树脂基牙科材料粘弹性行为对树脂-牙本质剪切粘结强度的调控机制及应力松弛效应研究

针对树脂修复体界面失效难题，中山大学口腔医学院团队通过静态/动态体积压缩蠕变实验结合有限元分析(FEA)，首次揭示树脂基材料(FR/XT/RU)的粘弹性行为可通过应力松弛降低50%以上界面残余应力，使动态蠕变组剪切粘结强度(SBS)提升至18.88-22.65 MPa，为优化牙科材料力学性能提供新思路。

　　

在口腔修复领域，树脂基材料虽因美学和机械性能优势逐步取代银汞合金和玻璃离子水门汀，但70%的树脂修复体在5-7年内因界面脱粘和继发龋需要更换。这一临床困境的核心在于树脂-牙本质界面在口腔复杂环境下的应力集中和降解。既往研究多聚焦材料聚合收缩或疲劳性能，却忽视了树脂特有的粘弹性行为对界面力学的影响——这种时间依赖的变形既能通过蠕变导致过度形变引发脱粘，又可能通过应力松弛改善粘结性能，形成学术争议。

为厘清这一矛盾现象，中山大学附属口腔医院的研究团队在《Journal of Dentistry》发表创新研究。通过设计精妙的体积压缩蠕变实验模型，结合多尺度表征技术，首次系统论证了树脂粘弹性行为对牙本质粘结界面的正向调控机制。研究选取三类典型树脂材料：膏状树脂复合材料(Filtek Z350 XT)、可流动树脂复合材料(Filtek Z350 FR)和树脂水门汀(RelyX Ultimate RU)，采用单轴压缩、静态/动态蠕变(0.215Hz, 23MPa, 2h)三种加载方案，通过剪切强度测试、失效模式分析和有限元建模，揭示粘弹性变形与界面性能的构效关系。

关键技术包括：1) 采用ISO 29022标准制备树脂-牙本质粘结试件，60天HBSS浸泡模拟口腔湿润环境；2) 创新性体积压缩蠕变测试结合半球形加载头消除接触偏差；3) 通过浮力法测定聚合收缩率(s)，动态机械分析(DMA)获取杨氏模量(E)；4) 建立三维有限元模型量化界面应力分布；5) 结合SEM观察界面形貌与失效特征。

研究结果呈现四大发现：

1. 剪切粘结强度方面：动态蠕变使XT组SBS从4.72 MPa提升至18.88 MPa(p<0.05)，显著优于静态蠕变的12.08 MPa；FR和RU组也分别达到22.65 MPa和16.96 MPa，证实蠕变处理可突破性提升界面强度。

2. 失效模式转变：单调压缩组以混合失效为主(80%为界面脱粘)，蠕变处理后 cohesive failure（材料内聚破坏）比例增加至45%，SEM显示蠕变组牙本质小管内树脂突保留完整，而对照组多见树脂突断裂和管壁裂隙。

3. 界面形貌特征：单调压缩导致牙本质小管空管率高达75%，并伴随树脂突整体剥离；蠕变组则形成致密 hybrid layer（混合层），裂纹多发生于树脂内部而非界面，印证粘弹性变形促进界面整合。

4. 有限元分析结果：未处理组在粘结边缘出现90 MPa应力集中，蠕变后应力分布均匀化且峰值降低50%以上，树脂粘接层承受最大应力，动态蠕变使XT组残余应力从68.59 MPa降至34.37 MPa。

讨论部分深入阐释了机制：树脂的粘弹性行为通过三重效应协同改善界面性能——聚合收缩产生的残余应力被蠕变诱导的分子链重排所缓解；60天HBSS浸泡引发的水膨胀(0.3-1.2%)与粘弹性变形叠加；动态载荷更有效促进应力再分布。特别值得注意的是，高填料含量的XT虽初始收缩应力大(s=0.92%)，但其粘弹性响应幅度最大，使SBS提升4倍，揭示材料刚度与粘弹性的平衡对界面稳定性的关键作用。

该研究首次建立树脂粘弹性参数与牙本质粘结性能的定量关系，为开发"应力自适应"牙科材料提供理论依据。临床启示在于：选择具有适当粘弹性的树脂材料，可通过原位应力松弛效应延长修复体寿命，尤其适用于承受较大咬合力的后牙区。未来研究可进一步优化树脂单体组成和交联度，在分子层面设计兼具高强度和应力松弛能力的新型材料。