表面处理和粘接方法对3D打印义齿牙齿与义齿基托树脂之间粘接强度的影响

《International Journal of Adhesion and Adhesives》：Effect of surface treatment and bonding protocols on the bond strength between 3D-Printed denture tooth and denture base resins

　　摘要
目的：本研究通过体外实验评估了表面处理和粘接方案对3D打印假牙牙齿与假牙基材树脂之间微拉伸粘结强度的影响。

材料与方法：制备了3D打印假牙牙齿和假牙基材树脂的样品，并根据表面处理和粘接方案将其分为14组：未经处理的对照组、空气颗粒磨损处理组、甲基丙烯酸甲酯单体处理组、通用粘合剂组、硅烷处理组、PMMA基粘合剂组、Clearfil? SE Bond组以及自粘树脂水泥组（部分组别额外进行了空气颗粒磨损处理）。使用扫描电子显微镜在2000倍放大倍数下观察代表性处理后的表面。将粘接后的样品切割成约1平方毫米的试样，然后在37°C下水中储存24小时或6个月后测量微拉伸粘结强度，并在光学显微镜下分析破坏模式。

结果：粘接方案和老化过程显著影响了粘结强度。24小时时，RelyX? U200与PMMA基粘合剂结合的处理组表现出最高的粘结强度，两者之间无显著差异。6个月后，空气颗粒磨损处理+PMMA基粘合剂组、PMMA基粘合剂组单独使用组以及RelyX? U200组的性能最为稳定。老化过程降低了大多数组的粘结强度，而PMMA基粘合剂方案则保持稳定的粘结强度。扫描电子显微镜观察发现，空气颗粒磨损处理后表面不规则性增加，粘接剂应用后部分树脂区域被覆盖。破坏分析显示主要是粘合剂失效或混合失效类型，性能较好的组别中混合/粘合剂失效现象更为普遍。

结论：表面处理和粘接材料影响了3D打印假牙牙齿与假牙基材树脂之间的粘接效果。PMMA基粘合剂，尤其是与空气颗粒磨损处理结合使用时，在老化后提供了最稳定的粘结强度。

引言：
口腔疾病是全球最常见的慢性疾病之一，影响着约35亿人。20岁及以上的成年人中完全牙齿缺失的全球患病率接近7%，超过3.5亿例；60岁及以上的老年人中这一比例高达23%[1]。在这种情况下，全口和可摘局部假牙仍然是重要的康复选择，特别适用于因解剖结构、系统性疾病或社会经济因素限制而无法接受种植牙治疗的人群[2][3][4]。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）因其易于加工、可修复性和相对较低的成本而被广泛用于假牙牙齿、假牙基材、临时冠、正畸保持器及假牙修复[5]。然而，该材料也存在一些局限性，如聚合收缩、易被微生物定植、缺乏辐射不透明度、单体释放、过敏风险以及在口腔环境中机械性能退化[6]。这些局限性促使人们将数字化工作流程和光固化材料引入可摘义齿领域。

增材制造在数字化牙科领域日益普及，因为它能够实现分层制造定制结构，减少材料浪费，提高可重复性，并缩短临床和实验室操作时间[7][8]。用于全口假牙的3D打印树脂通常由二甲基丙烯酸酯单体（如Bis-GMA、TEGDMA、UDMA）以及填料、色素和光引发剂组成。虽然高度交联的聚合物网络有助于提高尺寸稳定性，但也会减少反应性表面的数量，限制各打印部件之间的分子扩散。这一问题在3D打印全口假牙中尤为突出，因为假牙牙齿和基材通常需要分开制造后再进行粘接。该接合处的失效可能导致牙齿脱落，影响美观、发音、咀嚼功能及假牙的临床使用寿命。最新研究表明，3D打印牙齿与假牙基材的组合可能比传统加工或铣削组合具有较低的粘结强度和更不利的断裂模式，因此需要更可预测的粘接方案[9]。

已经提出了多种机械和化学策略来改善这种粘结效果。其中，使用氧化铝进行空气颗粒磨损处理是修改聚合物表面的常用方法之一。该处理可去除表层低反应性物质，增加表面能，并形成有利于粘合剂渗透和微观机械固定的不规则结构。在3D打印树脂中，这一过程尤为重要，因为高度交联的聚合物基质可能限制成分间的化学扩散。因此，空气颗粒磨损处理可作为初步表面预处理，增强随后应用的底涂剂、粘合剂或树脂水泥的效果。文献报道称，使用50微米氧化铝颗粒处理约10-20秒可以有效提升基于树脂的基材间的粘结强度[10][11]。

