牙本质渗出液对粘接界面的影响

杨宇斌，朱轩言，田子璐，王慧敏，朱 松

与牙釉质相比，牙本质的固有特性使粘接修复的远期效果难以预测。牙本质是由体积分数为50%的矿物质，30%以胶原为主的有机物和20%的水分组成[1]。牙本质小管是牙本质组织中最明显的结构特征，其从髓腔到釉牙本质界/牙骨质牙本质界呈放射状贯穿整个牙本质。小管内的主要成分为成牙本质细胞突起以及牙本质渗出液。由于小管与髓腔相连并且含有液体，粘接剂在牙本质小管内的渗透势必受到髓腔压力的影响。正常生理条件下，髓腔压力一般约为15 cmH2O(11 mmHg)[2]。

1 粘接系统

粘接修复的目的是形成并保持良好的牙本质粘接界面。界面稳定可获得良好的粘接强度、边缘密封性和临床耐久性[3]。目前在牙本质粘接过程中采用两种粘接策略：全酸蚀粘接系统和自酸蚀粘接系统。

1.1 全酸蚀粘接系统

全酸蚀粘接剂由酸蚀剂、底涂剂和粘接剂树脂组成。酸蚀剂为37%磷酸溶液。底涂剂由亲水性功能单体(甲基丙烯酸 β-羟乙酯，2-hydroxyethyl methacrylate, HEMA)、固化引发剂(樟脑醌)和挥发性溶剂(丙酮或乙醇)组成，具有亲水性及与水混溶性。粘接剂树脂成分是疏水性的，由双酚 A-二甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bisphenol A diglycidyl methacrylate， Bis-GMA)、固化引发剂等组成。

全酸蚀粘接剂中37%磷酸酸蚀剂具有较强的酸蚀能力，牙本质经酸蚀后表面形成厚5～8 μm的脱矿层，暴露牙本质的胶原纤维网和牙本质小管口后再进行粘接[4]。在使用湿粘接技术保持胶原纤维网蓬松的前提下，液态的粘接剂应该渗透整个牙本质脱矿层，固化后包裹暴露的胶原纤维[5]。同时粘接剂进入牙本质小管形成树脂突，形成界面互相渗透和微机械锁结[6]。

水有助于亲水性单体在牙本质中快速向牙髓方向渗透，这导致疏水性的Bis-GMA在牙本质表面富集，脱矿牙本质中渗透单体出现相分离，相分离将导致粘接剂单体聚合不全或通透性增加。即粘接剂层和混合层中形成含水区域，或在粘接剂下层形成孔隙结构。过多的水会降低粘接剂中溶剂的挥发能力，粘接剂及混合层残留溶剂量越多，则粘接剂聚合越不完全，内聚力越小，越容易塑化[7]。

另外在髓腔压力作用下，水沿牙本质小管向粘接界面流动，阻碍了粘接剂向脱矿牙本质的渗透[8]。混合层中出现脱矿深度与粘接剂渗透能力的不匹配。未渗透区域被水取代，水渗透到粘接剂的亲水区域促进了粘接剂单体的溶解析出。同时混合层底部的胶原纤维因缺乏包裹裸露[9]，成为“薄弱结构”。蛋白水解酶存在于矿化的牙本质基质和牙本质龋中[10]，包括基质金属蛋白酶(matrix metallo- proteinases，MMPs)和半胱氨酸组织蛋白酶，酸蚀剂以及粘接剂单体的不完全渗透有助于这些酶的激活，分解裸露的胶原纤维和粘接剂的酯键，导致牙本质粘接剂粘接强度下降。

1.2 自酸蚀粘接系统

自酸蚀粘接剂由底涂剂和粘接剂树脂组成。底涂剂具有亲水性，主要成分是酸性粘接性单体(例如：甲基丙烯酰癸基二氢磷酸酯、4-甲基丙烯酰氧乙基偏苯三酸酐酯或二甲基丙烯酸磷酸甘油酯)、水、挥发性溶剂(乙醇或丙酮)和光引发剂。粘接剂树脂成分与全酸蚀粘接剂类似。

自酸蚀粘接剂酸性较弱，不能去除玷污层，是利用酸性可聚合单体对其进行部分溶解、整合，粘接剂单体渗透和对牙本质的脱矿同时进行[11]，最终形成微机械锁结和分子间作用力。自酸蚀粘接剂的酸蚀和渗透能力有限，形成的混合层厚度相对更薄，树脂突也较少。水为自酸蚀粘接系统中固有成分，可电离粘接剂中的酸性单体使玷污层和其下方的牙本质脱矿[12]。自酸蚀粘接剂中因加入了高浓度的酸性单体，使得粘接剂更亲水，聚合后界面吸水率为5%～12%[13]。

