前言
自從1965年Newman首次將環(huán)氧樹脂粘接技術用于粘接正畸附件以來[1]，因其方便、高效而得以迅速普及并被廣泛引入口腔正畸固定矯治技術中。正畸粘接劑也隨之快速發(fā)展起來，目前已有多種成分、多種固化方式的正畸粘接劑供臨床醫(yī)師選擇使用。但是在固定正畸矯治過程中，由于矯治周期長，以及托槽、鋼絲、結(jié)扎絲及其他正畸附件的影響，造成牙齒，特別是托槽周圍牙面不易清潔。所以在接受正畸治療的病人中普遍存在著一種因口腔衛(wèi)生不良而造成的牙釉質(zhì)脫礦表現(xiàn)—釉白斑，嚴重者還可發(fā)展成早期釉質(zhì)齲。因此，如何預防矯治過程中的釉質(zhì)脫礦一直是當代正畸臨床醫(yī)生十分關注并正致力于研究攻克的熱門問題之一。隨著氟化物防齲研究的進展，其防齲機理基本闡明，防齲的效果也得到了公認。因此，近二十年來國外正畸學者嘗試了諸如使用氟化泡沫、局部涂氟、應用氟保護漆等多種將氟離子應用于正畸矯正過程中的方法以預防釉質(zhì)脫礦。雖然這些方法都被證明能不同程度地減少正畸矯治過程中的釉質(zhì)脫礦，但是也都存在著增加椅旁操作時間、患者依從性差等不利因素，因此未能廣泛推廣和應用。鑒于釉質(zhì)脫礦嚴重的區(qū)域主要表現(xiàn)于被粘接托槽的周邊，與粘接范圍及技術密切相關。如果能在粘接劑中加入可以長期緩釋出氟離子的氟化物，以達到預防托槽粘接區(qū)周邊釉質(zhì)脫礦的效果，無疑是一種簡便而有效的方法。1983年，Rawls 和 Zimmerman首次成功研制出一種具有較穩(wěn)定氟離子緩釋性能的牙體修復用復合樹脂[2]，并證明其具有預防修復體周圍牙釉質(zhì)脫礦的作用[3]。隨后，Sansing、 Rawls、Shaye 等[4]將這種復合樹脂與一般正畸粘接劑進行了粘接強度的比較研究，結(jié)果沒有顯著差異。從此，研制開發(fā)具有氟緩釋能力的正畸粘接劑（Fluoride Releasing Adhesive, FRA）開始成為正畸醫(yī)師和口腔材料制造商共同關心的問題。1989年，Underwood, Rawls 等[5]首次公開發(fā)表論文，對FRA在正畸臨床應用中減少釉質(zhì)脫礦的實際效果進行了評價，結(jié)果表明FRA能有效減少托槽周圍釉質(zhì)脫礦。至今，國外已研制開發(fā)出數(shù)種擁有注冊商標的FRA，如VP862、Rely-a-bond、Sequence、Light Bond、FluoEver OBA等，并且已將它們試用于正畸臨床。國外目前關于FRA的研究仍主要集中在FRA的粘接強度、FRA緩釋氟離子的性能以及預防釉質(zhì)脫礦的效果幾個方面。隨著這些研究的深入及臨床上的試用，目前認為FRA粘接強度較高，氟離子釋放較適量、穩(wěn)定，可以在一定程度上預防和減少釉質(zhì)脫礦。而且因為FRA使用方便，不需額外占用椅旁操作時間，也不需要患者的配合等原因，其作為一種有效的防齲正畸粘接劑正越來越受到正畸醫(yī)生和患者的歡迎。
近二十年來，固定矯治器技術已成為我國正畸治療的主流技術方法。雖然我國目前已有國產(chǎn)的性能穩(wěn)定的普通口腔正畸粘接材料應用于正畸臨床，但是尚未見到關于FRA的研制開發(fā)報道，而國外進口此類材料價格昂貴，我國患者難以承受。為此我們與四川大學化學學院經(jīng)過近三年的合作研究，在系統(tǒng)地查閱國內(nèi)外文獻的基礎上，兩年多來共進行了數(shù)百次高分子化合物合成及檢驗實驗，終于聯(lián)合研制開發(fā)出了一種FRA，暫命名為Fluo-HX.。目前，我們已初步探索出Fluo-HX中擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的有機氟源成分的實驗室合成途徑，初步完成Fluo-HX 配方的篩選以及建立了一套簡便有效的測試方法，為今后該項目的進一步深入研究及市場化打下了堅實的基礎。
二、現(xiàn)階段Fluo-HX 的組成及配方
