杜仲胶作为根管充填材料的可行性

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.16.010

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (16): 2511-2517.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.16.010

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杜仲胶作为根管充填材料的可行性

龙慧1，2，张冯依1，3，冯云枝1

1中南大学湘雅二医院口腔中心，湖南省长沙市 410000；2长沙市口腔医院，湖南省长沙市 410000； 3湖南中医药大学临床学院，湖南省长沙市 410000

收稿日期:2015-03-05 出版日期:2015-04-16 发布日期:2015-04-16
通讯作者: 冯云枝，教授，中南大学湘雅二医院口腔中心口腔修复科，湖南省长沙市 410000
作者简介:龙慧，女，1987年生，湖南省永州市人，汉族，2012年中南大学湘雅医学院毕业，硕士，医师，主要从事口腔修复研究。
基金资助:
国家科技支撑计划项目(SQ2010BAJY1411-08)

Feasibility of Eucommia ulmoides gum as a root canal filling material

Long Hui1, 2, Zhang Feng-yi1, 3, Feng Yun-zhi1

1Department of Stomatology, Second Xiangya Hospital of Central South University, Changsha 410000, Hunan Province, China; 2Changsha Stomatology Hospital, Changsha 410000, Hunan Province, China; 3College of Clinical Medicine, Hunan University of Traditional Chinese Medicine, Changsha 410000, Hunan Province, China

Received:2015-03-05 Online:2015-04-16 Published:2015-04-16
Contact: Feng Yun-zhi, Professor, Department of Stomatology, Second Xiangya Hospital of Central South University, Changsha 410000, Hunan Province, China
About author:Long Hui, Master, Physician, Department of Stomatology, Second Xiangya Hospital of Central South University, Changsha 410000, Hunan Province, China; Changsha Stomatology Hospital, Changsha 410000, Hunan Province, China
Supported by:
the National Key Technology Support Program of China, No. SQ2010BAJY1411-08

摘要/Abstract

摘要：

背景：杜仲胶具有较好的热塑性、流动性、黏结性及抗菌性，目前尚无将其用于根管充填材料的研究。
目的：比较不同含量气相纳米二氧化硅对以杜仲胶为基质复合材料力学性能的影响，以及充填根管后的效果观察。
方法：在硫酸钡(20%)及纳米羟基磷灰石(10%)质量分数恒定的情况下，分别加入不同质量分数的杜仲胶与气相纳米二氧化硅(40%与15%，45%与20%，50%与25%，55%与30%)，制备4组根管填充复合材料，以纯杜仲胶作为空白对照，检测5组材料的硬度、拉伸强度及断裂伸长率。采用ObturaⅡ技术将4组复合材料与杜仲胶、古塔胶颗粒充填到新鲜拔出的前磨牙根管中，X射线片及扫描电镜观察根管充填效果。
结果与结论：随着气相纳米二氧化硅含量的增加，杜仲胶复合材料的硬度呈上升趋势，拉伸强度呈先增大后减小的趋势，断裂伸长率呈降低趋势。杜仲胶组对X射线透射，无法显示充填材料的影像，4组复合材料均具有一定的X射线阻射性，显示复合材料均充填至根管中且充填均匀，充填物内无气泡，与根管内壁接触良好，充填效果满意；扫描电镜显示，杜仲胶组材料表面指状突起最多最长，随着气相纳米二氧化硅含量的增加，4组复合材料表面的指状突起长度呈降低趋势。表明杜仲胶复合材料在热流动状态下可注入根管内达到较好的封闭效果。

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, 杜仲胶, 无机填料, 机械性能, 扫描电镜观察

Abstract:

