一种评估两种通用树脂粘接剂与牙本质之间界面断裂韧性的新方法

《Dental Materials》：A novel method to assess the interfacial fracture toughness of two universal resin cements to dentin

本研究评估两种全树脂水门汀（RelyX Universal和GCem One）与金标准粘接系统（OptiBond FL）的界面断裂韧性（iFT），考虑应用方式和存储时间（24h及180天）。采用改进的切维诺缺口梁试样设计，对100个人类第三磨牙进行牙釉质-牙本质切片处理，通过四种点弯曲测试和扫描电镜分析发现：结合对应粘接系统（如SBUP或AEP）的全树脂水门汀iFT显著更高，自粘接模式iFT较低，长期存储导致iFT下降，但粘接系统可缓解影响。结论显示应用方式和材料对iFT有显著影响，临床应规范使用配套粘接系统。

　　
本研究旨在评估两种全树脂水门汀材料（RelyX Universal和GCem One）在不同应用模式（自粘接与粘接辅助）及储存时间（24小时与180天）下的界面断裂韧性（interfacial fracture toughness, iFT），并将其与金标准粘接系统（OptiBond FL）结合的流动树脂复合材料的性能进行比较。通过改进的Chevron-Notched Beam（CNB）夹层试样方法，结合扫描电镜（SEM）分析，揭示了材料特性、应用方式及时间对界面性能的影响机制。

### 研究背景与意义
随着全瓷修复技术的普及，粘接系统的性能对修复体长期成功率至关重要。传统多步骤粘接系统（如OptiBond FL）通过化学预聚物形成致密的混合层，但操作繁琐且存在技术敏感性问题。近年来，自粘接树脂水门汀和全树脂水门汀（兼具自粘接与粘接辅助双重特性）逐渐成为研究热点。然而，现有文献多聚焦于短期剪切或微tensile强度测试，缺乏对长期储存（如180天）及不同应用模式对界面断裂韧性的系统性评估。界面断裂韧性作为材料抵抗裂纹扩展的能力指标，能更全面地反映粘接系统的机械性能与耐久性，尤其在非粘 retainive设计（如无微渗沟的嵌体修复）中具有重要意义。

### 实验设计与方法
研究采用改良的CNB夹层试样方法，制备了100根牙本质-釉质复合试样。试样经磷酸酸蚀（釉质30秒，牙本质15秒），随后根据不同组别进行粘接处理：
1. **自粘接模式**：直接使用RelyX Universal或GCem One水门汀，无需额外粘接剂。
2. **粘接辅助模式**：RelyX Universal配合Scotchbond Universal Plus粘接剂，GCem One配合Adhesive Enhancing Primer预聚物。
3. **金标准对照组**：OptiBond FL粘接系统配合流动树脂复合水门汀（x-tra base）。

所有试样在10N压力下固化，并分为24小时和180天两个储存组别。通过四点弯曲试验测量界面断裂韧性（K_Ic），并借助SEM观察断裂模式及界面形态。

### 关键研究结果
1. **界面断裂韧性的差异**：
- **粘接辅助组**（RelyX Universal + SBUP，GCem One + AEP）在24小时储存后表现最佳，K_Ic值分别为0.56 MPa·m1/2和1.26 MPa·m1/2，显著高于自粘接组（0.43 MPa·m1/2和0.25 MPa·m1/2）。
- **金标准对照组**（OptiBond FL + x-tra base）在180天储存后K_Ic达1.03 MPa·m1/2，优于多数全树脂水门汀组，但低于部分粘接辅助组（如GCem One + AEP 180天达0.86 MPa·m1/2）。
- **长期储存效应**：除RelyX Universal + SBUP在180天储存后K_Ic显著降低外，其他组别未发现统计学差异，表明材料耐久性较强。

2. **断裂模式与界面形态分析**：
- **自粘接组**：SEM显示界面存在未固化的树脂突起（smear layer）和开放牙本质小管，裂纹多从牙本质侧开始扩展，提示树脂浸润不足。
- **粘接辅助组**：形成更致密的混合层，包含少量树脂突起和少量未固化的预聚物残留，界面结合更紧密。
- **金标准对照组**：混合层完整，树脂突起均匀分布，但长期储存后出现部分树脂标签断裂（resin tag failure），可能与水门汀自身收缩率有关。

3. **材料性能对比**：
- GCem One + AEP组合在24小时储存时表现最优（K_Ic=1.26 MPa·m1/2），可能与预聚物中添加的10-甲基丙烯酰氧基-3,3-二甲基丙二酰氯（10-MDP）增强牙本质表面反应性有关。
- RelyX Universal + SBUP组合在180天储存后仍保持较高K_Ic（1.09 MPa·m1/2），表明其粘接剂中的溶剂释放率较低，有利于长期稳定性。