Fluo-HX 粘接劑由酸蝕劑、釉質(zhì)涂劑和氟緩釋粘接劑組成。其中酸蝕劑采用37%的磷酸配制而成；釉質(zhì)涂劑由改性甲基丙烯酸酯、4-甲基丙烯酰氧乙基偏苯三酸酯（4-META）粘接性偶聯(lián)劑、活性稀釋劑和引發(fā)劑配制成A、B兩組分的液劑；氟緩釋粘接劑由PMMA樹脂、MMA樹脂、4-甲基丙烯酰氧乙基偏苯三酸酯（4-META）粘接性偶聯(lián)劑、硅烷化二氧化硅、高分子離子締合型含氟配合物（有機氟源）、活性稀釋劑、促進劑和引發(fā)劑配制成A、B兩組分的粉液劑型。
三、今后的研究方向
1、劑型方面：從臨床反饋回來的信息顯示：操作方便、粘接力強的非調(diào)和單糊劑型正畸粘接劑將成為正畸醫(yī)師的首選。因此，我們研制的Fluo-HX 也必須順應這個趨勢，將劑型改為非調(diào)和單糊劑型，這將是我們下一步工作的重點。
2、氟源方面：我們還將進一步延長對Fluo-HX 釋放氟離子時間的考察，在現(xiàn)有基礎上進一步改進有機氟源。
3、理化性能及生物適應性：當各方面工作都已基本完成后，我們將按照國家《牙科學牙釉質(zhì)粘合樹脂》行業(yè)標準YY 0269-1995的要求對Fluo-HX 進行各項理化性能及生物適應性測試。達到標準后，我們將對Fluo-HX的粘接性能及防止釉質(zhì)脫礦性能進行臨床在體實驗。
4、產(chǎn)品開發(fā)：全部性能合格后，我們將把Fluo-HX中的關鍵成分—有機氟源申請專利，并尋找合作企業(yè)，以技術入股的形式將Fluo-HX 正式推向市場。
參考文獻
1.Graber TM, Vanardall RL. Orthodontics-Current Principles and Techniques.St.louis: Mosby, 1994
2.Rawls HR, Zimmerman BF. Fluoride-exchanging resins for caries protection. Caries Res, 1983,17:32-43
3.Benton JB, Zimmerman BF, Rawls HR, Turpin-Mair JS. Enamel fluoride uptake from an experimental anion exchanging resin [Abstract 919]. J Dent Res, 1983,62:271
4.Sansing WJ, Rawls HR, Shaye R. Evaluation of a caries-protective resin for orthodontic direct bonding [unpublished]. New Orleans: Louisiana State University School of Dentistry, 1983
5.Underwood ML, Rawls HR. Clinical evaluation of fluoride-exchanging resin as an Orthodontic adhesive. Am J Orthod Dentofac Orthop, 1989,96:93
第一部分 Fluo-HX與一般正畸粘接劑粘接性能的比較研究
前言
作為一種正畸粘接劑，樹脂型氟離子緩釋正畸粘接劑最基本的要求首先是粘接強度應能夠滿足臨床的需要。而粘接性能的研究主要集中在測試材料的粘接抗張強度（Tensile Bond Strength, TBS）和粘接抗剪強度（Shear Bond Strength, SBS）。本研究采用我們研制的樹脂型氟離子緩釋正畸粘接劑Fluo-HX和目前我科臨床常用的兩種正畸粘接劑，在模擬臨床應用的離體實驗條件下，比較了三種粘接劑在牛牙釉質(zhì)和金屬托槽之間的粘接抗張強度和粘接抗剪強度，以了解：①、Fluo-HX與目前臨床常用的正畸粘接劑之間粘接強度有無明顯差異，粘接強度是否能夠滿足臨床的需要；②、隨著Fluo-HX中氟離子的緩慢釋放，F(xiàn)luo-HX的粘接強度是否會受到影響。