BACKGROUND: Eucommia ulmoides gum has good thermoplastics, liquidity, bondability and antimicrobial properties. However, the application of Eucommia ulmoides gum as a root canal filling material is rarely reported.
OBJECTIVE: To compare the different contents of gas phase nano-silica on mechanical performance of composite material taking the gutta-percha as the matrix, and observe the effect of the root canal filling.
METHODS: Four kind of root canal filling materials were prepared through adding barium sulfate (20%), nano-hydroxyapatite (10%) and different contents of gutta-percha and gas phase nano-silica (40% and 15%, 45% and 20%, 50% and 25%, 55% and 30%). Pure Eucommia ulmoides gum served as the blank control. The mechanical properties (hardness, tensile strength and rupture elongation rate) of those five materials were detected. Furthermore, four kinds of composite materials, pure Eucommia ulmoides gum and Gutta-Percha Pellets were filled into the fresh extracted premolar root canal by using Obtura II technology. The effect of root canal filling was observed under X-ray and scanning electron microscopy.
RESULTS AND CONCLUSION: Along with the increase of the content of gas phase nano-silica, the hardness of Eucommia ulmoides gum composite material increased, tensile strength increased firstly and then decreased, and rupture elongation rate decreased. Pure Eucommia ulmoides gum was transmitted to the X-ray and no image of filling material was obtained. Four kinds of composite materials were resistant to X-ray, and images showed that all composite materials were equally filled into the root canal, without cacuole, and were in contact with the root canal inner wall, showing good filling effect. Scanning electron microscopy showed that, fingerlike projections were the longest at the surface of pure Eucommia ulmoides gum; as the content of gas phase nano-silica increased, fingerlike projection length reduced at the surface of composite materials. Eucommia ulmoides gum composite materials could be developed as a canal filling material under heat flow condition.

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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Key words: Gutta-Percha, Silicon Dioxide, Molar

中图分类号:

R318

龙慧，张冯依，冯云枝. 杜仲胶作为根管充填材料的可行性[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(16): 2511-2517.

Long Hui, Zhang Feng-y, Feng Yun-zhi . Feasibility of Eucommia ulmoides gum as a root canal filling material[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(16): 2511-2517.

图/表（结果） 4

2.1 杜仲胶复合材料杜仲胶复合材料经65 ℃双辊开炼机混炼后材料呈柔软的半固体状，易黏附于开炼机的辊轴上，160 ℃平板硫化机加压时可见多余的胶料呈液体状从模具中溢出。最后冷压定型后得到的杜仲胶复合

材料约2 mm厚，呈黑色固体，表面光滑平整、质稍硬，有一定的弹性。图1为杜仲胶复合材料制成哑铃形的试样图。

2.2 杜仲胶复合材料的机械强度

杜仲胶复合材料的硬度：A0-A4组材料的邵氏D硬度分别为(43.240±0.979)，(49.320±1.583)，(49.960±1.305)，(51.220±2.516)，(53.640±2.696)度。

气相纳米二氧化硅含量不同时，各组的硬度走势见图2所示。各组间的比较见表2所示，添加了气相纳米二氧化硅的各组(A1、A2、A3、A4)与杜仲胶组(A0)之间的硬度值比较差异有显著性意义(P < 0.05)，A1、A2、A3之间比较差异无显著性意义(P > 0.05)，A3、A4之间比较差异无显著性意义(P > 0.05)，A4与A1、A2之间比较差异有显著性意义(P < 0.05)。

从复合材料硬度走势图(图2)来看，随着气相纳米二氧化硅含量的增加，杜仲胶复合材料的邵氏D硬度呈现出增加的趋势。

杜仲胶复合材料的拉伸强度：用微机控制电子拉力试验机按GB/T 528-2009的标准测量得到A0-A4组材料的拉伸强度分别为(7.367±0.737)，(11.060±0.230)，(11.060± 0.611)，(6.367±0.451)，(5.600±0.612) MPa。

气相纳米二氧化硅含量不同时，各组材料的拉伸强度走势见图3所示，各组间比较见表3所示，添加了气相纳米二氧化硅的各组(A1、A2、A3、A4)与杜仲胶组(A0)之间的拉伸强度比较差异有显著性意义(P < 0.05)，A1、A2之间比较差异无显著性意义(P > 0.05)，A3、A4之间比较差异无显著性意义(P > 0.05)，A1与A3、A4之间、A2与A3、A4之间比较差异有显著性意义(P < 0.05)。

