鄭小婉　秦　璐　張冠民　趙　穎

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院口腔科,北京 100053)

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Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)黏接效能的實驗研究

鄭小婉秦璐張冠民趙穎*

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院口腔科,北京 100053)

【摘要】目的 比較Er∶YAG激光蝕刻與傳統(tǒng)磷酸酸蝕牙釉質(zhì)表面后正畸托槽的黏接效果。方法選取因正畸需要而拔除4顆前磨牙的患者26例共104顆牙。每位患者的4顆離體前磨牙采用抽簽法隨機分入4組中，各組分別采用磷酸或不同工作參數(shù)的 Er∶YAG激光處理牙釉質(zhì)表面：A組35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))磷酸酸蝕，B組Er∶YAG激光蝕刻(能量200 mJ、頻率30 Hz、水量6/8),C組Er∶YAG激光蝕刻(能量250 mJ、頻率30 Hz、水量6/8)和D組Er∶YAG激光蝕刻(能量300 mJ、頻率20 Hz、水量6/8)。應(yīng)用掃描電鏡下觀察牙釉質(zhì)表面微結(jié)構(gòu)變化；應(yīng)用原子力顯微鏡觀測其表面粗糙度和表面峰峰值，然后黏接托槽并進行抗剪切強度和黏接劑殘余指數(shù)的測定。結(jié)果掃描電鏡下觀察牙釉質(zhì)表面，4組都表現(xiàn)為釉柱中心凹陷，呈Ⅰ型酸蝕模式。C組蜂窩狀邊界最清晰。4組間表面粗糙度差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，其中A組最低，B、C、D 3組隨激光能量值提高而增加。牙釉質(zhì)表面峰峰值D組最大，A組最小。抗剪切強度A組最高，C組與A組最接近,兩組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。4組間的黏接劑殘余指數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論在合適工作參數(shù)下，Er∶YAG激光蝕刻后，牙釉質(zhì)表面形貌和黏接效能與35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))磷酸酸蝕后效果相近。

【關(guān)鍵詞】Er∶YAG激光；蝕刻；抗剪切強度；掃描電鏡；原子力顯微鏡；表面粗糙度

將托槽黏接于牙釉質(zhì)表面是固定矯治技術(shù)臨床操作的第一步，黏接前對牙釉質(zhì)表面的酸蝕處理是提高托槽黏接強度的重要步驟。引入臨床近40年的磷酸酸蝕劑法，給固定矯治技術(shù)帶來了革命性的變化。但文獻[1-2]報道酸蝕劑法具有使牙釉質(zhì)脫礦導(dǎo)致矯治過程中托槽周邊患齲率升高的潛在缺點而且再黏接強度明顯下降。早期有低能量激光和Nd∶YAG激光處理可增強牙釉質(zhì)表面耐酸性，降低齲病發(fā)生的報道。1990年Hoke等[3]報道了波長為2 940 nm的Er∶YAG激光，最易被水分子和羥基磷灰石吸收，利用水分子鍵斷裂形成微爆破可有效切割牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)，是第1個被應(yīng)用于牙體硬組織的激光。有文獻[4-5]表明激光蝕刻牙釉質(zhì)使其表面溫度升高，但溫度升高的程度不會對牙髓造成損害。

掃描電鏡下觀察Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)表面可見與磷酸酸蝕相似的表面微結(jié)構(gòu)[6]。有研究[7-8]表明Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)可達(dá)到與磷酸酸蝕相近的抗剪切強度，認(rèn)為激光蝕刻牙釉質(zhì)可替代磷酸酸蝕，但有研究[9-10]顯示激光蝕刻不能達(dá)到與磷酸相近的抗剪切強度，認(rèn)為激光蝕刻牙釉質(zhì)不能代替磷酸酸蝕。

本研究擬采用不同工作參數(shù)的Er∶YAG激光，對照磷酸酸蝕劑法處理牙釉質(zhì)表面，觀察其微結(jié)構(gòu)變化，測定表面粗糙度、表面峰峰值、托槽黏接的抗剪切強度及黏接劑殘余指數(shù),從宏觀到微觀系統(tǒng)地探討Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)的黏接效能,并確定Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)的最佳工作參數(shù)范圍。

1材料和方法

1.1樣本采集入組

收集26名患者的因正畸治療需要同時拔除的4顆離體前磨牙共104顆。要求冠部牙釉質(zhì)完整，無齲損、無充填體、無礦化不全等牙體硬組織缺損且未經(jīng)過根管治療。將每名患者的4顆離體前磨牙隨機分入A、B、C、D 4組，每組26顆。