一、材料和方法
1.1 材料
1.1.1粘接劑 實驗用的三種正畸粘接劑見表1。
表1 實驗用的3種正畸粘接劑 粘接劑固化方式研制單位Fluo-HX調(diào)和四川大學口腔醫(yī)學院、化學學院化學固化京津調(diào)和天津合成材料研究所化學固化TF非調(diào)和原華西醫(yī)大口腔材料研究室化學固化 1.1.2 離體牛牙 選取無齲的離體牛上中切牙，用水砂紙打磨唇面以制備出平滑的牙釉質(zhì)粘接面，蒸餾水清洗吹干后用37%磷酸酸蝕牙面1min，再用蒸餾水清洗吹干備用。
1.1.3 托槽 選取清潔、干燥的標準方絲弓上中切牙托槽（杭州新亞公司），托槽底面為槽溝固位型。事先栓結(jié)不銹鋼絲以便加力測試。
1.1.4 主要實驗儀器LJ500型拉力試驗機（吳忠微型試驗機廠生產(chǎn)）。
1.2 方法
1.2.1 實驗分組 每種粘接劑隨機粘接50個試件，完成粘接后分為5組，每組試件10個，分別放入37℃，相對濕度100%rh環(huán)境中5min, 37℃水中1h，24h，1月和3月，取出測試TBS和SBS，各測5個。
1.2.2 粘接抗張強度的測試 在溫度22±2℃，相對濕度55±5%rh環(huán)境中，分別按每種粘接劑的使用說明完成粘接，按實驗條件分組。最后在常溫環(huán)境條件下[1]，用LJ500型拉力試驗機以10mm/min的拉伸速度對粘接試件持續(xù)施加拉力，記錄試件破壞時的最大拉力。根據(jù)托槽的底面積和破壞拉力，計算粘接抗張強度, 單位Mpa。
1.2.3 粘接抗剪強度的測試 取材、粘接、分組、環(huán)境條件等均與1.2.2步驟相同。測試時以10mm/min的拉伸速度對粘接試件持續(xù)施加剪切力。根據(jù)托槽的底面積和破壞剪切力，計算粘接抗剪強度, 單位Mpa。
1.2.4 統(tǒng)計方法 用SPSS 8.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學處理，先用單因素方差分析比較總體均數(shù)，再用q檢驗作兩兩比較，α取0.05。
二、結(jié) 果
2.1 三種粘接劑的TBS測試結(jié)果見表2： 在粘接完成5分鐘時，TF粘接劑粘接抗張強度顯著低于Fluo-HX和京津粘接劑（P<0.05），后兩者之間沒有統(tǒng)計學差異(P>0.05)；粘接完成1小時、24小時、1月、3月時，三種粘接劑之間粘接抗張強度沒有統(tǒng)計學差異(P>0.05)。 2.2 三種粘接劑的SBS測試結(jié)果見表3: 在粘接完成5分鐘時，TF粘接劑粘接抗剪強度顯著低于Fluo-HX和京津粘接劑（P<0.05），后兩者之間沒有統(tǒng)計學差異(P>0.05)；粘接完成1小時、24小時、1月、3月時，三種粘接劑之間粘接抗剪強度沒有統(tǒng)計學差異(P>0.05)。
表二 三種粘接劑的TBS（Mpa） 粘接劑 浸水時間 5min (均數(shù)±標準差)1h (均數(shù)±標準差)24h (均數(shù)±標準差)1月 (均數(shù)±標準差)3月 (均數(shù)±標準差)Fluo-HX（n=5）5.06±0.505.89±0.897.62±0.647.66±0.707.62±0.63京津 (n=5)5.41±0.456.44±0.847.54±0.597.73±0.817.64±0.82TF (n=5)3.03±0.325.97±0.457.26±0.627.63±0.668.39±0.58F45.0982.2540.4840.0252.044PP<0.05P>0.05P>0.05P>0.05P>0.05 表三 三種粘接劑的SBS（Mpa） 粘接劑 浸水時間 5min (均數(shù)±標準差)1h (均數(shù)±標準差)24h (均數(shù)±標準差)1月 (均數(shù)±標準差)3月 (均數(shù)±標準差)Fluo-HX（n=5）13.23±1.3014.28±1.1315.71±2.4015.85±2.3616.38±1.72京津 (n=5)13.73±1.7214.64±1.6615.06±1.8715.21±1.4314.95±1.65TF (n=5)10.17±1.5213.36±1.1715.21±2.0716.15±1.8616.08±1.32F4.9551.1840.1130.4721.139PP<0.05P>0.05P>0.05P>0.05P>0.05 三、討論
