纤维桩表面处理技术的研究进展

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.25.024

摘要/Abstract

摘要：

背景：如何提高纤维桩-树脂有效连接强度以降低修复失败率成为目前研究的重点。未经特殊表面处理的纤维桩表面黏结强度低，较易出现纯粘接失败，因此对纤维桩表面进行处理以增加纤维桩-树脂黏结强度是修复成功的关键环节。
目的：综述在牙冠修复中对纤维桩表面进行处理的相关技术的研究进展。
方法：应用计算机检索2003至2013年中国知网词及PubMed数据库，中文检索词为“纤维桩，表面处理，粘结强度”，英文检索词为“fiber-reinforced post，surface treatment，bond strength”，并且利用主题词补充扩展，限定文献语言为英语及中文。广泛查阅近年来有关纤维桩表面的文献，纳入32条符合要求文献进行总结与分析。
结果与结论：纤维桩与树脂之间黏结失效是纤维桩修复技术面临的主要难题，近年来学者尝试对纤维桩表面应用多种方法进行处理，使得纤维桩-树脂黏结强度得到明显提高。对纤维桩表面进行机械或(和)化学处理可以明显提高纤维桩-树脂黏结强度，从而可能提高牙冠修复成功率，其中以H2O2+硅烷偶联剂处理的效果最为突出，但这些处理方法在实际应用中的远期效果还需要在临床实践中进行长期观察。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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关键词: 生物材料, 口腔生物材料, 纤维桩, 表面处理, 黏结强度, 喷砂法, 机械处理, 化学腐蚀, 硅烷偶联剂, 牙冠修复

Abstract:

BACKGROUND: How to improve effective connection strength between fiber post and resin, to reduce the failure rate of repairing, has become the focus of current researches. Without surface treatment, the fiber post surface bonding strength is relatively low, is prone to appear adhesive failure, so the surface treatment of fiber post to increase the fiber post-resin bonding strength is the key to achieve a successful repair.
OBJECTIVE: To review the progress of fiber post surface treatment technology in the crown restoration.
METHODS: A computer-based retrieval was performed among CNKI and PubMed databases between 2003 and 2013, by using the key words of fiber-reinforced post, surface treatment, bond strength in English and Chinese. The recent literatures concerned with the fiber post surface treatment were extensively reviewed, 32 ones were summarized and analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: The failure of bonding between fiber post and resin is a major problem in fiber posts restoration techniques. In recent years, scholars try to use a variety of methods for processing fiber post surface, the fiber post-resin bonding strength is significantly improved. Mechanical or (and) chemical treatment on the surface of fiber post can significantly improve fiber post-resin bonding strength, which could increase the success rate of the crown restoration. Among them, H2O2+silicane coupling agent achieved the best effects. However, long-term clinical observations are needed to verify these methods.

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Key words: biocompatible materials, dental materials, metalloids, dental bonding

中图分类号:

R318

董毅，邓久鹏，王树军，陈艳青. 纤维桩表面处理技术的研究进展[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(25): 4073-7077.

Dong Yi, Deng Jiu-peng, Wang Shu-jun, Chen Yan-qing. Advance in fiber post surface treatment technology[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(25): 4073-7077.

图/表（结果） 1

2.1 纤维桩表面的粗糙化纤维桩的最大优点是其弹性模量与牙质接近，因而能够有效降低应力集中导致的根折的发生率。但是由于桩脱离导致的修复失败却时有发生，其主要原因是纤维桩表面的环氧树脂基质和甲基丙烯酸基树脂复合材料间化学结合力较弱。

环氧树脂是一种惰性材料，它有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性，化学性质较为稳定，具有高转化率及高度交联结构等特点。纤维桩和树脂之间的连接涉及化学作用和机械作用，而未经特殊表面处理的纤维桩表面结构致密，相对平滑，化学活性低，结合能力差，纤维桩表面和树脂树脂的化学结合能力和机械内锁作用较弱，界面上的粘接强度低，所以未经处理的单纯粘接容易失败^[10]。为了加强树脂与纤维桩之间的黏结强度，不少学者提出在修复时对纤维桩表面进行适度处理^[11-15]。在修复时对纤维桩表面进行化学或机械处理可以使纤维桩表面粗糙化，进而增加二者之间微观物理交锁结构、提高纤维桩表面的粗糙程度或使纤维桩表面活性化以增强其化学连接强度，显著提高修复成功率^{[9, 16-19]}。目前对纤维桩表面粗糙化处理方法主要有机械处理、化学腐蚀两种方式。

