不同饮料对减材铣削与3D打印临时牙科修复材料颜色稳定性（ΔE）及表面粗糙度变化（ΔRa）的影响：材料-浸泡液交互作用研究

《Journal of Functional Biomaterials》：Surface Roughness and Color Stability of 3D-Printed Dental Resin Materials Under the Influence of Different Beverages

　　

目的：本研究旨在评估材料类型和浸泡溶液对采用减材铣削或增材3D打印技术制作的临时牙科材料的颜色稳定性（ΔE）和表面粗糙度变化（ΔRa）的影响。材料与方法：评估三种临时修复材料：一种CAD/CAM铣削材料（Vita CAD-Temp）和两种3D打印材料（NextDent C&B MFH和Freeprint Crown [Detax]）。试件经热循环（thermocycling）后，在咖啡、木槿茶、Coca-Cola或蒸馏水中浸泡两周。颜色变化使用独立试件评估（每种材料×溶液组合n = 10；N = 120），ΔE由基线和浸泡后配对的CIELAB测量值计算。表面粗糙度变化使用另一组独立试件评估（每种材料×溶液组合n = 5；N = 60），并计算为ΔRa = Ra_{post-immersion}?Ra_baseline。进行析因分析（factorial analyses）以评估材料、浸泡溶液及其交互作用的影响，包括适当时经多重性校正的事后比较。结果：颜色变化显著受材料类型（p < 0.001）、浸泡溶液（p < 0.001）和材料×溶液交互作用（p < 0.001）影响。交互作用表明材料表现强烈依赖浸泡溶液。最高平均ΔE见于NextDent暴露于木槿茶（8.96 ± 0.75），其次为Detax暴露于咖啡（7.38 ± 1.69），而最低值见于铣削材料在蒸馏水中（1.41 ± 0.45）和NextDent在可乐中（1.52 ± 1.00）。对于表面粗糙度，浸泡溶液对ΔRa有显著影响（p < 0.001），而总体材料效应（p = 0.136）和材料×溶液交互作用（p = 0.706）无统计学显著性。可乐导致表面粗糙度总体增加最大。结论：所测试临时材料的颜色稳定性取决于材料类型和浸泡溶液，并观察到这些因素之间明显的交互作用。铣削材料在测试条件下总体显示相对较低的颜色变化，而3D打印材料的响应随浸泡溶液显著变化。相反，表面粗糙度变化主要受浸泡溶液而非材料类型影响。这些发现表明，临时修复材料的行为应根据特定材料–环境组合而非仅根据制造方法来解释。

论文主体解读：

研究背景：在现代牙科技术中，修复体与天然牙的颜色匹配是重要考虑因素。临时修复体（provisional restorations）在修复治疗过程中保护牙齿及牙周组织，并维持发音、咀嚼、美学、牙位稳定、咬合、舒适和功能，还可提供治疗结果的初步预览。选择临时修复材料需满足生物学、美学和力学标准，并考虑材料耐久性、聚合热、聚合后收缩、边缘完整性、牙髓保护和保色性。临时修复体可能需较长时间使用，其结构稳定性、表面完整性和美学需维持；日常磨损和热应力可致降解、菌斑积累、牙龈刺激、染色、变色和最终折裂，尤其在前牙美学区，颜色变化（ΔE）和表面粗糙度变化（ΔRa）具有重要影响。临时修复体的制作从自凝树脂发展到计算机辅助设计与制造（computer-aided design/computer-aided manufacturing, CAD/CAM），包括减材铣削和增材3D打印（additive manufacturing/3D printing）。铣削临时材料多为预聚合PMMA或bis-acrylic复合材料块，工业聚合，结构较均质、高交联；3D打印临时树脂为光聚合甲基丙烯酸酯或聚氨酯二甲基丙烯酸酯体系，单体化学、光引发剂和填料含量因厂商而异；有机基质和填料组成差异而非仅制作方法可影响水吸附、颜色稳定性和表面特征。CAD/CAM临时材料产热少、抗咀嚼力强、较耐久但通常更贵；3D打印可高精度制作复杂几何并降低成本和时间，但其抗表面和颜色改变能力受制作方法、材料类型、表面纹理和口腔卫生等影响。已有研究评估临时修复材料在染色剂和漱口水后的ΔE和Ra，但针对3D打印临时修复材料在不同浸泡溶液后的此类变化研究有限。因此，本研究评估不同饮料和材料类型对铣削或3D打印临时牙科材料颜色稳定性和表面粗糙度变化的影响，并检验两个零假设：材料类型、浸泡溶液及二者交互作用对颜色变化无显著影响；浸泡溶液、材料类型及二者交互作用对表面粗糙度变化无显著影响。