在口腔正畸固定矯治技術中，正畸托槽是將矯治力傳遞至牙齒，使其產(chǎn)生正畸醫(yī)師所期望的牙移動的關鍵傳力裝置。因此，托槽粘接是否牢靠在很大程度上影響到正畸治療的最終結(jié)果。在長時間的正畸矯治過程中，粘接的托槽將受到正畸矯治力和口腔咀嚼力的作用。從力學角度分析，對牙釉質(zhì)—托槽粘接界面的拉應力主要由正畸矯治弓絲等彈性元件的水平向形變產(chǎn)生，而對牙釉質(zhì)—托槽粘接界面的剪切應力則由咀嚼力和正畸牽引及弓絲垂直向形變共同產(chǎn)生。一種能滿足臨床需要的正畸粘接劑應該同時達到一定指標的粘接抗張強度和粘接抗剪強度的要求，才能保證正畸托槽的粘接穩(wěn)定牢固。那么在離體實驗的條件下，正畸粘接劑究竟應達到多大的粘接抗張和抗剪強度才能夠滿足臨床需要呢？研究表明[2，3、4]，人的咀嚼力傳遞到托槽上平均為44~118N，而最大的正畸矯治力不超過15N。通過壓強計算公式P=F/S分析換算，其中P為壓強（即粘接抗張強度和粘接抗剪強度），F(xiàn)為拉力或剪切力，S為托槽底面積，同時考慮到不同正畸托槽、附件的粘接面積，以及矯治結(jié)束后易于去除等因素，經(jīng)計算可以得出，一般情況下（無嚴重深復合、反合及鎖合，出現(xiàn)這些情況時往往需要輔以咬合板方可粘接），正畸托槽所需的最大粘接抗張強度一般為6~8Mpa，最大粘接抗剪強度為14~16 Mpa。
從表2、表3的結(jié)果可以看出，F(xiàn)luo-HX和京津粘接劑在粘接完成5分鐘時，粘接抗張強度和粘接抗剪強度就足以達到臨床要求，此后仍有少量上升，24小時后達到穩(wěn)定值且長期保持。而TF粘接劑在粘接完成5分鐘時，粘接抗張強度和粘接抗剪強度都低于Fluo-HX和京津粘接劑，但是也能夠滿足一般情況下的正畸粘接強度要求。1小時后TF粘接劑粘接強度顯著上升，與Fluo-HX和京津粘接劑無明顯差異，24小時以后達到穩(wěn)定值且長期保持。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因與不同粘接劑的固化特性有關。TF粘接劑屬于非調(diào)和型粘接劑，引發(fā)劑一般位于液劑中，所以其固化反應的完全程度依賴于糊液接觸后兩者的充分擴散和滲透，這一過程較之調(diào)和型粘接劑相對較長，Yamada[3]等對Right-On,Lee Cleanse & BondⅡ等非調(diào)和型粘接劑的研究也證明了這一點。Fluo-HX和京津粘接劑均屬于調(diào)和型化學固化粘接劑，它們的兩組分在粘接前已得到充分混合，在口腔環(huán)境中很快完全固化，從而迅速達到較高的強度。這也提示我們在臨床上使用非調(diào)和型粘接劑時，糊劑層應薄勻，使糊液接觸后能充分擴散和滲透，以利于粘接劑迅速固化。同時在粘接最初完成時，因其粘接強度較低，故加力應適當，避免托槽脫落。
目前有關牙釉質(zhì)的粘接理論認為[5]，牙釉質(zhì)粘接的三種方式為：機械嵌合、物理吸附和化學結(jié)合。機械嵌合是目前能達到的對牙釉質(zhì)粘接的主要作用方式，但不是最佳方式，而最理想的結(jié)合方式應是粘接劑與牙釉質(zhì)形成穩(wěn)固的化學鍵，即產(chǎn)生化學性結(jié)合。但是這種結(jié)合要求粘接劑分子中含有能與羥基磷灰石反應形成穩(wěn)定化學鍵的基團或原子，且粘接劑能在牙面充分浸潤鋪展并與羥基磷灰石分子達到足夠近的距離[以埃（Ao）為單位]，兩者分子中的原子間才會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移或異性電荷吸引而形成化學鍵。