柴 媛¹，袁慎坡¹，林 红¹，孙志辉¹，牛光良²
(北京: 1 .北京大学口腔医学院·口腔医院，材料研究室 口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室 口腔数字医学北京市重点实验室，100081; 2.北京市中西医结合医院口腔科，100039)
［摘 要］目的:探讨不同化学蚀刻剂对3种玻璃纤维桩表面形貌和弯曲强度的影响。
方法:分别取 POPO、ParaPost ®TaperLux、GLASSIX 3种纤维桩各40 支，并根据不同表面处理将其各随机分为5组(n = 8 ) : 组1为对照组，不做任何特殊处理;组2为过氧化氢(H2O2)处理组，用240 mL / L 的H2O2 液浸泡纤维桩10 min; 组3为氢氟 酸 (HF)处 理 组，用 96 mL / L 的HF 浸 泡 纤 维 桩 15 s;组4为 高 锰 酸 钾 (KMnO4)处 理 组，用126. 56 mmol / L的KMnO4浸泡纤维桩10 min; 组5为二氯甲烷(CH2Cl2)处理组，用CH2Cl2 浸泡纤维桩15s。表面处理结束后，用扫描电镜观察各组纤维桩的表面形貌，并用万能材料试验机测试其三点弯曲强度。
结果:3种纤维桩经4种化学蚀刻剂处理后，其表面的树脂基质均有不同程度的溶解，特别是HF组，不仅树脂基质被 溶解，其表层的纤维也有一定程度的破坏，并可见少量纤维断裂。其弯曲强度明显低于对照组，其中以 HF组 的弯曲强度最低，POPO、GLASSIX纤维桩经HF处理后，其弯曲强度均低于其他处理组(P＜0． 05 ) ; 同种处理组 内不同纤维桩相比，均以POPO纤维桩的弯曲强度最高。结论:采用4种化学蚀刻对3种纤维桩进行表面处理 时，均可使其三点弯曲强度明显下降。化学蚀刻剂对纤维桩表面树脂基质的溶解作用是造成纤维桩三点弯曲 强度降低的主要原因。
［正 文］纤维桩，即纤维增强复合树脂桩，因其具有与 牙本质相似的弹性模量而被广泛应用于临床，并获 得了较高 的 成 功 率［1］。 但众多研究表明，纤 维 桩 的粘结性能欠佳是导致其修复失败的主要原 因［1 －3］。而纤维桩的粘结性能除了与粘结剂的选 择、纤维桩的类型、桩体的设计、牙体组织性质等因 素密切相关外，纤维桩的表面处理方法也是影响其 粘结性能的重要因素，为此，学者们就纤维桩表面 的处理方法开展了大量的研究［4－5］。 关于纤维桩 的表面处理，主要是通过增加不同材料之间以及材 料不同成分之间的微机械固位作用和( 或) 化学结 合作用来增加材料的粘结性 能［4］。 然 而，评价一种表面处理方法是否成熟，不仅要评估其表面处理 的效果，还应考虑表面处理对材料完整性以及材料 理化性能的影响。
针对纤维桩的特殊组成以及粘结用树脂水门汀的特点，通常采用硅烷偶联剂、喷砂等表面处理 方法对纤维桩表面进行处理。硅烷偶联剂主要通 过增加纤维桩的纤维成分和树脂水门汀/ 核树脂基 质成分的化学结合作用来增加材料表面的润湿性， 并进而增加其整体的修复效果。然而，硅烷偶联剂 对于纤维桩的作用效果尚存在较大争议［5－9］。Ak- sornmuang 等［10］报道，用硅烷偶联剂对纤维桩进行 表面处理时，可明显提高纤维桩与核树脂材料的微 位伸粘结强度。Bitter 等［11］认为，用硅烷偶联剂对 玻璃纤维桩进行表面处理，并不能增加其与树脂水 门汀的粘结强度。
