分别为4种实验材料和对照材料在不同咬合循环后的磨损点体积(mm3)和磨损最深点(m)测试结果的平均值和标准差(n=8)。材料磨损体积测值的顺序依次为: 牙釉质 Targis Dentin Dentacolor Artglass Vita Zeta。磨损最深点测值的顺序依次为 : 牙釉质 Targis D

10、entin Artglass Dentacolor Vita Zeta。用 Tukeys Studentized Range (HSD) Test对120万次咬合循环后的测试结果平均值进行统计学分析。结果表明，无论是材料磨损体积还是磨损最深点, 只有 Targis Dentin 与牙釉质比较，差异无显著性；其他3种实验材料与牙釉质和Targis Dentin相比，差异都有显著性；它们之间相互比较，差异均无显著性。讨论本项实验所用的新型口腔机是在1990年Kriejci等3报告的程控人工口腔机的基础上改进发展起来的。与Kriejci的口腔机相比，它具有以下特点：作用在试样上的咀嚼压力通过选用的标

11、准重物直接产生，所有实验参数都可精确控制。所有实验牙都固定在同一运动底板上, 保证咀嚼模拟运动的一致性和均衡性。通过喷嘴将冷热水直接喷射到试样上, 使作用在试样上的水温与实验设计水温一致。试样固定器的设计适合固定从单个假牙到总义齿等多种试样。所有实验参数、实验时间和咀嚼频率在实验全过程中均实时显示在彩色屏幕上，可随时观察实验进程。咬合点的材料磨损是一个微量，其精确测量对材料抗磨损性的定量评价极为重要。 本项研究的测试系统采用激光三维象测试仪和专用的数据处理软件，能对材料上磨损的小坑在微米级进行扫描测定和计算，保证了测试结果的精确度。表24种实验材料和对照材料在不同咬合循环后磨损体积的测试结果(

12、mm3, ±s)材料咬合循环次数120 000240 000480 000840 0001 200 000牙釉质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种实验材料和对照材料在不同咬合循环后坑最深点的测试结果 (m,±s)材料咬合循环次数120 000240 000480 000840 0001 200 000牙釉

14、质-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实验参数是在以往其他体外研究的基础上制定的。如，健康人一年咬合次数约为25万次4。本项实验15昼夜的总咬合数为120万次，模拟临床5年的咀嚼效果。在实验过程中分别于咬合12万、24万、48万、84万和120万次后对实验材料的磨损量进行测试，分别模拟了临床半年、1年、2年、3年半和5年的咀嚼效果，从而实现了对材料长期磨损的动态观察。实验的加载重量为5 kg，相当于K

16、riejci等采用的49N；加载频率是1.3 Hz，与口腔咀嚼频率相仿。冷热水循环温度为5/55 。冷热水循环在整个实验过程中始终进行，模拟了材料在口腔中浸泡在唾液中的状态。以往体外研究使用的对颌牙材料有人牙釉质、陶瓷、金、复合树脂材料和塑料等。选用人牙釉质能直接模拟口腔情况，但存在牙齿搜集和加工的困难以及牙尖尺寸难以标准化的问题。本项实验采用工业化生产的烤瓷珠，具有尺寸标准、制备简便、价格低廉以及烤瓷材料的性质与牙釉质最为相近的优点。实验证明其为一种较理想的对颌牙材料。Willems等51992年对89种市售复合树脂材料进行了定性研究后，将复合树脂材料分为5类。其中高度充填的致密型复合树脂材

17、料(1b型)中无机颗粒含量高, 其杨氏弹性模量在所有复合树脂材料中最高,抗磨损性能最好。我们的实验中Targis Dentin属于1b型,其无机颗粒含量为76.2%，测试结果的统计学分析表明,无论是材料磨损量还是磨损最深点, Targis Dentin 与牙釉质相比均无显著差异。Artglass也属于1b型,其无机颗粒含量为69%, 低于Targis Dentin, 抗磨损性能次于Targis Dentin。Vita Zeta属于超精细和精细中度充填型复合树脂材料（1a型），1a型与1b型复合树脂材料的区别在于无机填料含量不同，前者大于60%, 后者小于60%。Vita Zeta的无机填料含量

18、在所测试的4种样本中最少, 仅44.3%, 结果显示其抗磨损性能不如其他测试材料。 Dentacolor是一种常用的冠桥复合树脂材料,在本实验中其磨损坑体积小于Artglass, 而最深点大于Artglass。统计学分析表明，该2种材料的测试结果，差异无显著性。在本项实验得出的最深点磨损曲线中,实验初始段的曲线坡度上升明显快于第24段。这与其他体外实验6,7和体内实验8,9所观察到的结果一致。其解释为，初始咬合时咬合接触区小，局部产生的作用力大，导致坑深快速增加。至今学者们已用体内、体外实验系统进行了许多抗磨损性能实验。被评价的材料有银汞、塑料、不同的复合树脂材料和金等。体内实验对象有动物和不

19、同年龄组的患者。体外实验中研究者采用了不同的实验体系（不同的口腔机和测试系统）、实验参数（不同的咀嚼循环和咀嚼压力）和实验材料（不同的对颌牙材料和对照材料），所以很难直接将这些实验结果进行互相比较。本项实验结果显示，牙釉质抗磨损性优于4种复合树脂材料，与Ratledge等101994年体外实验得出的结果相同。4种实验材料抗磨损性的实验结果与Willems等5对各类复合树脂材料的理论定性分析相符。体外实验系统评价牙科修复材料抗磨损性具有实验过程快速、简便、经济、节省人力物力、实验条件易于标准化和测试精确客观等优点。但实验室中的体外实验只是对材料临床应用的模拟，并不能取代体内实验，对体外实验的结果

20、也应由体内实验验证，尤其对一种新型材料的评价更是如此。 (本文编辑：穆景燕)吕晓迎（南京，东南大学生物医学工程系吴健雄实验室210096）参考文献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,