低能量Er:YAG激光預處理對根面組織粘接強度的影響

馮杭都 陳建治

[摘要] 目的 比較低能量摻鉺：釔鋁石榴石（erbium-doped：yttrium aluminum garnet，Er：YAG）激光照射與常規酸蝕處理對根面組織的蝕刻效果，為增強根面粘接的臨床應用及相關研究提供參考。方法 選取2022年1月至2022年8月在樹蘭杭州醫院進行正畸治療而拔除的92顆完整無齲、無隱裂人離體前磨牙，按不同表面預處理方法分為4組，磷酸組（A組）作為對照組，采用磷酸酸蝕處理，試驗組（B～D組）分別經30mJ、50mJ、70mJ的Er：YAG激光照射處理，每組23顆。通過微觀形貌、微拉伸粘接強度、斷裂模式的分析，比較各組間差異。結果 掃描電鏡觀察顯示，磷酸組表面可見網狀繁多的山脊狀突起，少量玷污層及孔洞結構。各激光組根面表面清潔、粗糙，無玷污層，30mJ激光組表面呈片狀結構，少量牙本質小管暴露；50mJ激光組表面呈蜂窩狀結構，部分牙本質小管開放，膠原纖維暴露與羥基磷灰石混合形成混合物；70mJ激光組根面呈現魚鱗狀改變，牙本質小管進一步開放，膠原纖維呈細長狀并大量暴露。微拉伸粘接強度測試結果顯示，磷酸組粘接強度與30mJ激光組比較，差異無統計學意義（P>0.05），與50mJ、70mJ激光組比較，差異均有統計學意義（P<0.05）；其中50mJ激光組最高，為（30.40±10.79）MPa，與70mJ激光組比較，差異無統計學意義（P>0.05）。各組斷裂模式均以混合斷裂模式為主，差異無統計學意義（P>0.05）。結論 本研究中，一定能量的Er：YAG激光根面蝕刻預處理法可代替磷酸酸蝕預處理法，達到完全去除表面玷污層，有效粗化粘接面，提高粘接強度的效果。

[關鍵詞] Er：YAG激光；酸蝕；粘接強度；根面組織

[中圖分類號] R781? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2023.02.003

[Abstract] Objective To study the etching effect of root surface irradiated by low-energy erbium-doped：yttrium aluminum garnet （Er：YAG） laser， and compare it with the effect of acid etching， so as to provide reference for clinical application and related research of enhancing root surface bonding. Methods From January 2022 to August 2022， 92 intact human premolars extracted by orthodontic treatment in Shulan （Hangzhou） Hospital were randomly divided into four groups according to different surface pretreatment methods. The phosphate group （group A） was treated with phosphate etching as a control group， and the experimental groups （group B-D） were treated by 30mJ， 50mJ and 70mJ Er：YAG laser respectively， with 23 teeth in each group. The differences among the groups were compared by analyzing the micromorphology， microtensile bond strength and fracture mode. Results Scanning electron microscopy showed that the surface of phosphoric acid group showed a wide network of ridge protrusions， including a small amount of smear layer and pore structurea. The root surface of each laser group presented clean， rough and no stained layer. In the 30mJ laser group， the surface showed a lamellar structure with a small amount of dentin tubules exposed. The surface of the 50mJ laser group showed honeycomb structure， some dentin tubules were open， collagen fibers were exposed and mixed with hydroxyapatite to form a mixture. The 70mJ laser group surface showed fish scale changes with further opening of dentin tubules and a large amount of collagen fibers exposed in an elongated form. The results of microtensile bond strength test showed that the bonding strength of phosphoric acid group was not significantly different from that of 30mJ laser group （P>0.05）， but statistically different from that of 50mJ laser group and 70mJ laser group （P<0.05）. The 50mJ laser group was the highest， which was （30.40±10.79） MPa， and there was no statistical difference between the 50mJ laser group and the 70mJ laser group （P>0.05）. The mixed fracture mode was dominant in all groups and there was no statistical significance between groups （P>0.05）. Conclusion Under the experimental conditions， the Er：YAG laser etching pretreatment method with certain energy can replace the phosphoric acid on the root surface， which can completely remove the surface stain layer， effectively coarser the bonding surface， and improve the bonding strength.