喷砂作为一种能够提高纤维桩微机械固位的 方 法，其表面处理效果得到了众多学者的肯定。 Sahafi［12］研究发现，氧化锆和纤维桩表面经二氧化 硅颗粒喷砂处理后，均获得了满意的粘结效果。但 采用喷砂法对纤维桩的表面进行处理时，由于其作 用过于剧烈且无选择性，而使桩表面的基质和纤维 成分均会受到严重影响，甚至会造成表面纤维的折 断，最终会破坏纤维桩的完整性。
鉴于目前常用的表面处理技术的缺陷，并为了 更有针对性的提高纤维桩的粘结性能，学者们提出 了化学蚀刻技术［13］。该技术的原理是通过酸性化 学试剂的蚀刻作用选择性溶解桩体表面的环氧树 脂层，并保证纤维成分不受破坏，以增加纤维成分 与树脂水门汀的微机械固位来增加纤维桩的粘结 强度。在以往的文献报道中，过氧化氢、高锰酸锌、 氢氟酸和乙醇钠等均已被作为最常用的化学蚀刻剂用于纤维桩的表面处理［14 －15］。由于化学蚀刻技 术能够较好的增加纤维桩的粘结强度，且具有作用 温和、操作简便、便于椅旁使用等优点而倍受临床医生的青睐。
目前，已有研究证实，通过化学蚀刻技术可以使 纤维桩的粘结强度达到较为理想的水平［14－16］。然而，尚未有充分的数据说明化学蚀刻法对纤维桩机 械性能的影响。因此，本实验选用4种不同化学蚀刻剂对临床上常用的3种不同品种的玻璃纤维桩进行化学蚀刻处理，以评价不同化学蚀刻剂对纤维桩 表面形貌和弯曲强度的影响，从而为临床上在使用不同纤维桩时选择相应的化学蚀刻剂提供参考。
1 材料和方法
1.1 主要材料、试剂和设备
1.1.1 主要材料
POPO( 直 径 1． 6 mm ) ( 北 京 实 德 隆 ) ;ParaPost®Taper Lux(直径1． 4 mm ) ( Conlète，瑞 士) ; GLASSIX(直径1． 5 mm)(Nordin，瑞士) ;乙醇、过氧化氢(H2O2)、高锰酸钾(KMnO4)、硫酸、氢氟酸 ( HF)、二氯甲烷(CH2Cl2) ( 北京化工厂) ; 甲基毗咯 烷酮(天津福晨) ; 卡尺(0～ 150 mm)(广西广陆) ; 电子万能材料试验机 (Instron 3367 ) ( Instron Ltd，美 国) ; 扫描电镜(S4800，SEM)(日立，日本)。
1.2 方法
1.2.1 纤维桩的表面处理
分别取POPO、ParaPost ®Taper Lux、GLASSIX纤维桩各40支，各随机分为5组(n = 8 ) : 对照组， 不做任何处理。其余4 组纤维桩依次用无水乙醇、 去离子水各超声荡洗5 min 后，分别吹干其表面。其中H2O2 处 理 组:取该组纤维桩置于240 mL / L 的H2O2 中 室 温 下 浸 泡10 min; 去离子水彻底冲 洗，并用乙醇擦拭消毒后，吹干备用。HF处理组:取该组纤维桩置于96 mL / L 的HF中室温下浸泡15 s;去离子水彻底冲洗，并用乙醇擦拭消毒后，吹 干备 用。 KMnO4 处 理 组: 取该组纤维桩置于60 mL / L 的甲基吡咯烷酮溶液中并在50～60 ℃ 条件下浸泡3 min; 去离子水彻底冲洗并干燥后，置于126. 56 mmol / L 的 KMnO4(pH = 12 ～13 ) 中70 ～ 80 ℃条件下浸泡 10 min; 再次用去离子水彻 底冲洗并干燥 后，置 于 10 mL / L 的硫酸溶液中并 在40～50 ℃ 条件下浸泡5 min; 再次用去离子水彻底冲洗，并用乙醇擦拭消毒后，吹干备用。CH2 Cl2 处理组:取该组纤维桩置于CH2Cl2 溶液中浸泡15 s;去离子水彻底冲洗，并用乙醇擦拭消毒后，吹干备用。