因此到目前為止，還沒有一種釉質(zhì)粘接劑能產(chǎn)生這種化學性的結(jié)合。在我們目前采用的Fluo-HX釉質(zhì)涂劑和粘接劑中，均含有4-甲基丙烯酰氧乙基偏苯三酸酯（4-META）這一成分，它的加入可望對牙釉質(zhì)和正畸托槽的粘接起到重要的作用。首先，在與牙釉質(zhì)粘接時，含4-META的釉質(zhì)涂劑能浸入酸蝕過的釉質(zhì)表層內(nèi)部深處而固化，且在釉質(zhì)中固化樹脂的尾部呈開放狀，從而能進一步發(fā)揮機械嵌合的作用。同時4-META單體的偏苯三酸酐功能基團的極性不僅能與牙釉質(zhì)中的羥基磷灰石產(chǎn)生定向的分子間結(jié)合力形成氫鍵，從而增加與牙釉質(zhì)之間的粘接力，而且還能與金屬表面的氧化膜產(chǎn)生定向配位鍵的分子間結(jié)合力形成氫鍵，從而增強托槽與牙釉質(zhì)的粘接.這種氫鍵之間的作用力屬于一種物理性吸附,可以增強粘接劑對釉質(zhì)的粘接力。因此有研究表明，隨著牙釉質(zhì)粘接劑中4-META含量的增加，粘接劑對牙釉質(zhì)的粘接強度也隨之增加[6]。
Fluo-HX作為一種能夠緩慢釋放氟離子的樹脂型粘接劑，氟離子的釋放會不會影響到粘接劑的機械強度從而降低粘接強度呢？從表2和表3的結(jié)果我們可以看出，F(xiàn)luo-HX的粘接強度在粘接完成5分鐘后就達到較高強度。24小時后達到穩(wěn)定值，此后在為期3個月的實驗時間內(nèi)保持穩(wěn)定。由此可以看出，至少在三個月的時間內(nèi)，F(xiàn)luo-HX的粘接強度沒有由于氟離子的釋放而降低，也就是說，氟離子的釋放對于Fluo-HX的粘接強度沒有影響。這與Ella[7] 等的研究結(jié)果相同。從理論上分析，我們在Fluo-HX中采用的有機氟源為高分子離子締合型含氟配合物（具體組成及結(jié)構(gòu)式見論文二），這種化合物一方面具有可以參與聚合的不飽和雙鍵，從而能與粘接劑中的PMMA樹脂、MMA樹脂、4-META等發(fā)生共聚結(jié)合，形成網(wǎng)狀聚合物；另一方面它還以離子締合型配合物的形式在側(cè)鏈上結(jié)合了一種含氟離子的配位化合物，而后者可在水溶液或唾液中逐步離解出氟離子，從而發(fā)揮氟離子緩釋的作用。這種以離子締合型配合物的形式結(jié)合的含氟離子的配位化合物并不參與樹脂單體的聚合，且由于配位化合物的相對穩(wěn)定性，也不會與聚合物中的其他成分發(fā)生化學結(jié)合，處于一種相對“自由”的狀態(tài)。當Fluo-HX固化后處于水溶液或唾液環(huán)境中時，其中的氟離子逐步離解從而釋放出來（具體釋放原理見論文二）。因此氟離子的釋放對于聚合物的機械性能不會產(chǎn)生不利的影響，從而對Fluo-HX的粘接強度也沒有不利的影響。當然，由于時間關系，我們對粘接強度的考察只進行了3個月，氟離子的釋放量較少(見論文二)，隨著氟離子的進一步釋放，F(xiàn)luo-HX的粘接強度會不會發(fā)生變化，我們將在今后的長期實驗中繼續(xù)觀察。
四、結(jié)論
1、在模擬臨床應用的離體實驗條件下，F(xiàn)luo-HX與京津釉質(zhì)粘接劑在為期共3個月的各個檢測時點上，其粘接抗張強度和粘接抗剪強度均無顯著差異；Fluo-HX在粘接完成初始階段其粘接抗張強度和粘接抗剪強度顯著高于TF粘接劑，1小時后，與TF粘接劑之間無顯著差異。因此可以認為，F(xiàn)luo-HX與目前臨床上使用的國產(chǎn)正畸粘接劑（包括調(diào)和型或非調(diào)和型）之間，粘接強度沒有差異，F(xiàn)luo-HX可以達到臨床使用的粘接強度要求。
2、在3個月的時間內(nèi)，F(xiàn)luo-HX中氟離子的釋放沒有對Fluo-HX的粘接強度產(chǎn)生不利的影響。
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