Er:YAG激光照射對牙科陶瓷材料粘接影響的研究進展

來源:國際口腔醫學雜志    關鍵詞:激光照射, 牙科陶瓷,    發布時間:2019-06-10

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作者:侯曄坡,南方醫科大學南方醫院口腔科;高杰,廣州醫科大學附屬口腔醫院牙體牙髓病科

 

目前,臨床上常用的陶瓷表面處理技術為氫氟酸刻蝕、噴砂、硅烷偶聯化等,一般認為2.5%~10%的氫氟酸酸蝕玻璃陶瓷0.5~3 min,可獲得最佳粘接強度,但氫氟酸對人體具有毒性和強腐蝕性,且當已粘固的口內陶瓷修復體斷裂需要重新粘接時,氫氟酸因其強腐蝕性無法用于口內粘接前處理。Er:YAG激光是一種新出現的口腔治療激光,由于其高效、安全的切割能力,眾多學者對該激光處理牙科陶瓷材料展開了一系列研究,本文對Er:YAG激光在牙科陶瓷材料粘接性能中的應用研究進展進行綜述。

 

1. Er:YAG激光作用于陶瓷材料表面處理的機制

 

Er:YAG(鉺、釔、鋁、石榴石)激光是一種水動力生物激光系統,波長為2.94 μm。相比其他激光,Er:YAG激光較為突出的特點為可對硬組織進行作用,照射時可精確控制對深層組織的熱穿透,影響范圍只限于幾微米的表面結構上,并不會造成被照射物體的熱損傷,也不會對被照射面造成裂隙或裂紋。目前,Er:YAG激光對牙體硬組織的作用已得到大部分學者的肯定,Soares等認為Er:YAG激光作用于牙本質后,在牙本質面形成彈坑、鱗片樣的不規則粗糙面,可增加牙本質與粘接劑間的接觸面積。

 

陶瓷材料與牙體組織結構不同,陶瓷缺乏與Er:YAG激光波長接近的羥磷灰石,大部分陶瓷由基質、晶粒或者氧化鋯顆粒組成。激光照射時,通過機器自帶的噴水裝置在陶瓷表面形成一層水膜,當激光達到一定能量時,瞬間高溫或壓強作用破壞局部陶瓷晶體及基質,可在瓷表面形成分散的凹坑,改變陶瓷的機械固位,影響陶瓷修復體與粘接劑及牙體組織的物理粘接形式,進而影響修復體的粘接效果。

 

2. Er:YAG激光對陶瓷材料修復時粘接性能的影響

 

目前,粘接性能的評價指標主要包括牙體組織與修復體的粘接強度和界面密合性。粘接強度常測試拉伸或剪切強度,界面密合性常以微滲漏深度來代表。Er:YAG激光照射后陶瓷表面結構是否得到有效改變,以及這種改變是否能影響修復體的粘接性能,目前還存在爭議。

 

2.1 微觀結構

 

Er:YAG激光照射后,陶瓷表面微觀結構的改變是影響粘接性能改變的基礎,而激光刻蝕不引起陶瓷本身結構的破壞,是其提高粘接性能的前提。Arami等通過比較不同激光對Y-TZP陶瓷表面粗糙度的影響發現,Nd:YAG、CO2激光雖然可以增大表面粗糙度,但可在處理表面形成許多微裂紋,而Er:YAG激光在增加陶瓷表面粗糙度時并不會損害陶瓷表面結構。其原因可能是Nd:YAG和CO2激光作用時陶瓷表面溫度升高過大,短時間內的溫差變化加劇了被照物體表面的熱溶解,激光照射完成后陶瓷表面瞬間降溫,從而導致晶相不規則凝固,致使表面出現裂隙等結構,而Er:YAG激光照射時的可調節水氣比可防止陶瓷表面溫度過度升高,進而保護陶瓷表面結構不受破壞。

 

daFerreira等通過三維成像發現,不同脈寬的Er:YAG激光對Y-TZP陶瓷表面均有粗化作用,其中600 μs脈寬處理后,可在陶瓷表面形成與化學硅涂層類似的臺階高度,在只有少量的表面體積丟失的同時,還可形成有效的粗糙度。這些研究結果均表明,Er:YAG激光照射不會影響陶瓷本身結構,照射后形成的表面粗糙結構為后續粘接效果的改善提供了基礎。然而部分學者在實驗中得出相反的結論。

 

