粘接强度测试方法及影响测试结果的因素

2017-11-15 11:11 来源:中国实用口腔科杂志
作者:于士洋 李娴静 齐鹏鹏等阅读量:6502

    临床测试是评估口腔修复体修复效果的最终阶段,但其不能明确分析出口腔复杂潮湿环境中同时作用在修复体上的不同应力对修复失败造成的影响。实验室测试可以较快收集数据,易于测试某一特殊参数,并根据所收集的数据预知一定水平的临床效果。现有的报道证实,修复体的远期效果确实可以通过合适的粘接强度测试实验来预测,而合理有效的测试方法是评估粘接强度的重点和难点。

    1.粘接强度测试方法分类

    根据粘接面积大小可分为宏观测试和微观测试。根据加载方式的不同可分为剪切强度测试、拉伸强度测试和拔出实验。

    1.1宏观测试

    粘接面积>3 mm2的测试为宏观测试。宏观测试内聚破坏较多,易对测试结果造成一定影响。宏观剪切测试是使用最广泛的粘接强度测试,两种材料通过粘接剂连接到一起后施加剪切应力直至试件断裂,粘接后试件无需进一步加工处理。宏观拉伸测试中应力在粘接界面分布较剪切测试更为平均,最大主应力与标称值更为接近,其可用于测量粘接剂与硬质材料如陶瓷和合金的粘接强度。拔出实验是剪切强度测试的一种,载荷通过安装在万能试验机上的柱塞来加载,其可用于检测根管封闭剂的粘接力以及根管桩的固位力。

    1.2微观测试

    样品体积减小,测试精确度增加。因小体积样品降低了局部缺陷发生的概率,所以出现了微观粘接强度测试,其所测得的粘接强度更高。与宏观粘接强度测试易发生内聚破坏不同,微观粘接强度测试断裂模式倾向于粘接界面破坏。粘接面积≤3 mm2的剪切强度测试即为微剪切测试。微剪切强度测试结果可能较宏观剪切测试代表性差,严格限定粘接面积可以减小误差。微拉伸测试可以更加充分利用牙体组织,控制区域差异,粘接界面应力分布均匀,可检测不规则或面积较小的界面,便于显微镜观察断裂模式。但微拉伸测试工作量大,技术需求高,小样品易脱水断裂,较难保证试件一致性。微拔出实验是拔出测试的改良,适用于纤维桩粘接强度的测试,但这种改良拔出测试仍需进一步研究。

    2.影响粘接强度测试结果的因素

    理想的粘接强度测试应该具有精确高、临床指导性可靠、技术敏感性低等特点。

    2.1样品特性相关因素

    2.1.1离体牙来源及种类

    患者年龄对宏观影响较小,尽管年龄不同,牙本质的机械强度、牙本质小管及其渗透性有所差异,但所产生的拉伸强度相似。而患者年龄对宏观测试的影响与微观测试结果接近。因为人类离体牙来源不足,在许多体外实验中使用动物牙齿用于粘接强度测试。对于使用牛牙代替人恒牙做粘接强度测试的说法并不一致,牛牙的釉质和牙本质所能产生的粘接强度与人类恒牙相近。但也有研究表明,人类恒牙釉质所能产生的剪切及拉伸强度较牛牙高,顶出法测试粘接强度同样在人根部牙本质较牛牙高。牛牙牙本质小管较人类大,如使用牛牙,则使用浅层牙本质为宜。为了保证粘接测试的精确性最好使用人类离体牙。

    2.1.2牙本质深度及渗透性

    牙本质渗透性与窝洞深度呈对数关系。深度大、渗透性强的牙本质所能产生的剪切强度较低。当保留玷污层时这种渗透性有所降低。随着粘接系统亲水性的提高,牙本质深度对剪切强度影响的敏感性也有所降低,而使用新型粘接剂在拉伸测试中没有明显变化。微拉伸及微剪切测试强度随牙本质深度增加而降低,原因可能是牙本质渗透性增加以及可粘接牙本质比例减少。