2.1.1 机械处理对纤维桩表面的机械处理方法有打磨法和喷砂法。王琳等^[20]用1 000目细砂纸打磨处理纤维桩表面，用酸蚀凝胶加自粘接材料对纤维桩进行粘接，与纤维桩表面不进行任何处理的对照组比，砂纸打磨可以提高纤维桩在根管内的黏结强度。

相较于打磨法，目前喷砂法更为常见，这一方法在过去已广泛用于增强金属桩与树脂之间的黏结强度。目前齿科常用的砂质材料为氧化铝，在一定范围压强下磨料的粒度决定了纤维桩表面的粗糙度。研究发现，对光滑碳纤维桩表面进行喷砂处理后纤维桩与树脂核的固位显著加强，且与预成的锯齿状碳纤维桩相比，其固位状况无显著性差异，因此改善纤维桩冠部表面的光滑形态可以增加桩与树脂核的固位^[21]。

Balbosh等^[13]研究了在人工老化的条件下喷砂对纤维桩粘接固位的影响，结果发现喷砂后的纤维桩对树脂树脂的粘接强度高于对照组。肖月等^[22]用粒度100目的三氧化二铝在0.2 MPa压力下对玻璃纤维桩及石英纤维桩表面进行喷砂粗化处理，结果显示玻璃纤维桩表面喷砂处理组的黏结强度为(18.63±0.54) MPa，大于烷偶联剂组和对照组(P < 0.05)；而喷砂处理后石英纤维桩黏结强度最大，达(23.68±0.53) MPa，说明喷砂处理能提高纤维桩的黏结强度；扫描电镜观察可见处理后内部纤维之间空隙内的环氧树脂仍然完整，有些区域在纤维之间形成了较深的空隙，但纤维桩本身没有被破坏(图2)。

然而有学者认为机械处理会对纤维桩产生负面影响。Monticelli等^[11]指出机械处理对纤维桩损伤过大，使其与根管的匹配度降低。Braga等^[23]发现喷砂处理对纤维桩的外形发生不良影响，纤维桩直径降低，弹性模量增高。D’Arcangelo等^[7]在电镜下对无处理和喷砂处理的纤维桩表面进行观察发现，喷砂处理的纤维桩表面明显粗糙，且有部分纤维断裂，但其认为这些断裂的纤维有助于纤维桩与黏结剂之间结合并且对纤维桩的抗折强度和弹性模量影响不大。目前，对这一问题尚缺乏远期临床预后或力学实验的相关证据，仍存在一定争议。

2.1.2 化学腐蚀除了机械处理外，对纤维桩进行化学处理可以将纤维桩表面的基质去除，增加纤维桩表面粗糙度和纤维面积，能够产生更多的摩擦力和结合位点，从而加强纤维桩与树脂的黏结强度^[24]。另外，由于化学处理对几乎不影响纤维桩直径，因此不会改变纤维桩的弹性模量^[24]。

目前常用的化学腐蚀剂为H₂O₂、氢氟酸(HF)、高锰酸钾及磷酸等。有作者分别应用过氧化氢、乙醇钠、磷酸、氢氟酸对玻璃纤维桩进行表面处理，以蒸馏水处理者为对照组，观察4种桩表面处理对玻璃纤维桩黏结强度的影响，结果显示黏结强度值乙醇钠组>过氧化氢组>氢氟酸组>磷酸组>对照组，提示使用乙醇钠和过氧化氢进行纤维桩表面处理可有效提高玻璃纤维桩与牙本质的黏结强度^[25]。