[Key words] Er：YAG laser; Acid etching; Bonding strength; Root surface

隨著我國人口老齡化、美觀需求及牙周病發生率的不斷增加，齦下齲、根面齲、美學貼面等修復治療逐漸受到重視。根面組織作為此類修復體的頸部粘接區域，為避免微滲漏產生及細菌侵入，其與修復體的緊密粘接尤為重要[1]。目前磷酸為根面粘接前的傳統預處理方法之一，其通過完全去除玷污層，促進后續粘接劑的滲入，形成強度較高的混合層以提供粘接所需的固位力，然而其凝膠狀態具有流動性，存在蝕刻不精確致周圍組織過度脫礦增加患齲和部分殘留增加術后敏感風險可能，有一定缺陷[2-3]。近來隨著激光技術的飛速發展，特別是1997年激光被應用于口腔牙體硬組織的切割后，其精準定位、高效切割及高舒適性等優勢為牙體表面預處理提供新思路[4]。目前關于激光預處理對粘接效果影響的研究大多建立于牙釉質、牙本質表面，涉及根面組織的研究相對較少[5-7]。本試驗通過對比酸蝕處理，探討摻鉺：釔鋁石榴石（erbium-doped：yttrium aluminum garnet，Er：YAG）激光在不同低能量參數模式下對根面組織與樹脂的粘接強度的影響，為臨床選擇合適的根面粘接預處理方式提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料與儀器

主要包括光固化復合樹脂Z350（美國3M公司）、Single Bond 2粘接劑（美國3M公司）、35%磷酸凝膠酸蝕劑（德國賀利氏公司）、Er：YAG激光治療儀（德國Fotona公司）、微拉伸測力儀（美國BISCO公司）、體視顯微鏡（德國LEICA公司）、S-3000N掃描電鏡（日本日立公司）。

1.2? 方法

1.2.1? 離體牙的收集? 選取2022年1月至2022年8月樹蘭（杭州）醫院因正畸治療需要而拔除的92顆完整無齲、無隱裂人離體前磨牙，Gracey刮治器去除菌斑及牙石，牙根表面用2500目細砂紙打磨去除表面牙周膜，清水沖洗，在體視顯微鏡下確認無明顯裂紋，保存于4℃的0.5%氯胺T溶液中，1個月內使用。本研究經樹蘭（杭州）醫院倫理委員會批準（倫理審批號：KY2022095），研究對象及家屬均知情同意。

1.2.2? 分組? 按不同表面預處理方法將92顆離體牙分成4組，每組23顆。A組（對照組）：磷酸組，涂布35%磷酸酸蝕15s；B組：Er：YAG激光組（30mJ，15Hz，0.45W）；C組：Er：YAG激光組（50mJ，15Hz，0.75W）；D組：Er：YAG激光組（70mJ，15Hz，1.05W）。Er：YAG激光治療儀采取SSP模式，脈寬70μs，Chisel Tip光纖頭配合傳輸系統接觸式處理樣本，激光光纖頭與樣本表面接觸且夾角為90°，水汽比為6：4，照射時間為5s。

1.2.3? 掃描電鏡樣本制備及觀察? 每組隨機取3顆牙齒，共12個樣本，高速渦輪機手機沿牙體頰舌向縱向磨開，在釉-牙骨質界下2mm處，將牙根截成4mm×4mm×3mm的根面片并予以A～D組不同處理。處理后的所有樣本在4℃的2.5%的戊二醛磷酸鹽緩沖液（pH值=7.3）中固定24h，用磷酸緩沖液沖洗3次，每次10min，乙醇梯度脫水，烘干，表面噴金，經SEM觀察各組根面片表面形貌，放大倍數分別為500倍和5000倍。

1.2.4? 微拉伸粘接強度（microtensile bond strength， MTBS）測試樣本制備及檢測? 每組取20顆牙齒，共80個樣本。于釉-牙骨質界下2mm處取4mm×4mm為處理區，分別予A～D組不同處理。連續涂布2層Single bond 2粘接劑并將光固化復合樹脂Z350（長4mm，寬4mm，高3mm）分層堆砌。慢速切割機（切割片厚度0.4mm）將其切割成1mm×1mm× 5mm的試件條，粘接面積約為1mm2，每樣本取2條試驗試件，共形成160條試件。使用氰基丙烯酸粘合劑將試件粘固在微拉伸測力儀上，加載速度1mm/min，記錄拉伸斷裂時最大載荷值（N）。微拉伸粘結強度（MPa）=最大載荷（N）/試件截面積（mm2）。

1.2.5? 斷裂模式分析? 收集微拉伸強度測試后斷裂的試件，室溫干燥，體視顯微鏡下觀察并記錄各試件斷裂模式。斷裂模式分3類：①界面破壞：粘接界面發生斷裂，可發生于牙體與粘接劑之間，也可發生在樹脂與粘接劑之間；②混合破壞：斷裂同時發生在牙體與樹脂內；③內聚破壞：斷裂幾乎全部發生在牙體或樹脂內。