关键技术方法概括（≤250字）：研究人员纳入三种临时材料：减材CAD/CAM复合材料Vita CAD-Temp、3D打印树脂NextDent C&B MFH和Freeprint Crown [Detax]，均选A1色；浸泡液为咖啡、木槿茶、Coca-Cola及蒸馏水对照。试件为直径14 mm、厚1.1 mm圆盘；颜色评价为每材料×溶液组合n = 10、总N = 120的独立试件，表面粗糙度为每组合n = 5、总N = 60的独立试件。所有试件经5–55 °C热循环（thermocycling, TC），共30,000循环，随后37 °C静态浸泡2周并每48 h换液。颜色以分光光度计在D65照明下测CIELAB（CIELAB色彩空间）并计算ΔE；表面粗糙度以三维光学轮廓仪测算术平均粗糙度（arithmetic average roughness, Ra）并计算ΔRa。统计采用双因素方差分析（analysis of variance, ANOVA）、简单效应（simple-effects comparisons）、Welch t检验、Holm校正（Holm adjustment）、置换检验（permutation-based sensitivity analysis）及Mann–Whitney检验。

研究结果：

3.1. Color Analysis（颜色分析）：共评价120个试件，每材料×溶液组合10个；ΔE由基线与浸泡后配对CIELAB测量值按CIE76公式重新计算，即ΔEab = [(ΔL)² + (Δa*)² + (Δb*)²]^1/2。

3.1.1. Descriptive Analysis（描述性分析）：颜色变化随材料和浸泡溶液差异明显。最高平均ΔE为NextDent浸泡于木槿茶（8.96 ± 0.75），其次为Detax浸泡于咖啡（7.38 ± 1.69）；最低平均ΔE为Vita CAD-Temp浸泡于蒸馏水（1.41 ± 0.45），其次为NextDent浸泡于可乐（1.52 ± 1.00）。

3.1.2. Factorial Analysis of Color Change（颜色变化的析因分析）：双因素方差分析显示材料类型、浸泡溶液及二者交互作用对ΔE均有统计学显著影响。材料效应F[2,108] = 35.65，p < 0.001，偏eta方（partial eta squared, ηp²）= 0.398；溶液效应F[3,108] = 28.64，p < 0.001，ηp² = 0.443；材料×溶液交互作用F[6,108] = 29.36，p < 0.001，ηp² = 0.620。较大交互作用表明材料类型对颜色稳定性的影响强烈依赖浸泡溶液，因此颜色结果主要基于各溶液内简单效应比较解释。

3.1.3. Simple-Effects Comparisons（简单效应比较）：在咖啡中，三种材料间均差异显著；Detax的ΔE大于Vita CAD-Temp（校正p < 0.001）和NextDent（校正p = 0.008），NextDent大于Vita CAD-Temp（校正p = 0.008）。在可乐中，Detax的ΔE显著大于NextDent（校正p = 0.002），Detax与Vita CAD-Temp（校正p = 0.145）及Vita CAD-Temp与NextDent（校正p = 0.120）差异不显著。在蒸馏水中，Detax显著大于Vita CAD-Temp（校正p < 0.001）和NextDent（校正p = 0.002），Vita CAD-Temp与NextDent亦差异显著（校正p = 0.044）。在木槿茶中，NextDent显著大于Detax和Vita CAD-Temp（均校正p < 0.001），Detax与Vita CAD-Temp差异不显著（校正p = 0.270）。这些结果确认材料对浸泡溶液存在明显依赖性响应。

3.2. Surface Roughness Change (ΔRa)（表面粗糙度变化）：共评价60个独立试件，每材料×溶液组合5个；ΔRa按浸泡后Ra减基线Ra计算。

3.2.1. Descriptive Analysis（描述性分析）：表面粗糙度平均增加最大者为NextDent浸泡于可乐（30.12 ± 26.90 μm），其次为Vita CAD-Temp浸泡于可乐（28.67 ± 1.84 μm）和Detax浸泡于可乐（26.43 ± 19.72 μm）；NextDent浸泡于咖啡的平均ΔRa为?1.78 ± 20.56 μm。较大标准差反映试件间差异明显，包括粗糙度增加和降低。

3.2.2. Factorial Analysis of Surface Roughness（表面粗糙度的析因分析）：析因分析显示浸泡溶液对ΔRa有显著影响（F[3,48] = 9.39，p < 0.001），材料总体效应不显著（F[2,48] = 2.08，p = 0.136），材料×溶液交互作用不显著（F[6,48] = 0.63，p = 0.706）。由于残差正态性违背且部分组离散度较大，进一步行置换检验，结果解释相同：浸泡溶液显著影响ΔRa，材料类型及交互作用无统计学显著影响。