    2.1.3玷污层

    玷污层的去除或改性皆合理,所以粘接强度测试时是否保留完整玷污层仍有待商榷。微观测试中,多数研究证实粘接剂种类对粘接强度有一定影响,而玷污层厚度无影响。使用酸蚀冲洗系统去除玷污层,或使用自酸蚀系统保留玷污层都可以达到较高的粘接强度。

    2.1.4髓腔压力

    有些体外实验中可能会精确到模拟拔除牙齿髓腔内的流体静力学压力。常使用蒸馏水或生理盐水来模拟牙本质小管内液体。这方面研究结果并不一致,流体静力学压力对剪切强度的影响依赖于所使用的粘接系统。髓腔压力的存在会使不同粘接系统的微拉伸强度有所降低,这种微拉伸强度的降低取决于粘接系统,与宏观测试结果相似。

    2.1.5离体牙储存条件及时间

    蒸馏水、生理盐水、0.05%麝香草酚饱和溶液、0.5%氯胺溶液、2%戊二醛、10%福尔马林溶液常是粘接强度测试中的老化介质。老化作用对树脂与牙本质的拉伸强度影响较小,而6个月的水浴老化则会降低其剪切强度。Camps等推荐将离体牙冷冻保存12周或短期低温储存不超过2 d。对于微观测试,研究发现水浴储存离体牙6个月对微拉伸强度无影响。离体牙储存于次氯酸钠溶液中导致的粘接强度的降低与杂化层的水解有关。微拉伸强度的老化时间取决于老化介质及粘接剂种类,离体牙在次氯酸钠溶液中储存1~3 h相当于水域老化6~12 h,但次氯酸钠同样会导致牙本质本身发生性变。郑铁丽等推荐微拉伸测试前离体牙冷冻保存在-20℃下或4℃下储存在1%氯胺溶液中。牙体组织拔除时间超过6个月,其内部的牙本质蛋白会发生退行性变。根据ISO 11405技术规范,离体牙拔出后即应用于测试,最长不应超过6个月。

    2.2样品制备相关因素

    2.2.1粘接区域0.25~11.65 mm2的矩形粘接面积内,牙本质拉伸强度随粘接面积增加而降低。在剪切测试中发现同样的规律。ISO 11405并没有规定确切的粘接面积大小,但其明确规定限定粘接面积是粘接测试的关键环节,并指出当比较粘接强度时必须考虑到粘接面积大小所带来的影响。微观测试,样品的制备更具技术敏感性。当粘接区域从0.5 mm2增至3 mm2时,釉质的粘接强度有所降低。有学者比较1.2 mm及2.0 mm直径的粘接面积,发现微剪切以及微拉伸强度与试件大小呈负相关关系。

    2.2.2热循环

    热循环是一种模拟口腔环境的技术。多数研究认为,热循环明显降低了牙本质的剪切强度。Miyazaki等发现,经过热循环后釉质的平均粘接强度降低,牙本质在经过30 000次循环后粘接强度明显降低。多数情况下修复体的温度变化范围较局限,热循环的影响可能较小,但是会导致样品的自然脱落。ISO 11405推荐短期循环次数为500次。热循环的效果取决于功能性单体所产生的化学结合的潜力,也就是与粘接剂种类相关。极少研究采用ISO/TS所推荐的500次循环作老化试验。一旦超过500次,绝大多数研究的粘接强度都有所降低。所以需遵循ISO/TS的规定来达到可靠的结果。