1.2.2 表面形貌观察
取上 述不同处理后 的 各 组 纤 维 桩，分 别 用SEM 观察其表面形貌。
1.2.3 三点弯曲强度测试
取不同处理后的各组纤维桩，首先在各试样的 中央处做标记后，分别从相互垂直的两个方向测量 该处的直径，并取两次测量的平均值 (精 确 到0． 01 mm)作为该试样与压头接触处的直径。测量 结束后，分别将各试样以10 mm 的跨距放置在弯曲 试验装置上(两支点及压头的曲率半径均为 1 mm)， 同时将压头对准中央标记处，并保持试样轴线与支 点的圆柱轴线垂直;然后以 1． 0 mm / min 的速度进 行加载，直至试样断裂后，记录其最大载荷值。计算 各试样的弯曲强度σ(MPa ) =8FL / πd3 ，式中F为 试件断裂时的最大载荷值(N) ; L为两支点间的距离(mm);d为试样与压头接触位置处的直径(mm)。
1.3 统计学分析
用SPSS 17. 00软件对纤维桩的弯曲强度数据 进行统 计 分 析:首 先 通 过Kolmogorov － Smirnov 和 Levene' s检验确定数据复合正态分布，且具备方差齐性后，再对其进行双因素方差分析( 两个影响因 子分别是不同化学蚀刻剂和不同品牌纤维桩) ; 组间两两比较用LSD检验，检验水准α =0.05 。
2 结果
SEM 观察结果显示，3种纤维桩经不同表面处 理后，其表面的微观形貌如图1～5所示:与对照组 相比，3 种 纤 维 桩 分 别 经 H2O2、HF、KMnO4 和 CH2Cl2 处理后，其表面的树脂基质均有不同程度 的溶解;特别是HF处理组，不仅树脂基质被处理 液所溶解，其表层的纤维也有一定程度的损坏，并可见少量的表层纤维出现断裂。
图 1 纤维桩未经处理( 对照组) 时的表面形貌( SEM， × 300）
图 2 纤维桩经 H2 O2 处理后的表面形貌( SEM， × 300）
图 3 纤维桩经 HF 处理后的表面形貌( SEM， ×300)
图 4 纤维桩经 KMnO4 处理后的表面形貌( SEM， ×300）
图 5 纤维桩经 CH2 Cl2 处理后的表面形貌( SEM， ×300)
三点弯曲强度测试结果显示，3 种纤维桩经4 种化学蚀刻剂处理后，其弯曲强度均明显低于同品 种未经处理的对照组 (P＜0 ． 05 )。 不同化学蚀刻 剂处理组间相比，除ParaPost 纤维桩组内各处理组 间弯曲强度两两相比无统计学差异( P＞0 ． 05 )外， 在其他两种纤维桩组内，均以HF组的弯曲强度最 低，分别与其他处理组相比均有统计学差异 (P＜0 ． 05 )，而H2O2、KMnO4、CH2 Cl2 组间均无统计学 差异(P＞0 ． 05 )。 同一种蚀刻剂处理组内不同品 种纤维桩的弯曲强度相比，均 以 POPO纤 维 桩 最 高，由高到低依次为POPO ＞ GLASSIX ＞ ParaPost; 统计学分析显示:除H2O2 组内POPO与GLASSIX 相比无统计学 差 异 (P ＞ 0 ． 05 )外，在HF、KMnO4、 CH2Cl2 组内，3种纤维桩两两相比均有统计学差异(P＜0 ． 05 ) ( 表1 )。以上结果提示，不同化学蚀刻剂和不同品种纤维桩对纤维桩的弯曲强度均有影 响，且两者具有交互作用。
3 讨论
