不同色调匹配策略可注射树脂复合材料的光学稳定性：老化、咖啡染色与漂白对颜色、白度及半透明性的材料依赖性影响

《Polymers》：Optical Stability of Injectable Resin Composites with Different Shade-Matching Strategies

　　

本研究评估了老化、咖啡染色及漂白对不同填料类型、树脂基质组成及色调匹配策略的可注射树脂复合材料光学性能的影响。共评估六种可注射树脂复合材料和一种传统微混合复合材料（每种材料n=20；共140个试件）。对每种材料，试件被随机分配至两个亚组（n=10）：热循环或12天咖啡染色后行诊室漂白。制备圆盘状试件，记录基线颜色、白度指数及半透明性。数据采用重复测量方差分析和单因素方差分析，随后采用Tukey HSD事后检验进行材料间比较（α=0.05）。老化、染色及漂白后观察到材料间存在显著差异（p<0.001）。老化后，多色调纳米填料FSF、组色调纳米混合NSF及传统微混合GDA显示出最低的颜色变化，而单色调复合材料显示出最高的颜色变化。咖啡染色降低了所有组的白度和半透明性，其中单色调复合材料的白度损失最大。漂白减轻了所有材料中染色引起的变色，其中单色调纳米混合CBF最为显著；然而，所有材料相对于基线的残余色差仍高于可接受阈值。漂白后，超纳米球状OBF和EBF复合材料的半透明性超过基线值并超出可感知阈值。在本体外研究的局限性内，所评估的树脂复合材料在人工老化、咖啡染色及漂白后表现出材料依赖性颜色、白度及半透明性变化，漂白后基线光学性能未完全恢复。

**研究背景与问题**

直接前牙修复是当代修复牙科的基石，其发展由日益增长的美学需求和粘接及修复材料的持续进步所驱动。传统增量分层技术虽仍广泛使用，但存在椅旁时间延长、层间空气夹带风险以及操作污染导致层间粘接受损等局限性。为应对这些不足，可注射复合材料技术作为一种微创且临床高效的替代方案应运而生，具有改善的流动性、增强的窝洞适应性和简化的放置流程。除操作优势外，可注射树脂复合材料因其在前牙修复中的美学潜力而日益受到推崇，其中光学整合和色调适配至关重要。然而，可注射修复体的长期临床成功仍高度依赖于所用复合材料的光学和理化性能。

当代可注射树脂复合材料采用不同的色调匹配策略，包括传统的多色调颜料基系统和简化的组色调或单色调概念，后者依赖光学混合和结构色机制与周围牙齿结构协调。颜色稳定性和准确的色调匹配是前牙复合树脂修复长期美学性能的基本决定因素。设计用于简化色调选择的可注射复合材料预期通过受控的半透明性和光扩散而非精确的颜料匹配与周围釉质和牙本质视觉整合。因此，当其随时间暴露于临床挑战时，其光学行为可能与传统颜料基复合材料存在显著差异。

内源性和外源性因素如聚合度、吸水率、表面粗糙度、修整和抛光程序以及饮食习惯均已被证明显著影响树脂复合材料的颜色稳定性。此外，材料相关参数包括填料类型、填料尺寸、填料含量和转化度在决定光学和机械性能方面起决定性作用。可注射树脂复合材料通常表现出 modified 填料类型或降低的填料含量以增强流动性，这可能损害树脂-填料界面完整性。界面粘接不足可增加吸水率并促进染料渗透，最终导致变色。这些效应对于采用简化色调匹配策略的可注射复合材料可能尤为相关，其中光传输的细微变化可能不成比例地影响感知的颜色适配。

半透明性是复制天然牙齿结构深度和活力所需的关键光学性能。树脂复合材料内的光相互作用受填料-基质界面的反射、透射、吸收和散射支配。填料形态、折射率失配和填料分布的变异影响材料内的光扩散并决定半透明性和整体美学整合。与传统颜料基复合材料主要通过选择性光吸收实现色调匹配不同，单色调和组色调可注射复合材料主要依赖光散射、半透明性调节和结构色效应。因此，其光学行为可能对老化、染色和漂白挑战更为敏感。近年来，树脂基质配方和填料技术的持续改进旨在增强光学和机械性能，特别是在为美学前牙应用设计的复合材料中。然而，这些创新在多大程度上改善了具有不同色调匹配概念的可注射复合材料的长期光学稳定性仍不清楚。

