树脂复合材料(Resin Composite)类型与充填技术(Filling Technique)对其内部空隙率(Void Volume)及抗压强度(Compressive Strength)的影响

《Polymers》：Types of Resin Composite and Filling Techniques: How They Affect Internal Void Volume and Compressive Strength Pirat Karntiang, Chitpol Chaimanakarn, Daranee Chaimanakarn, Thanyaporn Niyomdee and Hiroshi Ikeda

　　

背景(Background)：本研究评估采用不同树脂复合材料(Resin Composite)材料及充填技术制备修复体的空隙率(Void Volume Percentage)与抗压强度(Compressive Strength)。方法(Methods)：设5个实验组：(1) ZS（Filtek? Z350XT，单层(single layer)）；(2) ZH（Filtek? Z350XT，水平分层增量(horizontal increment)）；(3) ZO（Filtek? Z350XT，斜向分层增量(oblique increment)）；(4) BS（Filtek? One Bulk Fill，单层）；(5) BF（Filtek? One Bulk Fill + Filtek? Z350XT Flowable Composite）。试件尺寸为高4 mm、直径5 mm。通过显微计算机断层扫描(micro-CT)评估内部空隙，随后进行抗压强度测试。数据采用单因素方差分析(One-way ANOVA)及Tukey事后检验(p = 0.05)和Pearson相关性分析。结果(Results)：BF组空隙率最大(0.5501 ± 0.2031%)，ZS与BS组最小(分别为0.0366 ± 0.0279%和0.1991 ± 0.1463%)。ZH与ZS组抗压强度(分别为200.18 ± 16.32 MPa、192.18 ± 17.23 MPa)显著高于BS与BF组。Pearson相关性分析未见统计学显著相关性。结论(Conclusions)：多层充填技术比较单层技术产生明显更多空隙，部分材料含固有空隙，但这些空隙可能不直接影响修复体强度。

研究背景与目的

树脂复合材料(Resin Composite)因其优良的理化和光学性能成为现代牙科直接修复首选材料，传统需用≤2 mm分层充填(Incremental Filling Technique)以克服聚合收缩(Polymerization Shrinkage)和固化深度(Curing Depth)限制，常用水平或斜向分层以降低C因子(C-factor)，但层间界面易裹入空气形成内部空隙(Internal Void)，可能削弱弯曲强度、疲劳抗力及耐久性。大块充填树脂(Bulk-Fill Resin Composite)宣称可单次充填固化4–5 mm厚，省时且减少层间空隙，有时推荐联合流动树脂(Flowable Resin Composite)垫底，但其空隙率及与常规分层充填的比较、空隙率与力学性能的关系尚存争议。本研究由Pirat Karntiang等发表于《Polymers》，旨在：(1)评估不同树脂材料及充填技术制备试件的空隙体积百分比；(2)评估其抗压强度(Compressive Strength)；(3)明确空隙率与抗压强度间是否存在关联。

主要关键技术方法

研究人员使用不锈钢分体模具制作直径5 mm、高4 mm的圆柱形试件，分为5组：ZS（Filtek? Z350XT单层，对照组）、ZH（Filtek? Z350XT水平2层）、ZO（Filtek? Z350XT斜向4层）、BS（Filtek? One Bulk Fill单层）、BF（Filtek? One Bulk Fill + 1 mm流动树脂垫底），均由同一操作者完成并光照固化40 s。试件经显微计算机断层扫描(micro-CT, Skyscan 1173)扫描重建后通过CTAn软件在定义ROI内计算空隙体积百分比，随后于万能试验机以1 mm/min十字头速度进行抗压强度测试至失效。数据统计采用Kolmogorov–Smirnov、Levene's检验验证正态与方差齐性后行单因素方差分析(One-way ANOVA)及Tukey's post hoc检验(p<0.05)，并用Pearson相关系数评估空隙率与抗压强度关系(n=10/组)。

研究结果

3. Results（结果）

空隙率测定显示：BF组空隙率最高(0.5501±0.2031%)，ZS组最低(0.0366±0.0279%)，BS组次低(0.1991±0.1463%)，ZH(0.263±0.0984%)与ZO(0.2974±0.1018%)高于BS但无统计学差异；ZS与BS间无显著差异。三维重建示ZH组空隙多在中部层间，ZO沿斜向层间分布呈异形，BF空隙多为流动树脂层内球形空隙，ZS与BS几无可见空隙。抗压强度测定显示：ZH(200.18±16.32 MPa)与ZS(192.18±17.23 MPa)最高且组间无显著差异，均显著高于ZO(180.01±16.21 MPa)、BS(168.59±9.92 MPa)及BF(166.04±5.97 MPa)，后三者组间无显著差异。Pearson相关性分析示空隙体积百分比与抗压强度无显著相关性(r=-0.073, p>0.05)。

讨论与结论总结

讨论指出分层增量技术因层间界面增加致空气截留，层数越多空隙率越高，与本实验结果一致；单层高稠度树脂因无界面且操作少故空隙最少，但大块充填树脂(BS)因对黏度不熟悉及制造过程固有空隙致SD偏大；联合流动树脂(BF)空隙率最高，因低填料含量、高TEGDMA(三乙二醇二甲基丙烯酸酯)稀释单体易致基质微孔隙。抗压强度主要受树脂基质与填料性质影响，本研究中虽数值上层状充填(ZH/ZS)强度较高，但统计上空隙率微小未显著影响抗压强度，可能与空隙尺寸小、数量少及材料本身强度有关，但不排除临床长期疲劳下应力集中风险。研究局限含无牙体壁支撑、未模拟口腔温湿及牙本质液、无热循环老化、micro-CT判读者可能受空隙形态暗示。建议后续用离体牙、结合转化度(Degree of Conversion)测定及人工老化疲劳实验验证。

结论(Conclusions)：在本体外研究局限内，充填技术与材料特性均影响内部空隙率——多层分层技术比单层更易产生空隙，大块充填树脂联合流动树脂会增加总空隙量；本研究未见空隙率升高与抗压强度下降有显著相关性，但仍应尽可能减少修复体空隙以保障最佳力学性能与寿命。临床提示：通用树脂复合材料分层充填时空隙主要源于层间界面；大块充填树脂是减少层间空隙的可行替代；使用流动树脂改善洞壁适应性时应限制用量，因其含制造过程固有微空隙。