Kara等認為,Er:YAG激光照射后可在陶瓷表面形成貝殼狀或眼淚狀的凸起結構,這種結構雖然可以增強陶瓷與樹脂間的機械固位,但是激光溫度冷熱交替的變化會導致材料內部結構的破壞,從而降低粘接強度。Kara等通過觀察不同表面處理對二硅酸鋰玻璃陶瓷IPS Empress 2表面粗糙度的影響,發現與傳統的氫氟酸刻蝕相比,Er:YAG激光并不能增加陶瓷表面粗糙度。Erdur等通過原子力學顯微鏡測量同樣發現,Er:YAG激光照射并不能增加玻璃陶瓷表面的粗糙度。陶瓷結構及激光參數可影響表面微觀結構的改變,不同學者在研究時使用陶瓷種類及激光參數不盡相同,所以可能導致形成不同的微觀結構。

 

在判斷某種激光是否能對陶瓷表面結構進行有效刻蝕時,需研究激光不同參數的刻蝕效果,參數值過大或過小會導致陶瓷表面固位力減弱或無法提供固位結構。筆者所在課題組通過不同脈沖能量的Er:YAG激光照射對可切削陶瓷表面微觀結構影響的前期實驗發現,對于IPS e.max CAD陶瓷,100和200 mJ Er:YAG激光照射僅提供少量長柱狀的凸起固位;當脈沖增加至300或400 mJ時,陶瓷表面形成大量均勻的凸起固位;當脈沖超過500 mJ時,陶瓷表面可形成小裂紋。對于VitaEnamic陶瓷,由于所含樹脂成分多,當脈沖能量僅為100 mJ時也可出現表面破壞征象。因此,當在臨床上使用激光時,為獲得最佳效果,需根據不同陶瓷成分及組成選擇最適宜的參數。

 

2.2 粘接強度

 

粘接強度是評價修復體粘接性能的主要指標,也是目前學者對粘接性能研究最多的內容。有研究結果表明,單獨使用Er:YAG激光處理不同組成成分的陶瓷的表面,便可獲得比傳統方法高的粘接強度,可作為一種臨床上陶瓷的表面處理方法。G?k?e等通過比較不同脈沖能量的Er:YAG激光照射對Empress 2陶瓷的粘接效果發現,當脈沖為300 mJ時,陶瓷間的粘接強度高于氫氟酸刻蝕。此結論與Aksakalli等的研究結果一致。對于使用不同燒結時間制作的氧化鋯陶瓷,Dede等認為Er:YAG激光照射均可增加粘接強度。

 

Akin等同樣認為激光照射可作為氧化鋯陶瓷粘接時有效的表面處理方式。對于Y-TZP陶瓷,Akin等也有同樣的發現。當口內有陶瓷修復體而需要進行正畸托槽粘接時,因為強腐蝕性不建議將氫氟酸用于口內粘接,其他傳統方法粘接強度低,而若使用Er:YAG激光預處理的方法,可大大提高修復體與托槽間的粘接強度。Yassaei等發現,玻璃陶瓷使用Er:YAG激光照射后可增加其與正畸托槽的粘接強度,1.6 W的Er:YAG激光處理可作為替代氫氟酸刻蝕的表面處理方法。也有部分學者認為,單純Er:YAG激光不能獲得理想的粘接強度,需要多種表面處理方式聯合使用,以滿足臨床上的粘接要求。

 

Dilber等發現,單獨Er:YAG激光作用于長石質陶瓷Vita VM 9時,表面粗糙度無明顯改變,但Er:YAG激光聯合噴砂處理可獲得最大表面粗糙度。單純使用噴砂易造成玻璃陶瓷表面結構大量喪失,且噴砂后的表面多形成尖銳的不均勻圓孔狀凸起。Er:YAG激光照射后,陶瓷表面的凸起結構相對平滑,可彌補噴砂后的不規則微觀結構。Yavuz等同樣認為,單純使用Er:YAG激光并不能增加IPS Empress2和Vita VM 9這2種玻璃陶瓷的粘接強度,但若在氧化鋁噴砂后使用Er:YAG激光,可獲得最佳粘接強度,可作為粘接前的一種表面處理方式。然而,部分學者認為,Er:YAG激光雖然可改變陶瓷表面微觀結構,但是這種改變并不能為陶瓷提供機械固位力,Er:YAG激光仍不能增加陶瓷材料的粘接強度。

 

部分學者發現,對于長石質玻璃陶瓷,氫氟酸刻蝕、硅烷化及噴砂仍然是最理想的表面處理方式,Er:YAG激光照射并不能提高其粘接強度,即使是Er:YAG激光聯合氫氟酸刻蝕,其粘接強度仍然低于單純使用氫氟酸刻蝕,從而認為激光不能作為該陶瓷常用的表面處理方法。Yavuz等的實驗結果顯示,無論是二硅酸鋰玻璃陶瓷還是氧化鋯滲透玻璃陶瓷,Er:YAG激光均不會增加其粘接強度。該實驗結果與部分學者的研究結果相差較大,可能是由于所選激光的脈沖、功率、波長及照射時間等參數不同。