虽然氢氟酸能更大程度地去处纤维桩表层的异丁烯酸酯，但电镜显示有些玻璃纤维变细或者被破坏，说明氢氟酸会腐蚀玻璃纤维而破坏纤维桩的完整性^[26]，所以近几年的研究方向逐渐关注于H₂O₂。H₂O₂能够有效的降解纤维桩表面的环氧树脂基质并暴露其中的纤维，然而其性质却较为温和，纤维桩表面经过H₂O₂处理后形态较氢氟酸处理后更为完整、规则。Monticelli等^[27]对体积分数24%的H₂O₂处理10 min和体积分数10%的H₂O₂处理20 min的纤维桩样本进行电镜扫描，观察到两种处理方式产生的石英纤维暴露层厚度均约为50 μm，而纤维桩表面的这一改变除了能够显著增加桩核有效黏结面积外，还能使树脂与桩内纤维的接触面积明显增加，从而增强了微机械固位，使树脂与纤维桩的黏结强度得到提高。

Braga等^[23]对比了分别应用低浓度H₂O₂(10%)、高浓度H₂O₂(24%)和Al₂O₃打磨3种处理方式的纤维桩的黏结效果，发现使用高浓度的H₂O₂较机械处理法可以显著增强纤维桩与树脂之间的黏结强度，并可优化临床操作时间。肖月等^[22]的研究得出了相似的结果，他们以体积分数24%的H₂O₂浸泡玻璃纤维桩10 min，其黏结强度大于喷砂处理组及对照组(P < 0.05)，电镜结果显示纤维桩本身没有被破坏(图2)。Khamverdi等^[28]对在水中保存0-9个月的H₂O₂处理和喷砂打磨的纤维桩进行研究亦得出相似结论。

有作者用高锰酸钾、过氧化氢、乙醇钠处理石英纤维桩，结果发现这些酸蚀方法均能增加纤维桩的黏结强度，且高锰酸钾处理的效果最好，石英纤维的结构完整无损，内层的环氧树脂也无裂隙，推测其机制是高锰酸钾酸蚀提高了石英纤维的亲水性^[29]。王琳等^[20]也用高锰酸钾处理纤维桩，同样得到了相似的结果，高锰酸钾表面处理方法可以提高纤维桩在根管内的黏结强度。

以上研究均显示，对纤维桩进行化学处理是比机械处理更为有效的粗糙化方法。

2.2 纤维桩表面的硅烷活化硅烷偶联剂是一类能够使玻璃、石英纤维中SiO₂成分与树脂中甲基丙烯酸酯产生化学连接的物质，但硅烷偶联剂无法与纤维桩表面的环氧树脂发生反应，因此单独应用硅烷偶联剂对纤维桩表面进行处理不能提高纤维桩黏结强度而限制了其应用^[30-32]。然而近年来学者逐渐关注于纤维桩表面处理配合硅化处理的研究。由于喷砂处理会导致桩核纤维断裂，而H₂O₂却可以在不损伤纤维的同时选择性的溶解环氧树脂^[11]，因此更多的研究指向H₂O₂处理法。

Monticelli等^[27]发现对纤维桩进行表面处理后再进行硅化处理可以使纤维桩和树脂之间取得更好的化学和机械结合。张勇等人应用不同浓度的H₂O₂处理纤维桩后再使用硅烷处理发现高浓度的H₂O₂处理后纤维桩与树脂的黏结强度显著高于低浓度H₂O₂，推测纤维桩表面的环氧树脂基质的溶解程度随着H₂O₂浓度的增加而增大，因此暴露了更多的玻璃纤维，加强了硅烷偶联剂的作用面积，从而提高了黏结强度。

Mosharraf等^[8]对H₂O₂处理后再进行硅化处理的纤维桩进行分段研究发现，经过这种处理的纤维桩的黏结强度在冠部和中部明显高于其他处理方式，而尖部经其他方式处理后其黏结强度低于对照组，经H₂O₂+硅烷处理后其黏结强度则与对照组相仿，其认为这一现象的原因可能是冠部与H₂O₂接触更充分且固化时接受光照强度更高。而Aksornmuang等^[6]的研究结果虽然同样认为对纤维桩进行表面预处理联合应用硅烷偶联剂能够显著增强其黏结强度，但黏结强度在各部位之间并无差异。