漂白程序可能通过诱导表面降解、改变树脂-填料界面和修改光传输特性来影响树脂复合材料的光学性能。尽管漂白剂对传统树脂复合材料的影响已被广泛研究，但关于可注射树脂复合材料特别是那些结合新型填料技术和简化色调匹配策略的材料的证据仍然有限。鉴于可注射复合材料在高度美学区域的日益使用，了解其在染色后对漂白的响应具有特别的临床相关性。

尽管临床采用日益增长，但关于可注射树脂复合材料在老化后以及染色后漂白后行为的数据仍然稀缺。虽然临床病例报告描述了长期口内暴露后的变色和美学退化，但评估老化和漂白程序如何影响可注射复合材料光学性能的系统研究尚缺乏。此外，填料类型和色调匹配策略在这些挑战后对颜色稳定性、半透明性和白度的作用尚未充分阐明。鉴于临床对可注射树脂复合材料用于高度美学前牙修复的日益依赖，阐明简化色调匹配概念是否能在与传统颜料基系统相当的程度上保持光学稳定性对于材料选择和长期美学可预测性至关重要。

因此，本研究的目的是评估老化、染色和漂白对不同填料类型和色调匹配策略的可注射树脂复合材料光学性能的影响。所检验的零假设如下：（1）咖啡染色在不同填料类型和色调匹配策略的可注射树脂复合材料之间不导致颜色变化（ΔE₀₀）、半透明性变化（ΔTP）或白度差异（ΔWID）的统计学显著差异。（2）人工老化在不同填料类型和色调匹配策略的可注射树脂复合材料之间不引起ΔE₀₀、ΔTP或ΔWID的统计学显著变化。（3）咖啡染色后的漂白不显著改变不同填料类型和色调匹配策略的可注射树脂复合材料的ΔE₀₀、ΔTP或ΔWID值。

**关键技术方法**

研究人员制备了七种材料的圆盘状试件（直径8 mm，厚度2 mm），每种材料20个，随机分配至热循环组（10,000次，5°C至55°C）或咖啡染色组（12天，37°C，咖啡溶液每日更换）后行诊室漂白（40%过氧化氢凝胶，三次疗程，分别在第1、8、15天）。采用校准牙科分光光度计（VITA Easyshade V）在D65照明下测量CIELAB颜色坐标，分别计算颜色变化（ΔE₀₀，CIEDE2000公式）、白度指数（WID）和半透明性参数（TP）。颜色变化以可感知阈值（ΔE₀₀=0.8）和可接受阈值（ΔE₀₀=1.8）解释，白度变化以ΔWID可感知阈值0.72和可接受阈值2.60解释，半透明性变化以ΔTP=2单位为视觉可感知阈值。统计分析采用重复测量方差分析和单因素方差分析，随后行Tukey HSD事后检验（α=0.05）。

**研究结果**

**老化对光学性能的影响**：老化后，材料间ΔE₀₀、ΔWID和ΔTP均存在显著差异（单因素方差分析，p<0.001）。最高ΔE₀₀记录于单色调超纳米球状OBF（5.45±0.11），其次为单色调纳米混合CBF（4.58±0.11）和组色调超纳米球状EBF（3.67±0.13），而最低ΔE₀₀见于多色调纳米填料FSF（0.26±0.06）。最大白度降低见于OBF（?12.89±0.29），其次为CBF（?9.88±0.34），而FSF显示轻微增加（+0.26±0.32）。最大半透明性降低见于EBF（?14.27±0.18），其次为CBF（?11.01±0.14）和组色调纳米混合NSF（?10.76±0.21），而最小变化见于FSF（?0.05±0.12）。Tukey事后检验显示ΔE₀₀和ΔTP在所有材料对之间均有显著差异，而ΔWID在GDA与EBF之间以及GUI与NSF之间无显著差异（p>0.05）。材料内变化：老化导致OBF、CBF、EBF和GUI的ΔE₀₀值超过可接受阈值（1.8），而GDA和NSF的值介于可感知和可接受阈值之间，FSF的值保持在可感知阈值以下。除FSF外所有材料老化后WID值显著降低，FSF显示轻微但显著的增加（p<0.05）。除FSF外所有材料TP值显著降低，FSF无显著变化（p>0.05）。