3.2.3. Comparisons Between Immersion Solutions（浸泡溶液间比较）：因溶液总体效应显著，行Holm校正事后比较。总体上可乐导致表面粗糙度增加最大；可乐后ΔRa显著大于咖啡（校正p = 0.001）、蒸馏水（校正p = 0.002）和木槿茶（校正p = 0.006）。蒸馏水与木槿茶差异亦显著（校正p = 0.048）。咖啡与蒸馏水（校正p = 0.124）或木槿茶（校正p = 0.361）差异不显著。因此，表面粗糙度结果主要显示浸泡溶液效应，而非材料类型总体效应。

讨论总结：本研究中颜色变化显著受材料类型、浸泡溶液及二者交互作用影响，说明临时修复材料的颜色稳定性不能仅以铣削或3D打印制作方式解释，而取决于特定材料与浸泡溶液组合。Vita CAD-Temp在四种溶液中总体ΔE相对较低，范围为蒸馏水1.41 ± 0.45至可乐2.95 ± 1.96；NextDent在木槿茶后最高，Detax在咖啡后最高，而NextDent在可乐后ΔE较低。材料间颜色稳定性差异与树脂组成、聚合特征、填料含量、水吸附、表面特征及染色介质化学组成等有关；Vita CAD-Temp由工业聚合块制作，可能聚合度较高、残余单体较低，从而降低水吸附和色素渗透，但显著交互作用提示不能将这一表现推广至3D打印材料。两种3D打印材料对同一浸泡液反应不同，提示树脂配方差异及材料特异性与染色剂相互作用可能是重要因素。临床上，材料×溶液组合出现较大ΔE，尤其NextDent暴露于木槿茶和Detax暴露于咖啡；选择临时修复材料时应考虑预期临时修复时间及患者对潜在染色饮料的暴露，但体外ΔE值直接外推至临床可接受性应谨慎。表面粗糙度方面，打印临时修复体存在结构孔隙，可能增加表面粗糙度；CAD/CAM铣削材料因预聚合致密结构而较耐化学和机械磨损，Tuncer et al. (2020)报告铣削材料较3D打印和传统制作材料更耐粗糙度变化，Lauvahutanon et al. (2017)指出CAD/CAM材料致密结构可增强抗酸性侵蚀。本研究中咖啡和蒸馏水对表面粗糙度影响小于Coca-Cola和木槿茶；咖啡侵蚀性较低可能与其酸度较低有关，但仍有粗糙度变化。酸性饮料可影响树脂基修复材料和临时材料的表面特征，Mutlu-Sagesen et al. (2001)和Kotnarin et al. (2018)曾报道较高酸性浸泡液如碳酸饮料对牙科材料表面粗糙度影响更强。本研究中浸泡溶液显著影响ΔRa，而材料类型及交互作用不显著；可乐总体增加最大，提示在所评价条件下浸泡环境对表面降解的总体影响强于制作方法。材料总体效应不显著，因此本数据不支持Vita CAD-Temp在表面粗糙度变化方面统计学上优于两种3D打印材料的结论；描述性差异不应解释为统计学证实的材料优越性。部分组变异较大，尤其NextDent暴露于咖啡和可乐，且每材料×溶液组合仅5个试件，解释需谨慎。表面粗糙度具有临床相关性，因粗糙度增加可影响菌斑滞留、细菌黏附、染色及修复材料与牙周组织相互作用。虽然表面粗糙度曾被提出可能影响染色易感性，但本研究颜色和表面粗糙度使用独立试件，未直接评价试件水平ΔRa与ΔE关联，不能推断二者直接相关；材料间颜色差异可能受多种材料及溶液依赖机制影响，而非仅由表面粗糙度决定。临床意义方面，表面粗糙度和颜色稳定性影响临时修复体长期成功；粗糙度增加降低美学并增加菌斑、细菌黏附和牙龈炎症，变色降低患者满意度并可能需早期更换修复体。CAD/CAM铣削材料因对表面粗糙度和颜色变化抵抗较优，适用于美学要求高或长期使用；3D打印材料可能更适合短期使用（≤2周），并可受益于额外表面处理或涂层以改善耐久性和美学性能，如K?ro?lu et al. (2016)所建议。局限包括：体外设计不能完全复制口腔环境；仅评价一种铣削和两种3D打印临时树脂，不能将结论推广至铣削与3D打印作为制作类别的比较；两种3D打印材料差异可能归因于有机基质组成（单体化学）而非打印过程本身；未来需纳入更多市售铣削和3D打印材料、开展体内研究并开发更抗染色和表面降解的先进3D打印材料。

研究结论（原文结论翻译）：在本体外研究的局限性内，颜色稳定性显著受材料类型、浸泡溶液及其交互作用影响，表明临时修复材料的变色取决于特定材料–溶液组合。Vita CAD-Temp在所测试条件下总体显示相对较低的颜色变化值，而两种3D打印材料表现出更依赖溶液的响应，尤其在Detax暴露于咖啡后及NextDent暴露于木槿茶后观察到特别高的颜色变化。