有研究证实，自酸蚀粘接剂酸蚀牙本质后，虽不如全酸蚀粘接剂对牙本质脱矿的程度深，但也存在一些裸露而未被粘接剂单体包裹的胶原纤维[14]。自酸蚀粘接剂可以建立一个低pH环境，激活MMPs[15]，造成胶原纤维的降解。自酸蚀粘接剂组分中因存在较多的亲水性单体，使粘接剂中极性亲水区域密集分布，水在酶激活过程中同样起着介质作用[16]。

2 纳米渗漏

酸蚀-冲洗粘接剂的底涂剂或粘接剂在渗入脱矿的胶原纤维网过程中，深部区域存在未完全渗入的含水微小空隙，其周围的胶原纤维暴露。这些空隙为外界物质离子和分子的扩散和渗透提供通道，从而形成纳米渗漏。

水沿此通道从混合层向粘接剂层扩散，该通道被称为“水树”[17]。采用扫描电镜观察模拟髓腔压力作用下的粘接界面，发现水不断向粘接界面流动。水树中不受限制的水移动导致未完全聚合的粘接剂成分渗出，并加快这些通道界面成分的降解[18]。

纳米渗漏可通过硝酸氨银示踪。银沉积有两种不同模式，即纳米渗漏表现的网状模式与斑点模式。前者是水树的形态特征；后者则代表粘接剂基质中含亲水和/或酸性官能团的微区。Tay等[19-21]发现纳米渗漏多发生于渗透性增强的区域，这些区域中的水分子不能完全去除，使得粘接剂聚合反应不完全。有研究表明，没有模拟髓腔压力作用时，全酸蚀粘接剂混合层和树脂突内都可检测到银沉积，而自酸蚀粘接剂中却几乎没有[22]。在模拟髓腔压力作用12个月后再次进行检侧，发现无论全酸蚀粘接剂还是自酸蚀粘接剂的银沉积量都明显增加。这说明在髓腔压力作用下，粘接界面的纳米渗漏增加。

3 微拉伸粘接强度

微拉伸粘接强度与牙本质渗出液存在有着密不可分的关系，尤其在髓腔压力作用下，许多研究已证实，粘接界面强度随着时间延长而降低。在粘接剂-牙本质粘接界面已经确定存在富含水的区域，使聚合后的粘接剂内出现分层和水滴样结构[23]，且容易发生断裂。造成粘接界面应力增加，故而微拉伸粘接强度值降低。

Feitosa等[24]采用模拟髓腔压力的方法测得两步自酸蚀粘接剂(Clearfil SE Bond，CES)、单步自酸蚀粘接剂(Clearfil S3 Bond，CS3)和两步酸蚀-冲洗粘接剂(Adper Single Bond 2，SB2)作用5年后的微拉伸粘接强度。发现除CSE外，其他两种粘接剂在模拟髓腔压力作用5年后，CS3和SB2的微拉伸粘接强度分别下降39%和58%。此研究还发现酸蚀-冲洗粘接模式下主要发生粘接剂的水解和胶原的降解。单步自酸蚀粘接模式下，主要发生聚合物基质和/或界面填料和偶联剂的水解。

Zebic 等[25]选用2种通用型粘接剂，分别采用全酸蚀和自酸蚀两种方法，测得在模拟髓腔压力作用下6个月后的微拉伸粘接强度。Single Bond Universal通用型粘接剂中全酸蚀和自酸蚀组微拉伸粘接强度值分别下降59.7%和18.4%。Ipera Bond通用型粘接剂中全酸蚀和自酸蚀组微拉伸粘接强度值分别下降20.9%和5.4%。

以上实验结果除了证明髓腔压力对于粘接强度的影响外，也得出自酸蚀较全酸蚀表现出更好的长期稳定粘接效果。这是由于全酸蚀粘接剂脱矿能力强，可以完全去除玷污层并形成较厚的混合层，使得牙本质通透性大幅度增加。所使用的粘接剂聚合后对牙本质小管内渗出的液体封闭作用有限，聚合后的粘接剂仍持续吸附水分子，形成“半透膜”结构。同时全酸蚀粘接剂对MMPs的激活能力较自酸蚀粘接剂强，加快混合层底部未被粘接剂包裹的裸露胶原纤维降解。