从统计学分析结果及拉伸强度走势图来看，随着气相纳米二氧化硅含量的增加，杜仲胶复合材料的拉伸强度呈现出先增加后降低的趋势。拉伸强度最高出现在气相纳米二氧化硅含量在15%(A1)、20%(A2)的2组，含量再增高呈现出急剧下降的趋势。

杜仲胶复合材料的断裂伸长率：用微机控制电子拉力试验机按GB/T 528-2009的标准测量得到A0-A4组材料的断裂伸长率分别为(20.467±2.231)%，(2.180± 0.512)%，(1.780±0.915)%，(1.580±0.709)%，(0.960±0.351)%。

气相纳米二氧化硅含量不同时，各组断裂伸长率走势见图4所示，各间的比较见表4所示，添加了气相纳米二氧化硅的各组(A1、A2、A3、A4)与杜仲胶组(A0)之间的断裂伸长率比较差异有显著性意义(P < 0.05)，A1、A2、A3、A4之间比较差异无显著性意义(P > 0.05)。

从统计学分析结果及拉伸强度走势图来看，随着气相纳米二氧化硅含量的增加，杜仲胶复合材料的断裂伸长率呈现出下降的趋势，且杜仲胶组(A0)与其他各实验组之间差异十分明显。

2.3 杜仲胶复合材料的根管充填效果

杜仲胶复合材料行根管充填后的X射线观察(图5)：杜仲胶组(A0)对X射线透射，因此X射线片上显示不出来充填材料的影像。添加了无机填料的各杜仲胶实验组(A1、A2、A3、A4)均具有一定的X射线阻射性，根管充填效果可以在X射线片上显示出来，4组杜仲胶复合材料均充填至根管中且充填均匀，充填物内无气泡，与根管内壁接触良好，充填效果满意。

杜仲胶复合材料行充填后的扫描电镜观察(图6)：各组行根管充填后从颊舌向沿根管长轴纵形劈开根管，纵劈后肉眼观察可见充填物均匀完整，表面无气泡，与根管形态吻合。由于根管充填物相较于牙根的纵劈平面来说是呈突出的圆弧状，因此扫描电镜无法直观清晰地看到根管充填物伸入到牙本质小管的情况，但可从根管充填物表面的与牙本质小管吻合的指状突起的高度、密度、均质性等反映出杜仲胶复合材料渗入牙本质小管的情况。①B0组：Obtura180 ℃古塔胶颗粒根管充填材料表面指状突起较多，分布均匀，突起大部分呈圆柱状，亦有呈圆锥状，但圆锥状较少见，充填物与牙本质交界处呈拉扯状，突起长度4-8 µm不等。②A0组(杜仲胶组)：材料表面指状突起最多最长，较为密集地突出于材料上且突起之间均匀，突起的直径基本相等，长度为8-15 µm不等，平均12 µm。③A1组：复合材料表面指状突起较多，分布较均匀，突起大多数呈圆柱状，少部分呈圆锥状，突起的长度不一致呈弯曲状，短的约3 µm，长的可达约8 µm。④A2组：复合材料表面指状突起较多，且分布均匀，突起普遍呈圆柱状，突起长度基本一致，约8 µm，突起较短的区域较少，此区域突起的根部直径稍大，整体分布仍均匀。⑤A3组：复合材料表面指状突起欠均匀，突起的长度大小不等，短的突起约3 µm，长的突起可达8 µm，有的突起呈圆锥状，尖端直径小于根部直径。⑥A4组：复合材料表面可见丘疹样突起，突起较均匀，但长度较短，仅2.0-3.0 µm。

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引言

材料方法

设计：杜仲胶复合材料制备及离体牙实验。

时间及地点：于2011年12月至2012年2月在株洲南车集团完成杜仲胶复合材料的制备及机械强度测定；于2012年3月在中南大学完成根管充填实验，同年4月在中南大学粉沫冶金院完成扫描电镜观察。