此外，还研究了化学策略。将甲基丙烯酸甲酯单体涂布约180秒可促进表面膨胀，有利于聚合物链的相互扩散[12]。PMMA基底涂剂或粘合剂通常涂布30-60秒，可改善丙烯酸基材与光固化树脂之间的化学相容性。硅烷通常涂布60秒左右，可增强表面润湿性和化学相互作用，但其效果取决于材料成分和存在反应性无机相的情况。尽管3D打印假牙树脂主要为二甲基丙烯酸酯基聚合物，但可能含有能与硅烷偶联剂反应的无机填料颗粒或硅烷化成分，因此硅烷处理被评估为一种潜在的表面底涂剂[9][10]。通用粘合剂和牙科粘合剂系统根据制造商说明涂布10-20秒后通过光照固化，其中含有10-MDP等功能性单体，有助于促进化学相互作用和界面适应。自粘树脂水泥（如RelyX? U200）与空气颗粒磨损处理结合使用时表现优异，这归因于微观机械固定效果与树脂基质的潜在化学相互作用[11]。然而，这些方案的有效性依赖于材料类型、表面转化程度及老化条件。

尽管有多种可用策略，但目前尚无共识认为哪种方案最能有效促进3D打印假牙牙齿与假牙基材之间的稳定粘结。文献中关于树脂类型、表面处理、粘合剂、涂布时间、测试方法和老化条件的差异较大[13][14][15]，导致各研究之间的直接比较困难。此外，许多研究仅评估了即时粘结强度，而实际上粘合界面长期暴露于唾液、温度变化、咀嚼力和水分吸收环境中。水老化对聚合物材料至关重要，因为水分吸收可能导致树脂基体塑化、界面成分水解及机械性能逐渐下降[16]。因此，评估长期水储存后的粘结强度对于评估粘合界面的稳定性和不同方案随时间的性能保持能力至关重要。

本研究旨在评估不同表面处理和粘接方案对3D打印假牙牙齿与假牙基材树脂在水中储存24小时和6个月后的微拉伸粘结强度的影响。零假设为表面处理、粘接方案和储存时间不会显著影响树脂间的粘结强度。

研究设计与测试材料：
该体外实验室研究旨在评估机械表面预处理和化学粘接方案对3D打印假牙牙齿与假牙基材树脂之间微拉伸粘结强度的影响。研究在巴西塞阿拉州福塔莱萨市的Paulo Pican?o学院实验室进行。

研究使用了两种光固化3D打印树脂：Smart Dent Vitality（用于假牙牙齿）和Smart Dent Denture（用于假牙基材）。双因素方差分析（ANOVA）显示储存时间、处理方案及其交互作用对粘结强度（μTBS）有显著影响（表3）。计算了部分eta平方（ηp2）值以量化这些效应（表3）。储存时间与处理方案之间存在显著交互作用（F(13,84) = 2.977, p = 0.001, ηp2 = 0.315）；储存时间（F(1,84) = 80.706, p < 0.001, ηp2 = 0.490）和处理方案本身也存在显著主效应。

讨论：
本研究零假设被拒绝，因为不同表面处理方案及储存前后（即刻和6个月老化后）的粘结强度存在显著差异。聚合物基材之间的粘结对于数字化制作假牙的成功至关重要，尤其是由于3D打印树脂通常基于高度交联的甲基丙烯酸酯基质（如UDMA）。

结论：
在本次体外研究的限制范围内，粘接方案和水老化显著影响了3D打印假牙牙齿与假牙基材树脂之间的粘结强度。PMMA基粘合剂，特别是与空气颗粒磨损处理结合使用时，在6个月水储存后的粘结效果最稳定。尽管RelyX? U200的即时粘结强度较高，但其老化后的性能下降。因此，机械表面预处理与兼容的化学处理相结合可提高粘结稳定性。

作者贡献声明：
Paulo Roberto Soares Nogueira：撰写 – 原稿撰写、可视化、方法学、研究设计、概念构建；
Tainah Oliveira Rifane：撰写 – 审阅与编辑、验证、项目管理、方法学；
Diego Neves Pinto：可视化、软件支持；
Ketelyn Kerty Moreira de Oliveira：撰写 – 审阅与编辑、数据管理；
Nathalia Elen Barbosa dos Santos：软件支持、资源协调；
Roberto Franklin Gondim：软件支持；
Anderson Gomes Forte：可视化、方法学；
Diego Martins：数据分析。

利益冲突声明：
作者声明与本研究无关的任何利益冲突或个人关系。

资助：
本研究未接受任何外部资助。

竞争利益声明：
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。