4 牙本质的不同类型

4.1 浅层和深层牙本质

牙本质小管密度和髓腔压力的区域性差异是反映牙本质渗出液对粘接强度影响的主要因素之一。牙本质小管的数量和直径随着深度的增加而增加，而管间牙本质的面积由浅入深却逐渐减少[26]。粘接剂单体渗透到胶原纤维间形成混合层，混合层的质量反映了粘接剂受到牙本质渗出液影响的程度。Mohamed等[8]测得在髓腔压力作用下，深度为1 mm和2 mm的牙本质窝洞内，树脂突长度分别为27.8 μm和17.7 μm。该实验证明在髓腔压力作用下，深层牙本质的粘接比浅层牙本质更具挑战性。

4.2 正常和龋坏牙本质

研究表明，自酸蚀粘接剂(Panavia F2.0)在模拟髓腔压力作用下，测得龋坏牙本质较正常牙本质微拉伸粘接强度值降低了17.2%[27]。龋坏牙本质和正常牙本质具有不同的结构和成分特征。前者矿物质含量低、胶原纤维和非胶原纤维的基质形态发生改变、孔隙率增加，导致牙本质润湿度增加、机械性能下降。此外，在龋坏牙本质中各种酶表达和/或活化的比率更高，使得粘接剂的降解速度更快[28]。因此，在模拟髓腔压力作用下，无论使用何种粘接系统，龋坏牙本质的粘接强度和耐久性都低于正常牙本质。

5 减少牙本质渗出液对粘接强度的影响

5.1 粘接剂的选择及成分的优化

首先可通过选择不同的粘接剂以降低牙本质渗出液对牙本质粘接的影响。与全酸蚀粘接剂相比，自酸蚀粘接剂渗透更加均匀，对胶原纤维的保护更好[29]。另外可使用更兼容的光引发剂。樟脑醌是一种最常见的光引发剂。它具有疏水性导致亲水性单体的固化程度不理想[30]。此外，还建议使用其他光引发剂，如对二甲氨基苯甲酸乙酯和二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)-膦氧化物，提高亲水性粘接剂的固化程度。水相溶型光引发剂的加入促进了亲水和疏水单体的聚合，减少相分离的有害影响[31]。

5.2 硅酸钙的应用

有研究表明，牙本质酸蚀后涂布粘接剂之前使用硅酸钙可以降低牙本质的渗透性[32]。硅酸钙有助于磷灰石前体的形成，促进牙本质的矿化，同时可以保护胶原纤维。硅酸钙的水解反应产生2种主要成分：水合硅酸钙和氢氧化钙。当凝固硅酸钙与含磷酸盐的溶液接触时，水合硅酸盐会导致无定形磷酸钙沉积，并转化为碳酸磷灰石。氢氧化钙pH呈碱性，可使酶变性。硅酸钙使MMPs活性降低可能与其pH呈碱性有关。

5.3 局部麻醉药的应用

在牙体预备前使用含血管收缩剂的局部麻醉药，可以减少牙髓血流量，降低牙本质渗出液向粘接界面的渗出量，提高粘接剂-牙本质的粘接强度[33]。

5.4 疏水涂层的应用

疏水涂层的应用不仅增加粘接剂层的厚度，而且使其疏水特性也得到增强，进而降低牙本质渗出液在粘接剂界面的渗透性。此外还降低粘接剂中溶剂和未聚合单体的含量，有利于粘接剂具有更高的转化率和机械性能[34]。虽然在粘接过程中增加了额外的步骤，但疏水涂层的应用可显著提高粘接强度。

5.5 仿生再矿化

仿生再矿化是一种利用纳米技术原理模拟自然的生物再矿化策略。采用羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)微晶代替混合层中树脂单体不完全聚合区域中的水，这些微晶足够小，可占据胶原纤维内和胶原纤维间的区域。有研究表明，含HA填料的粘接剂可呈现出更高的粘接强度值。与含2%和5%的HA填料组相比，含7% HA填料组的牙本质粘接剂的微拉伸粘接强度更高[35]。

5.6 延长光照时间

延长光固化时间可提高粘接强度[36]。有研究表明，光固化时间超过40 s可提高粘接剂单体的转化率，形成孔隙更少、更均一的聚合物。并能降低粘接剂的渗透性和粘接界面的微渗漏。实际上，延续光固化时间可以改善粘接剂的物理化学性能(例如弹性模量、吸水率和溶解度)。

6 小 结

在目前的体外研究范畴内，可以得出结论，牙本质渗出液对牙本质粘接过程及远期耐久性产生不利影响，如粘接剂水解，混合层纤维水解，纳米渗漏以及粘接强度的降低。受损的粘接界面在相对低的应力作用下就会导致粘接失败。而鉴于已有的研究现状，为了减少牙本质渗出液的不利影响，应从牙本质粘接剂的选择及成分的优化、硅酸钙、局麻药、疏水涂层的应用，还有仿生再矿化和延长光固化时间等几个方面着手。这一问题的解决，将大大提升粘接修复的远期效果。