材料：纳米羟基磷灰石、MHAP04(南京埃普瑞纳米材料有限公司)；气相纳米二氧化硅(Hydrophobic-230型)、硫酸钡(天津科密欧化学试剂有限公司)；EDTA凝胶(韩国Meta公司)；Obtura180 ℃古塔胶颗粒(美国obtura Sparten公司)；不锈钢K锉(登士柏牙科有限公司)；2.5%次氯酸钠溶液(本科室自制)；杜仲精胶由中南大学湘雅二医院药剂科提供。

实验方法：

杜仲胶复合材料的制备：将杜仲胶在双辊开炼机上于65 ℃左右薄通数次软化后按配方设计(表1)，将计量的硫酸钡、气相纳米二氧化硅、纳米羟基磷灰石充分混合均匀后，于65 ℃左右加入到软化的胶料中混炼一段时间，待混炼均匀后再薄通数次，均匀出片。室温放置24 h后在平板硫化机上于160 ℃下热压成型，室温冷压定型后出片备用。

杜仲胶复合材料机械性能检测：将出好的片室温下放置24 h后方可进行机械性能检测，硬度测定按GB/T 531.1-2008的标准，拉伸强度及断裂伸长率按GB/T 528-2009的标准进行制样及检测。

杜仲胶复合材料的根管充填：获取2012年2至3月在中南大学湘雅二医院口腔中心因正畸拔除的新鲜人前磨牙36颗，大体观察牙根发育完成，无龋坏，显微镜下观察牙根无裂纹，随机均分为6组，分别以A0、A1、A2、A3、A4、Obtura古塔胶材料填充根管。去除牙齿表面的色素及牙结石，刮净牙周膜后保存于生理盐水中备用。高速涡轮机水冷却状态下金刚砂车针沿釉牙骨质界处截冠，拔髓针拔尽牙髓，生理盐水冲洗。逐级进行根管预备后行根管充填。①根管冠部预备：用G钻做根管冠部2/3的预备，2^#G钻扩到根管工作长度的2/3，3^#G钻扩到比2^#G钻短2.0-3.0mm。预备完后大量生理盐水冲洗。②根管工作长度确定：将10^#不锈钢K锉插入根管直至根尖孔(肉眼可看到)，记录该长度减去1 mm即确定为工作长度。③根尖区的预备：根据已经确定好的工作长度，以15^#为初尖锉，依次按照15^#-20^#-15^#-25^#-20^#-30^#-25^#-35^#-30^#的顺序将尖部根管预备至30^#，此时的工作长度没有变化，均为根管工作长度，且每更换一次扩大针，均用扩锉针蘸取EDTA凝胶，再行预备，每更换1次器械，均用2.5%次氯酸钠溶液5 mL冲洗。④逐步后退法预备根管：采用逐步后退法，每增加 1个号的根管锉，工作长度减少1 mm，扩至40^#。每次扩前，将扩锉针蘸取EDTA凝胶，再行根管预备，每更换一次器械，用5 mL 2.5%次氯酸钠溶液冲洗。根管整体预备完成后，用10 mL生理盐水冲洗后纸尖干燥备用。⑤根管充填：将杜仲胶及复合材料(A0、A1、A2、A3、A4)制成圆柱状小棒放入ObturaⅡ注射器内，选择相应的注射针并进行预弯，在注射针上放置标记片，标记根管长度，连通电源后，将温度调节至180 ℃进行根管充填，注入根管前，将材料挤出3 cm进行针尖预热，预热后再行根管充填，充填过程中

表1 各组根管充填复合材料的配方质量分数 (%)

Table 1 Prescription mass fraction of composite materials for root canal filing

组别	杜仲胶	硫酸钡	气相纳米SiO₂	纳米羟基磷灰石
A0	100	0	0	0
A1	40	20	15	10
A2	45	20	20	10
A3	50	20	25	10
A4	55	20	30	10