1.2.6? 統計方法? 采用SPSS 26.0統計學軟件對數據進行處理分析，計數資料采用例數（百分比）[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗，定量資料采用均數±標準差（）表示，多樣本比較采用方差分析和SNK（Student-Newman-Keuls）-q檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2? 結果

2.1? 掃描電鏡結果

A組根面呈現網狀繁多的山脊狀突起，局部可見少量玷污層及孔洞結構。B組根面無玷污層，不規則的粗糙形貌伴少量牙本質小管暴露。C組根面無玷污層，表面形貌更為粗糙，牙本質小管不同程度開放，膠原纖維暴露，與羥基磷灰石結合呈現草被樣結構。D組表面呈鱗片狀不規則形態，無玷污層，牙本質小管開放明顯，膠原纖維暴露更為明顯，呈細長狀。見圖1。相比磷酸處理，激光處理不僅有效粗化粘接表面，形成不規則的粗糙形貌，且有助于底部牙本質小管及膠原纖維的暴露，為后續粘接提供了有利條件。

2.2? 微拉伸粘接強度

4組微拉伸粘接強度比較，A組微拉伸粘接強度為（20.77±8.17）MPa，B組微拉伸粘接強度為（20.27±8.40）MPa，C組微拉伸粘接強度為（30.40± 10.79）MPa，D組微拉伸粘接強度為（27.49±7.14）MPa，差異有統計學意義（F=13.201，P<0.001）。

2.3? 斷裂模式分析

4組的斷裂類型均以混合破壞為主，A組比例為75%，B組60%，C組75%，D組80%，其次為界面破壞，內聚破壞模式占比最少。4組斷裂模式構成比較，差異無統計學意義（2=5.281，P=0.508），見表1。

3? 討論

天然牙根表面被一層不均勻礦化的牙骨質層覆蓋，深層為牙本質。一方面，因牙骨質厚度較薄，頸1/3處約為16～60μm，易致缺損或缺失，暴露底部牙本質，另一方面，牙骨質和牙本質在脫礦液體中的溶解行為相似，皆以礦物溶解為第一階段，根表面有機基質的降解為第二階段，因此常將兩者作為一個整體進行研究[8]。

自酸蝕粘接系統或全酸蝕粘接系統皆為傳統粘接技術。Yuan等[9]對根面頸1/3組織分別進行不同種粘接系統處理，發現相比自酸蝕粘接系統，全酸蝕粘接系統處理可加深酸蝕深度，使底部膠原纖維網絡暴露更徹底，顯著增大表面粗糙度及粘接面積，形成更高的粘接強度，因此本試驗采取全酸蝕粘接系統為對照組，粘接劑均采用全酸蝕粘接系統中的3M Single Bond 2全酸蝕粘接劑。

磷酸作為全酸蝕粘接系統的酸蝕成分，具有操作便捷、易獲取、價格低廉等優勢，但亦存在蝕刻區域不精確致周圍健康組織不必要脫礦增加患齲可能、酸蝕物質部分殘留增加術后敏感風險等缺陷。Er：YAG激光作為一種新型激光，可利用光學原理實現準確定位，精準蝕刻處理區域，同時憑借與水吸收峰值（3.0μm）極為接近的2.94μm波長，使其能量易被水分子吸收，通過水分子的爆破從而有效地燒蝕含水硬組織，實現高效的牙體切割功能。相比于其他激光，Er：YAG激光可避免碳化或凹坑產生，且對鄰近組織的熱損傷小，尤其在伴水冷卻條件下可使牙髓溫度無明顯升高，因此具有良好的舒適性和安全性等優勢[10-11]。有研究探討Er：YAG激光蝕刻對牙體髓腔溫度和硬組織結構的影響時發現，牙本質在Er：YAG激光20Hz、6W、照射20s的工作模式下，髓腔溫度上升（3.05±0.50）℃，小于對牙髓組織造成損失的5.5℃[12]。同時，本試驗參考AT Fidelis雙波長牙科激光臨床應用參數表及Nahas等[13]的研究，選擇30mJ、50mJ、70mJ的激光能量用于根面組織的表面改性，最大功率為70mJ、15Hz、1.05W，照射5s，該參數下可減少對根面組織的消融且髓腔溫度的升高不會給牙髓組織帶來不可逆損傷。