**染色和漂白对光学性能的影响**：材料间比较显示所有光学参数在所有处理区间均存在显著差异（单因素方差分析，p<0.001）。对于ΔE₀₀，Tukey事后检验显示所有三个区间中所有材料对之间均有显著差异。染色后，ΔE₀₀值范围从9.57±0.09（GDA）至25.39±0.08（CBF），CBF之后依次为NSF（15.74±0.09）、OBF（14.95±0.09）、EBF（14.76±0.11）、FSF（14.07±0.10）和GUI（12.43±0.06）。漂白产生的颜色变化幅度（ΔE₀₀漂白-染色）范围从7.36±0.04（GDA）至21.82±0.09（CBF），CBF之后依次为EBF（13.79±0.09）、NSF（12.17±0.07）、FSF（11.85±0.09）、GUI（10.64±0.08）和OBF（9.60±0.07）。相对于基线的残余色差（ΔE₀₀漂白-基线）范围从2.17±0.07（EBF）至6.24±0.09（OBF），OBF之后依次为NSF（4.36±0.08）、CBF（3.76±0.08）、GUI（2.78±0.07）、FSF（2.52±0.07）和GDA（2.31±0.09）。对于ΔWID，染色-基线比较中GDA与GUI之间以及EBF与NSF之间无显著差异，漂白-基线比较中GUI与EBF之间无显著差异（p>0.05），而所有其他对均存在显著差异。染色后最大白度损失见于CBF，其次为OBF，而GDA和GUI显示最小降低。对于ΔTP，漂白-染色比较中GDA与CBF之间以及EBF与NSF之间无显著差异，漂白-基线比较中GDA与NSF之间无显著差异（p>0.05），而所有其他对均存在显著差异。材料内变化：染色降低所有材料的L*值（ΔL*从?12.83至?27.95）并增加a*值，除GUI外增加所有材料的b*值。漂白增加所有材料的L*值并降低a*和b*值。在所有材料中，相对于基线的残余色差低于染色后的色差，表明变色减轻，最大减轻见于CBF（从25.39降至3.76）。然而，所有材料仍比基线更暗（ΔL*从?2.20至?7.51），且所有材料的ΔE₀₀漂白-基线值超过可接受阈值（1.8）。染色显著降低所有材料的WID和TP值，随后的漂白显著增加所有材料的这两个参数（重复测量方差分析，p<0.001）。与基线相比，漂白后GUI和EBF的WID值显著更高，而其他材料包括两种单色调复合材料的WID值仍显著更低。相对于基线，CBF、GUI和FSF的最终TP值保持在可感知阈值内（±2单位）。相反，OBF（+3.35）和EBF（+2.93）的半透明性超过基线值并超出可感知阈值，而GDA（?2.25）和NSF（?2.15）观察到可感知的残余半透明性损失。

**讨论与结论**

本研究的方法学设计旨在确保可注射树脂复合材料光学变化的标准化评估。使用均匀厚度的圆盘状试件以最小化几何变异性，允许在受控条件下进行有效的材料间比较。在24小时储存期后进行抛光以允许后聚合反应完成并更好地反映成熟复合材料表面的光学行为。使用校准牙科分光光度计获取测量值，半透明性由黑色和白色背景下测量的色差得出。12天咖啡浸泡用于模拟约一年的饮料消费，染色后行漂白以重现常见临床序列，因为诊室漂白剂可能以材料依赖性方式影响树脂复合材料。选择可注射复合材料是因为其光学结果不能直接从传统糊剂复合材料推断，且单色调系统由于其色调匹配概念可能表现不同于组色调和多色调材料。

本研究中，评估了不同填料类型和色调匹配策略的可注射树脂复合材料在老化、咖啡染色及后续漂白后的光学性能。第一、第二和第三零假设均被拒绝，因为颜色、半透明性和白度变化在测试材料间存在显著差异，表明对这些程序的光学响应具有材料依赖性。当相对于已建立的可感知和可接受阈值解释时，老化和染色经常导致ΔE₀₀值超过可感知阈值（0.8）和可接受阈值（1.8）。尽管漂白大幅降低了色差，但相对于基线的残余色差在所有材料中仍高于可接受阈值。同样，ΔWID值超过可感知阈值（0.72）且在若干材料中超过可接受阈值（2.60）。大多数材料在老化 and 染色后ΔTP值超过2单位的可感知阈值。因此，漂白后的统计学显著变化不一定对应于在可接受限度内恢复至基线。