可感觉到注射针受到向牙冠方向移动的力量，每移动约 2 mm则用垂直加压器对充填材料进行垂直加压，直到完全充满根管。充填完成后拍摄X射线片以观察根管充填效果。同样的方法用Obtura180 ℃古塔胶颗粒充填根管，得到B0组。充填后置于37 ℃恒温、相对湿度100%条件下3 d。

杜仲胶复合材料根管充填后的效果观察：3 d后将充填好的各组拍摄X射线片观察充填后的效果，随后将各组从颊舌方向沿牙根长轴纵形劈开，得到的试样用硅橡胶固定在方形小盒子中。所得的试样均采用表面喷金处理后，在扫描电子显微镜下进行表面形貌的观察。为尽量减少实验误差，以上所有实验过程均由经过良好的培训的实验者一人按操作要求独立完成。

主要观察指标：杜仲胶复合材料根管充填后的效果。

统计学分析：所得数据均采用SPSS 17.0数据包进行统计学分析，计量资料用x(_)±s描述，采用单因素方差分析法分析各组数据间的差异，再用S-N-K法进一步对各组之间的硬度、拉伸强度及断裂伸长率进行两两比较，当P < 0.05时差异有显著性意义。

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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讨论

3.1 杜仲胶作为根管充填材料的选择杜仲胶作为一种天然有机高分子材料，是从一种中国名贵的树种——杜仲树中提取的。大量药理研究表明，杜仲中的α-亚麻酸油、桃叶珊瑚苷、绿原酸、杜仲黄酮等都具有十分重要的生理(药理)活性^[13]。杜仲中的有效成分具有良好的消炎、镇痛、抗炎、抗病毒作用，对革兰阳性、阴性菌均有抑制作用；绿原酸也具有抗菌作用较，另外还有止血、升高白细胞的作用等；杜仲黄酮具有降血压、防治恶性肿瘤等功用^[14]。崔永锋等^[15]对兔骨折后给予杜仲浓缩液灌肠的研究表明，杜仲能有效促进骨折断端的成骨细胞活性，加速骨折愈合。有学者对杜仲胶颗粒中的蛋白质进行了研究，结果表明杜仲胶颗粒中存在着颗粒结合蛋白，其中的肽片段具有抗菌肽典型结构^[16]。Tsai等^[17]研究了数种中药对丙酸杆菌属类的抗菌性及抗炎性，发现杜仲可以减少单核细胞释放肿瘤坏死因子A、白细胞介素1B、白细胞介素8，对抗丙酸杆菌类有最好的效果，因而可以用来治疗痤疮。Tsai等^[18]研究证实杜仲对变形链球菌也有很好的抗菌抗炎性。

杜仲胶理化性能稳定，具有极其优良的热、电绝缘性能，耐水耐酸性，抗碱性，耐强烈溶剂，可用于医用器材(包括假肢套、医用夹板、护膝、腰托等)及特殊材料。常温下杜仲胶为一种硬质结晶性物质，分子链含有双键，可在一定条件下进行硫化交联，根据不同的硫化程度可得到热塑性材料、形状记忆材料、高弹性体材料，制得所需的相应产品。杜仲胶在零交联状态下具有热塑性，常温下呈硬质状，加热后具有一定的流动性，可充填到形状不规则区及较细小的固态物质无法到达的区域，冷却后可较稳定的固定在相应形状之下。除此之外，杜仲胶还具有一定的黏结性，在高交联状态下具有成膜性且所制得的薄膜具有强度高，具有黏结性能好、透气率低等优点，被广泛应用于海底电缆、雷达密封材料、隔音材料、高阻尼性能材料等。

杜仲胶作为一种热塑性材料，常温下呈硬质，一定温度下软化后，具有较好的热塑性和流动性，加上它具有良好的黏结性及抗菌抗炎性，因此，考虑将其开发应用于新型根管充填材料研究是有可能的。