总之，在对纤维桩进行表面预处理后使用硅烷偶联剂能够增强纤维桩与树脂水泥之间的化学结合及微机械固位，从而有助于提高其黏结强度。

参考文献

[1] Smith DC. Recent developments and prospects in dental polymers.J Prosthetic Dentistry. 1962;12(6):1066-1078.
[2] Butterworth C, Ellakwa AE, Shortall A.Fibre-reinforced composites in restorative dentistry.Dent Update. 2003;30(6): 300-306.
[3] 俞长路.纤维桩研究进展[J].国外医学(生物医学工程分册),2005, (3):172-174.
[4] Malferrari S, Monaco C, Scotti R. Clinical evaluation of teeth restored with quartz fiber-reinforced epoxy resin posts. Int J Prosthodont. 2003;16(1):39-44.
[5] Monticelli F, Grandini S, Goracci C, et al.Clinical behavior of translucent-fiber posts: a 2-year prospective study.Int J Prosthodont. 2003;16(6):593-596.
[6] Aksornmuang J, Foxton RM, Nakajima M, et al.Microtensile bond strength of a dual-cure resin core material to glass and quartz fibre posts.J Dent. 2004;32(6):443-450.
[7] D'Arcangelo C, D'Amario M, Prosperi GD, et al.Effect of surface treatments on tensile bond strength and on morphology of quartz-fiber posts.J Endod. 2007;33(3): 264-267.
[8] Mosharraf R, Ranjbarian P.Effects of post surface conditioning before silanization on bond strength between fiber post and resin cement.J Adv Prosthodont. 2013;5(2): 126-132.
[9] Giachetti L, Scaminaci Russo D, Baldini M, et al.Push-out strength of translucent fibre posts cemented using a dual-curing technique or a light-curing self-adhering material. Int Endod J. 2012;45(3):249-256.
[10] 王琳,张文云,杨立斗,等.不同表面处理方法对纤维桩在根管不同深度内粘接强度影响的薄片推出试验[J].临床口腔医学杂志, 2011,(4):204-208.
[11] Monticelli F, Osorio R, Sadek FT, et al.Surface treatments for improving bond strength to prefabricated fiber posts: a literature review.Oper Dent. 2008;33(3):346-355.
[12] Albashaireh ZS, Ghazal M, Kern M. Effects of endodontic post surface treatment, dentin conditioning, and artificial aging on the retention of glass fiber-reinforced composite resin posts.J Prosthet Dent.2010;103(1):31-39.
[13] Balbosh A, Kern M. Effect of surface treatment on retention of glass-fiber endodontic posts. J Prosthet Dent. 2006;95(3): 218-223.
[14] Choi Y, Pae A, Park EJ, et al.The effect of surface treatment of fiber-reinforced posts on adhesion of a resin-based luting agent.J Prosthet Dent. 2010;103(6):362-368.
[15] Yenisey M, Kulunk S.Effects of chemical surface treatments of quartz and glass fiber posts on the retention of a composite resin.J Prosthet Dent. 2008;99(1):38-45.
[16] Goracci C, Raffaelli O, Monticelli F, et al.The adhesion between prefabricated FRC posts and composite resin cores: microtensile bond strength with and without post-silanization.Dent Mater. 2005;21(5):437-444.
[17] Monticelli F, Toledano M, Tay FR, et al.Post-surface conditioning improves interfacial adhesion in post/core restorations.Dent Mater. 2006;22(7):602-309.
[18] Soares CJ, Santana FR, Pereira JC, et al.Influence of airborne-particle abrasion on mechanical properties and bond strength of carbon/epoxy and glass/bis-GMA fiber-reinforced resin posts.J Prosthet Dent. 2008;99(6):444-454.
[19] Schmage P, Cakir FY, Nergiz I, et al.Effect of surface conditioning on the retentive bond strengths of fiberreinforced composite posts.J Prosthet Dent. 2009;102(6):368-377.
[20] 王琳,张文云,杨立斗,等.不同表面处理方法对纤维桩在根管不同深度内粘接强度影响的薄片推出试验[J].临床口腔医学杂志, 2011, 27(4):204-208.
[21] 张志闻,苏剑生.纤维桩的表面处理[J].国际口腔医学杂志, 2007, 34(5):384-386.
[22] 肖月,刘欢欢,房殿吉,等.不同表面处理对两种纤维桩粘结强度的影响[J].北京口腔医学,2013,21(3):147-150.
[23] Braga NM, Souza-Gabriel AE, Messias DC, et al.Flexural properties, morphology and bond strength of fiber-reinforced posts: influence of post pretreatment.Braz Dent J. 2012;23(6): 679-685.
[24] Van Mullem V, Wery M, Werner M,et al.The Rpb9 subunit of RNA polymerase II binds transcription factor TFIIE and interferes with the SAGA and elongator histone acetyltransferases.J Biol Chem. 2002;277(12):10220-10225.
[25] 肖月,郭海,王健平,等.四种桩表面处理对玻璃纤维桩黏结强度的影响[J].中国组织工程研究,2012,16(21):3911-3914.
[26] Vano M, Goracci C, Monticelli F, et al.The adhesion between fibre posts and composite resin cores: the evaluation of microtensile bond strength following various surface chemical treatments to posts.Int Endod J. 2006;39(1):31-39.
[27] Monticelli F, Toledano M, Tay FR,et al.A simple etching technique for improving the retention of fiber posts to resin composites.J Endod. 2006;32(1):44-47.
[28] Khamverdi Z, Abbasi S, Habibi E,et al.Effect of storage time on microtensile bond strength between quartz fiber post and composite core after different post surface treatments.J Conserv Dent. 2011;14(4):361-365.
[29] Monticelli F, Toledano M, Tay FR, et al.Post-surface conditioning improves interfacial adhesion in post/core restorations.Dent Mater. 2006;22(7):602-609.
[30] Wrbas KT, Altenburger MJ, Schirrmeister JF, et al.Effect of adhesive resin cements and post surface silanization on the bond strengths of adhesively inserted fiber posts.J Endod. 2007;33(7):840-843.
[31] Wrbas KT, Schirrmeister JF, Altenburger MJ,et al.Bond strength between fibre posts and composite resin cores: effect of post surface silanization.Int Endod J. 2007;40(7): 538-543.
[32] Shirinzad M, Ebadi Sh, Shokripour M,et al.An In vitro Evaluation of the Effect of Four Dentin Bonding System on the Bond Strength between Quartz Fiber Post and Composite Core. J Dent (Shiraz). 2014;15(1):22-27.