人工老化诱导所有测试材料光学行为的显著变化。多色调纳米填料FSF、组色调纳米混合NSF和传统微混合GDA表现出最低的颜色变化，保持在可接受阈值以下，而单色调复合材料OBF和CBF显示最高值。老化促进吸水、树脂基质降解、聚合物增塑以及填料-基质界面的改变，这些降低了光传输并增加内部光散射。这些结果表明光学稳定性取决于若干材料相关因素，包括树脂基质化学和填料-基质相互作用的完整性。咖啡染色在所有材料中产生明显的颜色变化，单色调纳米混合CBF表现出最高变色且两种单色调复合材料显示最大白度损失。咖啡通过表面吸附和颜料吸收进入树脂基质诱导变色，树脂基质亲水性、填料含量和填料分布的差异影响吸水率和颜料渗透。材料依赖性和持续性的流动及大块充填树脂复合材料变色也有类似报道。有研究提出单色调复合材料主要依赖结构色形成和受控光散射而非传统颜料化，可能对半透明性和内部光传输的微小变化更为敏感。然而，测试的商业材料同时存在树脂基质组成、填料结构、填料含量和色调匹配策略的差异，因此本研究结果不能分离色调匹配策略的独立贡献，这些机制应被视为可能的解释而非已证明的原因。

树脂基质组成和填料类型也可能对观察到的差异有贡献。尽管含Bis-GMA系统具有高度交联结构，但可能表现出增加的吸水易感性，而无Bis-GMA系统根据其特定单体配方显示更多变的光学行为。填料结构影响填料-基质界面的光散射和折射率兼容性。老化和染色后观察到的半透明性降低可归因于吸水、颜料积累和填料-基质界面降解引起的光散射增加。漂白在所有材料中产生显著颜色变化，伴随L*值增加和a*及b*值降低，表明颜色变化主要朝向基线颜色方向，主要通过亮度恢复实现。相对于基线的残余色差显著低于染色后，最显著见于CBF。然而，所有材料的残余色差超过可接受阈值（ΔE₀₀>1.8），且所有材料仍比基线更暗。这表明染色相关变化不限于表面颜料吸附，可能涉及漂白不能完全逆转的基质相关改变。这一发现与先前研究一致，表明漂白剂主要去除表面外源性污渍而未一致恢复基线光学性能。漂白后所有材料半透明性增加，方式取决于树脂基质组成和填料结构。然而，相对于基线的最终半透明性在材料间存在差异。在CBF、GUI和FSF中，最终TP值相对于基线保持在可感知阈值内，而GDA和NSF保留可感知的半透明性损失。在OBF和EBF中，半透明性超过基线值并超出可感知阈值。这表明漂白未恢复这些材料的原始半透明性而是导致可感知的更高半透明性。白度变化通常遵循颜色差异观察到的趋势。染色降低所有材料的白度，而漂白后的变化具有材料依赖性。由于感知白度更受亮度和黄度变化而非整体色差的影响，可比较的ΔE₀₀值可能对应显著不同的ΔWID结果。

本研究存在一定局限性。作为体外研究，实验条件不能完全复制口腔环境的复杂性。老化和染色/漂白在单独的试件亚组上进行，因此未研究同一试件上老化、染色和漂白的累积效应，发现不代表这些程序在单一序列方案下的联合效应。此外，测试的商业材料同时存在若干特征差异，包括树脂基质组成、填料结构、填料含量和色调匹配策略，因此不能确定每种特征的独立效应。仅评估了一种染色剂和单一诊室漂白方案。此外，尽管在修整和抛光前验证了试件厚度，但程序后未重新测量。由于方案标准化并由单一操作者执行，任何微小材料损失预期在各组间可比；然而，最终试件厚度的轻微变化不能完全排除。需要进一步研究使用序列方案和仅单一特征不同的材料来阐明这些效应。

在本体外研究的局限性内，可得出以下结论：（1）多色调纳米填料FSF、组色调纳米混合NSF和传统微混合GDA在人工老化后表现出最大的颜色稳定性，而单色调复合材料OBF和CBF显示最高的颜色变化。（2）咖啡染色后，单色调纳米混合CBF表现出最高的颜色变化，且两种单色调复合材料显示最大的白度损失。（3）漂白减轻了所有材料中染色引起的变色，最显著见于CBF；然而，所有测试材料相对于基线的残余色差仍高于可接受阈值。（4）漂白增加了所有材料的半透明性；在OBF和EBF中，最终半透明性超过基线值并超出可感知阈值，表明原始半透明性未被恢复。由于测试材料在若干组成特征上存在差异，这些差异应归因于个别材料而非仅色调匹配策略。