    2.2.3机械循环

    人在咀嚼和吞咽时所展现的力量约70~150 N,循环性的压应力是口腔中最常见的应力。多数体外研究使用单一的测试(如剪切、压缩、拉伸和弯曲)来研究某种材料,但这些测试不能模拟发生在口腔中的疲劳损伤,所以临床上更推荐使用疲劳测试来模拟临床相关因素。疲劳测试中金属柱塞固定于循环加载机并与修复体接触,之后以2~3次/S的频率施加固定轴向载荷。循环500 000次相当于修复体咀嚼6个月,1 000 000次相当于体内1年。当以100 N力循环500 000次后发现所达到的剪切强度有所下降。

    2.3测试方法相关因素

    2.3.1载荷种类

    从截面形状上来看,方形截面模型都显著优于圆形截面模型。从加载方式来看,线加载形式优于点加载形式,剪应力分布范围更加广泛,整个粘接面上的应力水平较为接近陋“。剪切测试中,加载点距粘接界面的水平距离同样影响应力分布。在拔出粘接测试中,柱塞的直径可能会影响粘接强度。当柱塞直径是根管直径的50%~60%时,粘接强度降低,柱塞直径是根管直径的90%时,对粘接强度无影响。

    2.3.2加载速度

    不同的加载速度对剪切强度大小及断裂模式均可能有一定影响。根据内聚破坏和粘接破坏的结果,剪切测试推荐加载速度为0.50或0.75 mm/min。对于拉伸强度测试中加载速度同样较具争议。微拉伸侧测试中,加载速度可从0.01~10.00 mm/min不等。与宏观测试不同,加载速度对微拉伸测试结果的影响甚微,Poitevin等推荐使用1 mm/min加载速度。

    2.4其他因素

    离体牙种类、牙本质区域、树脂弹性模量、载荷种类等同样会对测试结果产生一定影响。釉质的剪切强度受牙体种类以及粘接系统影响显著。与磨牙相比,尖牙能产生较高的剪切强度。来自上下牙弓的离体牙所能产生的粘接强度也有很大差异。牙合面牙本质剪切强度较颊侧高,而在拉伸强度测试中颊侧粘接强度较牙合面高20%~30%。冠状面牙本质在2个方向上能产生相似的剪切强度。而在中央以及牙尖部位则有所不同,这可能是因为牙本质小管方向不同。微观测试中,牙本质区域产生的影响与宏观测试相似,多数学者认为结果取决于粘接系统。树脂材料的弹性模量对牙本质粘接强度的影响细微但显著相关。弹性模量高、粘接剂层厚度大、加载距离长会导致粘接界面不均匀的应力分布,从而影响微拉伸强度测试结果。

    3.断裂模式分析

    断裂模式分析包括临界状态、裂纹萌生、裂纹扩展的方向及形式、断裂的动能学(单纯断裂或疲劳,脆性断裂或韧性断裂),这一过程贯穿断裂过程始终。可能出现的断裂模式有6种:牙本质内断裂、树脂内断裂、牙体组织一粘接剂界面断裂、树脂一粘接剂界面断裂、伴随小部分牙本质的混合断裂、伴随大部分牙本质的混合断裂。根据断裂模式,内聚断裂及大部分牙本质的混合断裂模式应该被排除实验结果。分析断面的断裂模式可以选用电子能谱化学分析(ESCA)、二次离子质谱(SIMS)、傅立叶红外光谱分析(FFIR)、拉曼光谱学、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(EDS)、原子力显微镜(AFM)等。粘接强度测试可用于实验室检测新型粘接剂,但不能作为惟一手段来评估临床效果。

    笔者通过查阅文献,对粘接强度测试给予几点建议:(1)未来拉伸强度测试研究,样本大小形状应统一;(2)国际标准化组织规定的现存变量应严格遵守;(3)关于测试标准的研究,应结合测试微渗漏和临床实用性来增加体外实验的临床相关性;(4)使用粘接强度测试时,内聚断裂及大部分牙本质的混合断裂模式应该被排除实验结果;(5)在进行体外粘接强度测试时,应该严格遵循测试的标准程序以及结合动态疲劳测试来提高测试的有效性。

编辑: 陆美凤

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