3.2 无机填料的选择纯的杜仲胶作为根管充填材料存在一些缺陷，如X射线透射、疏水、对根尖组织诱导能力弱等。无机填料的加入常常能够对高分子材料起到充填、增加及赋予一些特殊功能的作用。因此，针对纯杜仲胶作为根管充填材料存在的缺陷，选用了一些无机填料对其性能进行改进。本实验中选用的无机填料主要有3种：硫酸钡、气相纳米二氧化硅、纳米羟基磷灰石。①硫酸钡(BaSO₄)：硫酸钡是医学上常用的一种显影剂^[19]，其因显影效果好且价格低廉受到广泛应用。硫酸钡的加入可产生X射线显影效果，达到对术后质量的监测。②气相纳米二氧化硅：气相纳米二氧化硅是一种无机刚性粒子，具有增加材料刚性，减少聚合收缩的作用。有文献报道白炭黑填加到杜仲胶中，与胶界面间的相互作用很强^[20]。③纳米羟基磷灰石：其主要无机成分是钙和磷，物理性能、化学组成与人体骨组织和牙齿硬组织的无机成分相似，能为骨的生长迁移提供生物相容界面，具有促进骨组织及根尖周组织愈合，增加材料生物相容性的作用。

3.3 杜仲胶复合材料的机械性能及根充效果的观察气相法二氧化硅是硅的卤化物在高温下水解而生成的具有表面羟基及吸附水性能的微超细SiO₂粉末^[21]。随着气相纳米二氧化硅含量的增加^[22-24]，杜仲胶复合材料的硬度呈增加趋势，其拉伸强度呈先增加后降低的趋势，断裂伸长率呈下降趋势^[25]。复合材料基体中的二氧化硅颗粒越多，比表面积较大，粒子表面活性高，在基体中的分散性好，填料与基体的相互作用增强。因此，可以有效增强橡胶的硬度和拉伸强度^[26-28]，但由于气相纳米二氧化硅含量的继续增多，颗粒之间的二次团聚现象越来越明显，团聚颗粒越来越大且不均一，因此制约了粒子在基体中的分散性且粒子之间的团聚体即成为应力集中点，从而表现出拉伸强度下降的趋势^[29]。

由于无机粒子与基体的相互作用强，粒子本身网络结构较强，影响了聚合物的相对滑移运动^[30]，从而限制了杜仲胶分子链的运动，使杜仲胶分子停留在无定形状态，难以按自身的有序排列。因而在材料拉伸时，断裂伸长率较低。且无机粒子含量越多，限制杜仲胶分子链间的相对滑动作用越强，断裂伸长率越低。

根管系统是一个复杂的管道系统^[31-32]，其不同的管道直径大小不一，其中根尖段的侧支根管直径小于50 µm或为50-100 µm，而牙本质小管的直径为3.0-4.0 µm^[33]。从杜仲胶复合材料充填后牙根纵劈面的扫描电镜结果可以看到材料表面有很多与牙本质小管形态吻合的指状突起，因此，可以说明杜仲胶复合材料在热的状态下具有良好的流动性^[34]，加热受压后可以渗入到牙本质小管中，推测这种良好的流动性有助于根管系统封闭性能的提高。

鉴于杜仲胶良好的生物相容性和理化性能，故本课题组对此材料进行口腔根管充方面的研究，下一步研究计划主要针对实验的不足之处展开：进行复合材料生物相容性的研究，进一步探索更高性能的杜仲胶复合材料，优化各混合材料及材料预处理等以进一步提高材料的粘接性能、机械性能，并对复合材料的其它临床操作性能进行检测，同时引入口腔内多种常见菌群进行抗菌性能检测，为研发新材料早期应用于临床打下坚实的理论基础。

结论：杜仲胶复合材料在热流动状态下可注入根管内达到较好的封闭效果，有望开发成新型根管充填材料。

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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杜仲胶作为根管充填材料的可行性

Feasibility of Eucommia ulmoides gum as a root canal filling material

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