 

2.3 界面密合性

 

目前,學者對于激光照射后陶瓷的粘接性能的研究多限于粘接強度方面,而對界面密合性研究較少。界面密合性是影響修復體長期效果的重要因素,微滲漏的存在可使液體及細菌等滲入修復體與牙體粘接界面,增加了繼發齲及術后敏感的發生率。學者們從不同的角度研究提高界面密合性的方法,其中激光的使用得到了部分學者的肯定。Akin等通過實驗發現,Er:YAG激光照射后的微滲漏等級降低,認為Er:YAG激光可減小Y-TZP陶瓷與牙本質粘接后的微滲漏深度,從而提高界面密合性。

 

閆凱旋也通過實驗發現,合適參數的Er:YAG激光可降低玻璃陶瓷與牙本質間的微滲漏,與氫氟酸處理的效果無明顯差異。均勻的微機械嵌鎖結構是提高陶瓷修復體界面密合性的前提,Er:YAG激光可通過對參數的控制達到理想的表面形貌,這為臨床上Er:YAG激光的運用提供了理論依據。

 

3. Er:YAG激光去除陶瓷修復體或陶瓷托槽的優勢

 

傳統的托槽去除方法為火燒及噴砂,但均存在粘接劑去除不完全、降低托槽二次粘接強度等問題,且火燒法大大影響托槽美觀性,而傳統的車針法去除陶瓷修復體將影響修復體二次使用,甚至傷及天然牙。Er:YAG激光的出現為臨床上解決這類問題提供了較好的選擇。Rechmann等、Iseri等、Yassaei等通過研究發現,Er:YAG激光在去除陶瓷全冠或貼面時,不會破壞全冠及牙本質,激光僅作用于修復體與粘接的接觸面,而不會作用于粘接劑與牙體接觸面。使用激光去除修復體時,需根據修復體種類及厚度確定激光參數,如去除相同厚度的氧化鋯修復體,其Er:YAG激光能量參數應大于玻璃陶瓷,因為氧化鋯陶瓷散射系數更大,穿過瓷層需要更多能量。

 

Han等認為,Er:YAG激光在不損害陶瓷托槽表面結構的情況下,可以有效去除托槽表面的粘接劑,是一種可靠的陶瓷托槽循環利用的處理方法。這一觀點在Tozlu等的實驗中同樣得到證實。Tak等通過運用5種不同的粘接劑將托槽粘接于牙面,發現Er:YAG激光均能有效去除其粘接力。當Er:YAG激光照射時間合適時,牙體組織的溫度變化均在可接受范圍內,不會對牙體組織造成損害;在有水冷卻的情況下,激光照射致牙髓腔溫度增加不超過牙髓腔正常情況下可承受的溫度變化范圍。Er:YAG激光可用于去除陶瓷修復體或托槽,其機制可能為:Er:YAG激光通過自身系統將吸收的水分轉變成動能作用于粘接劑,粘接劑受力后溶解摧毀。

 

通過對激光參數的調節,可控制其作用力的大小,使該力作用于粘接劑而對牙體組織無破壞作用,雖然在能量轉換過程中可形成部分熱能,但是整個激光照射過程均有水霧冷卻,可防止牙體組織溫度過度升高。與傳統方法相比,Er:YAG激光對陶瓷修復體或托槽二次使用時的美觀性能大有改善,但是若陶瓷較薄,單位面積內吸收激光照射的能量值變大,透明度將降低,影響美觀。Ural等認為,當Er:YAG激光密度為400 mW·cm-2時,可降低陶瓷表面1.5 mm的半透光性。臨床上若是使用Er:YAG激光去除陶瓷修復體或托槽,在設定參數時,不僅要考慮去除粘接力的影響,還要考慮該參數對二次使用時美觀性能的影響。

 

4. 展望

 

Er:YAG激光在陶瓷材料粘接前的預處理或去除陶瓷材料方面均有一定效果,關鍵在于選擇合適的參數。若參數選擇合適,不僅能提高粘接強度、界面密合性,增強修復體的遠期效果,還能不影響其透明度,獲得最佳美學效果。但是針對臨床上常用的陶瓷種類,目前尚未有統一的參數選擇標準,且目前對于Er:YAG激光的研究僅限于體外研究,尚未見有關臨床研究的報道。筆者認為在確定參數后,可從臨床出發,對Er:YAG激光作用于陶瓷材料的粘接效果做病例追蹤報告或臨床試驗。

 

來源:侯曄坡,高杰.Er:YAG激光照射對牙科陶瓷材料粘接影響的研究進展[J].國際口腔醫學雜志,2019,46(01):68-72.

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