### 机制分析与临床启示
1. **粘接辅助模式的优势**：
- 预聚物（如SBUP、AEP）通过化学预反应形成界面层，封闭牙本质小管并增强机械锚固，从而提高断裂韧性。例如，AEP中的4-甲氧基乙酰氧基三乙氧基硅烷（4-META）可与牙本质中的羟基反应，促进树脂渗透。
- 全树脂水门汀在自粘接模式下仅依赖物理机械固位，界面结合强度易受环境湿度（如唾液储存）影响，长期暴露后树脂可能发生水解（hydrolysis），导致粘接失效。

2. **储存时间的影响**：
- 24小时储存时，粘接辅助组的K_Ic普遍高于自粘接组，可能与树脂聚合反应未完全或界面层未充分形成有关。
- 180天储存后，自粘接组的K_Ic显著下降（如GCem One自粘接组从0.25降至0.20 MPa·m1/2），提示材料长期暴露于口腔微环境（人工唾液）时，树脂水门汀可能发生化学降解或物理疲劳。

3. **金标准对照组的表现**：
- OptiBond FL结合流动树脂复合水门汀在长期储存后仍保持较高K_Ic（1.03 MPa·m1/2），可能与流动树脂的弹性模量（约10 GPa）更接近牙本质（8-12 GPa），减少界面应力集中有关。
- 但该组合的断裂模式以混合层失效为主，而全树脂水门汀组合则以牙本质侧的粘接失效为主，表明两种系统的失效机制存在本质差异。

### 方法学创新与局限性
1. **CNB夹层试样的改进**：
- 通过制备包含釉质-牙本质界面的标准试样（4mm×3mm×25mm），并采用双缺口技术（Chevron-Notched Beam）精准控制裂纹扩展路径，避免了传统剪切/微tensile试验中界面应力分布不均的问题。
- 使用流动物理性质与牙本质相近的x-tra base树脂作为对照组基体材料，确保弹性模量匹配（10 GPa vs. 8-12 GPa），减少测试偏差。

2. **局限性**：
- 样本量较小（每组n=10-20），且牙本质-釉质界面特性存在个体差异，可能影响结果普适性。
- SEM观察主要聚焦于裂纹起源区域（距缺口尖端600μm以内），未深入分析混合层内部结构，需结合TEM或XPS进一步验证化学结合程度。

### 临床实践建议
1. **材料选择**：
- 对于非粘 retainive设计（如无微渗沟的全瓷嵌体），推荐使用全树脂水门汀（如GCem One）配合专用预聚物（AEP），以最大化界面断裂韧性。
- 若修复体需承受高应力（如后牙固定桥），应优先选择金标准粘接系统（OptiBond FL）结合流动树脂基体，确保长期稳定性。

2. **操作规范**：
- 全树脂水门汀在自粘接模式下虽操作简便，但建议仅在粘 retainive设计（如桩核修复）中使用，避免用于复杂界面（如贴面修复）。
- 预聚物使用需严格遵循时间参数（如AEP需静置10秒），以确保化学预反应充分形成界面层。

3. **长期维护**：
- 自粘接材料在口腔环境中可能因树脂水解导致粘接失效，建议定期复查并补充封闭剂（如含氟保护层）。
- 全树脂水门汀组合在180天后仍保持良好性能，提示其化学稳定性较高，适合长期修复。

### 未来研究方向
1. **长期储存（>1年）评估**：当前研究仅涵盖180天，需进一步观察材料性能随时间的变化趋势。
2. **多材料界面分析**：现有研究未涉及全瓷修复体表面处理（如喷砂酸蚀）对界面断裂韧性的影响，建议补充相关实验。
3. **临床转化验证**：需开展多中心临床研究，评估自粘接与粘接辅助模式的长期成功率差异。

### 总结
本研究通过改进的CNB夹层试样方法，系统揭示了全树脂水门汀材料在自粘接与粘接辅助模式下的界面性能差异。结果表明，粘接辅助模式可显著提升界面断裂韧性，尤其在长期储存（180天）条件下优势更为突出。这一发现为非粘 retainive设计修复提供了理论依据，提示临床实践中应严格区分材料类型与应用场景，合理选择粘接辅助策略以确保修复体长期稳定性。未来研究需结合更全面的生物力学模型（如三点弯曲或环形弯曲）及临床长期跟踪数据，进一步优化粘接系统的选择标准。