本試驗的電鏡中觀察到經35%磷酸處理后根面組織尚停留在牙骨質層，而經激光蝕刻后，牙骨質出現不同程度的消融，底部牙本質暴露，牙本質小管口開放。其原因為牙骨質消融閾值約為37mJ，本試驗Er：YAG激光能量為30～70mJ，故在此條件下牙骨質將出現不同程度的消融現象[14]。同時，磷酸組與激光組表面形貌存在顯著不同，因磷酸通過溶解礦物質進行牙體脫礦從而對處理面產生化學改性，而Er：YAG激光處理進行機械改性，通過水分子的爆破原理，在無脫礦的前提下完全清除根面玷污層，形成不規則和尖銳的彈坑基底表面，此結果與多位學者觀察到的結果一致[15-16]。粘接強度與根面表面形貌密切相關，合適的表面形貌有利于粘接性能的提升。本電鏡試驗發現激光處理后的根面呈現無玷污層、不規則的尖銳形貌，底部膠原纖維及牙本質小管進一步暴露，有利后續粘接劑的滲入及樹脂突的形成，提供了利于粘接的表面形貌及結構，理論上有助根面與樹脂的粘接。

相較酸蝕處理，50mJ、70mJ激光組可獲得更高的微拉伸粘接強度，此結果與大部分學者的研究結論相似。González等[17]使用磷酸、Er：YAG激光、Er：YAG激光聯合磷酸3種不同方式處理V類洞頸部邊緣組織時發現，單獨Er：YAG激光處理更利于牙體與樹脂間緊密粘接，推測原因為磷酸酸蝕后處理面光滑，固位形薄弱，而Er：YAG激光處理因能量集中，消融效率高，形成的谷和峰致照射表面極不規則，更易獲得利于粘接的微固位型結構，促進粘接性能的提升。Ismatullaev等[18]研究結果顯示，單次Er：YAG激光蝕刻牙本質表面即可獲得與磷酸酸蝕30s相似的粘接強度，且經激光蝕刻2次后，因粘接面積及微機械鎖合結構的增加，進而可產生比磷酸更高的粘接強度。本試驗的微拉伸粘接強度亦證實上述電鏡觀察的觀測，從結果看，酸蝕組與30mJ激光組的微拉伸粘接強度差異無統計學意義，可能由于30mJ激光組能量較弱，蝕刻后處理面的谷與峰形貌尚不明顯，且無酸蝕脫礦過程形成的表面微固位結構，故未促進粘接。50mJ和70mJ激光組的微拉伸粘接強度均高于酸蝕組，可能因兩組激光組蝕刻根面組織后溝壑形貌明顯，雖無脫礦，但尖銳的邊緣及增加的牙本質小管和膠原纖維暴露量為粘接過程提供了良好的三維空間結構和鎖合結構，有助粘接劑后續滲入形成高質量樹脂突及微樹脂突，從而促進了粘接強度的提升。亦有學者持相反意見，有研究認為經Er：YAG激光處理后，牙本質表面上形成的大面積表面裂紋會對粘接力產生不利影響，導致粘接強度值低于酸蝕表面[19]。Ceballo等[20]認為Er：YAG激光蝕刻導致膠原纖維發生變性并相互融合，膠原纖維空間結構的喪失阻礙了粘接劑在纖維內的均勻滲透，是粘接強度降低的主要因素。Cardoso等[21]指出激光處理后牙本質表面形成的不規則性粗糙面將阻礙粘接劑在牙本質界面的均勻分布，進而導致粘接劑層的厚度不均，從而降低了粘接的有效性。此類粘接測試結果的不同與激光設備、參數設置及試驗方法等選擇不同有關。此外，本試驗中，各組斷裂類型均以混合破壞為主，其次為界面破壞，內聚破壞類型最少。雖然隨著激光能量的增加，混合破壞類型的發生比例略有升高，但組間差異并無統計學意義，即激光處理不影響粘接的斷裂模式。

綜上，與單純使用磷酸處理比較，50mJ或70mJ的Er：YAG蝕刻根面均可完全去除玷污層，有效粗化表面，提供良好的微機械鎖合結構和粘接界面形貌，促進牙體與樹脂粘接劑的牢固結合，可代替磷酸處理，有望成為一種良好的根面粘接預處理方式。但本試驗未與磷酸、激光聯合處理的蝕刻效果進行對比，且試驗的最佳激光能量能否與臨床保持一致，均需進一步的研究。此外，本試驗激光蝕刻效果僅在粘接強度方面可替代酸蝕處理，而在微滲漏、防脫礦能力、粘接持久性等綜合粘接性能方面尚未研究，有待進一步探索。

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（收稿日期：2022–09–01）

（修回日期：2022–12–21）