引言

桩核修复技术是目前残根残冠最常用的修复技术，近几年随着桩核材料的发展，纤维桩已经取代金属桩核材料得到广泛应用。纤维桩最早由Smith于20世纪60年代报道^[1]，纤维桩是在基质中掺入一定含量的纤维制成，其中的纤维能够加强纤维桩的机械性能，防止基质断裂，而聚合基质(通常是环氧树脂)则可以保护纤维并具有可塑性。纤维桩中纤维材料的排列方式可分为单向和多向两种类型。单向排列的纤维桩中所有纤维均沿桩的两端平行排列，而多向排列的纤维桩中的纤维呈编织或网状排列^[2]。在单向排列的纤维桩中，对垂直作用于纤维排列方向的应力的抵抗作用最强，而对平行于纤维排列方向的应力抗性最弱。多向排列的纤维桩虽然抵抗单一方向最大应力低于单向排列的纤维桩，但是与其相比可以在各个方向上抵抗应力。根据在聚合基质中所加的纤维不同，可以将纤维桩分为碳纤维桩、玻璃纤维桩、石英纤维桩以及聚乙烯纤维强化的树脂桩等^[3]。碳纤维桩虽然具有良好的机械性能，但其黑色的外观并不适合全瓷修复的美学要求。此后研制出的玻璃纤维桩和石英纤维桩则可以满足美学要求，而其机械性能则与碳纤维桩接近，因此得到了广泛的应用。

虽然纤维桩的弹性模量与牙本质相近，使根管内的应力分布较金属桩更为均衡，因此由于应力集中导致的根折在纤维桩修复病例中较金属桩修复的发生率更低^[4-5]，但仍有部分病例出现根折、松动等造成修复失败^[6-7]。纤维桩通过树脂与牙本质进行黏结，在纤维桩-树脂、树脂-牙本质之间形成两层交界面，其黏结强度取决于交界面的微机械固位的紧密程度，有数据表明约60%的修复失败是由纤维桩和树脂之间连接的脱离导致的^[8]。如何提高纤维桩-树脂有效连接强度以降低修复失败率成为目前研究的重点。未经特殊表面处理的纤维桩表面粘接强度低，较易出现纯粘接失败^[9]。因此对纤维桩表面进行处理以增加纤维桩-树脂连接强度是修复成功的关键环节。

本文旨在对纤维桩表面处理技术在近年来的研究进展进行综述。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
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