口腔咀嚼是个极其复杂的力学过程，在此过程中，自然牙或修复体所承受的并非是单一的压应力或拉应力，而是多种应力的共同作用。当采用纤维桩对残冠、残根进行修复时，要求纤维桩本身应具有良好的抗弯曲性能以支持其上部结构，并保证修复体能在咀嚼应力的作用下保持正常的功能［1］。因此，在利用不同表面处理技术来提高纤维桩粘结强度的同时，不能忽视处理技术对纤维桩抗弯性能的影响。已有研究证实，化学蚀刻法能够有效的增加纤维桩的粘结强度［14 － 15］。但其对纤维桩的表面形貌及其力学性能产生的影响，目前尚无定论。本实验采用4 种常用的化学蚀刻剂对3 种品牌的纤维桩进行表面处理，通过SEM 观察和弯曲强度变化，来评价化学蚀刻作用对纤维桩表面形貌和力
学性能的影响。
本结果显示，无论选择何种化学蚀刻剂对纤维桩表面进行处理，其形貌均有所变化，且弯曲强度亦均有不同程度的降低。同时还发现，未经处理的不同品种纤维桩之间的表面形貌也有一定的差异，POPO 纤维桩的桩体表面几乎全部由树脂覆盖，未见纤维成分的暴露; ParaPost 纤维桩的表面纤维排列紧密且均匀，但树脂覆盖不完全; GLASSIX 纤维桩的表面可见沿轴向方向的明显裂纹。Francesca 等［14］ 研究发现，用240 mL /L 的H2O2处理纤维桩10 min 或用100 mL /L 的H2O2处理纤维桩20 min，均会使纤维桩表面约50 μm厚度的树脂受到损伤，但不会影响玻璃纤维的完整性。本实验选用240 mL /L 的H2O2处理纤维桩10 min 后，经SEM 观察发现，POPO 纤维桩体表面的环氧树脂层被部分溶解，而其他两种纤维桩与其对照组相比，均无明显差异; 三点弯曲强度测试结果显示，H2O2处理后的3 种纤维桩的弯曲强度均明显低于其对照组( P ＜ 0． 05) 。
有研究发现，用HF 对纤维桩进行表面处理后，虽然其粘结强度显著提高，但在其玻璃纤维上可观察到微裂纹和沿轴向方向的长裂纹［4］; 而另有研究则认为，HF 酸蚀只会影响树脂基质，不会对玻璃纤维产生影响，这可能与所用HF 的浓度及其作用时间有关［17］。本实验选择临床上常用的96 mL /L 的HF 对纤维桩作用15 s 后，经SEM 观察发现，ParaPost 纤维桩的表面纤维有明显断裂，而其他两种纤维桩的表面树脂虽被充分溶解，但其纤维成分未见明显变化; 三点弯曲强度测试结果显示，POPO 和GLASSIX 两种纤维桩经HF 处理后，其弯曲强度均明显低于其他3 种化学蚀刻剂处理组( P ＜ 0． 05) ，这可能是由于HF 处理后，可溶解纤维桩表面的树脂基质并使其表面的纤维发生断裂而导致。
KMnO4具有强氧化性，能够使环氧树脂氧化裂解，通常在工业和实验室领域中用于环氧树脂的处理。有研究证实，采用KMnO4联合硅烷化处理环氧树脂基质包绕的纤维桩时，能够去除其表面的环氧树脂基质且不会对纤维造成破坏［18］。但本结果显示，KMnO4处理后的纤维桩表面形貌未见明显变化。
CH2Cl2作为一种有机溶剂，可以通过水置换作用进入更深层树脂的聚合链中。本结果显示，CH2Cl2可以溶解纤维桩表面的环氧树脂基质，但不会对纤维桩表面的纤维造成破坏。该结果与之前的研究结果相一致［19］。综上所述，用H2O2、HF、KMnO4和CH2Cl2化学蚀刻剂对3 种品牌的纤维桩进行表面处理后，均可使其弯曲强度明显下降。化学蚀刻剂对纤维桩表面树脂基质的溶解作用是造成纤维桩三点弯曲强度降低的主要原因。
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