1.2樣本處理

1.2.1離體牙保存

拔除后的離體牙,為防止細(xì)菌積聚，立即浸泡于1%(體積分?jǐn)?shù))麝香草酚溶液中，24 h后置于37 ℃蒸餾水中保存，每周更換蒸餾水，保存時間不超過6個月。

1.2.2離體牙牙釉質(zhì)表面處理

先使用低速手機、橡皮杯及不含氟的拋光膏清潔離體牙頰面20 s，然后分組對每顆離體牙牙冠頰面中1/3 進行處理。

A組：采用35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))磷酸酸蝕劑(格魯瑪酸蝕劑，賀利氏古莎，德國)酸蝕60 s，蒸餾水沖洗。B、C、D組均采用波長2 940 nm的Er∶YAG激光(LiteTouchTM，Syneron，以色列)，采用直徑1.3 mm，長度19 mm的光纖工作尖，工作距離2 mm，工作角度60°，按照以下不同工作參數(shù)蝕刻15 s。B組：能量200 mJ、頻率30 Hz、水量6/8；C組：能量250 mJ、頻率30 Hz、水量6/8；D組：能量300 mJ、頻率20 Hz、水量6/8。然后徹底吹干15 s。

1.2.3原子力顯微鏡觀測樣本處理

采用抽簽法隨機抽取4名患者的離體前磨牙，將每個患者的4顆離體牙隨機分入A、B、C、D組，每組4顆。首先將每個離體牙樣本分別包埋于自制模具(直徑2 cm，高4 cm的圓柱體)中，將每個患者的4顆離體牙模具同時置于磨光機(EcoEet 250 Pro，Buehler，德國)的載物孔中。使用磨光機(壓力：100 N, 轉(zhuǎn)速：100 r/min, 金剛砂紙：1200)同時進行表面磨光處理，時間為5 min，使前磨牙弧形的頰面呈現(xiàn)為較平坦的牙釉質(zhì)平面。再按照本文中牙釉質(zhì)表面處理的方法分別對A、B、C、D 4組樣本進行處理。之后，對樣本進行再次磨光處理(壓力：100 N，轉(zhuǎn)速：50 r/min，金剛砂紙：1200),磨光時間為1 min。然后存放于干燥器中24 h。使用原子力顯微鏡(Prima,NT-MDT,俄羅斯)進行接觸模式觀測,觀測探針型號為CSG01(NT-MDT,俄羅斯)。

1.2.4掃描電鏡觀測樣本處理

采用抽簽法隨機抽取2名患者的離體前磨牙共8顆。每個患者的4顆離體前磨牙隨機分入A、B、C、D組，每組2顆。完成以上牙釉質(zhì)表面處理，存放于干燥器中24 h。將每個樣本固定于試件臺上，應(yīng)用離子噴涂儀(Jfc-1100，島津，日本)噴金處理(電流：5～10 mA,電壓：1.2 kV,噴金時間：5 min)。用洗耳球輕輕吹去可能殘留于樣本表面的雜質(zhì)后，將樣本放置于掃描電鏡(EVO 18,ZEISS,德國)真空發(fā)射場內(nèi)觀察牙釉質(zhì)表面微結(jié)構(gòu)觀察。

1.2.5離體牙黏接托槽

首先在已處理的牙釉質(zhì)表面涂布光固化正畸黏接劑前體(Transbond MIP，3M，美國)，氣槍吹勻，然后將備有光固化正畸黏接劑(Transbond XT，3M，美國)底板面積為9.99 mm2的前磨牙托槽(Z2矯治器，奧杰，中國)置于其上并緊壓，使用探針將托槽四周溢出的多余黏接劑去除干凈。使用光固化燈(F02616，SATELEC，法國)在托槽的合方和齦方各照射20 s，然后將每組20個樣本放在37 ℃水浴中保存24 h。

1.3觀測方法及觀測指標(biāo)

1.3.1牙釉質(zhì)表面微結(jié)構(gòu)

采用掃描電鏡分別對4組前磨牙頰面牙釉質(zhì)表面酸蝕和蝕刻區(qū)域進行觀察。

1.3.2牙釉質(zhì)表面粗糙度(surface roughness)和表面峰值(P-P)

采用原子力顯微鏡分別對4組前磨牙牙釉質(zhì)表面酸蝕和蝕刻區(qū)域的三維形貌進行觀測，將每個樣本牙釉質(zhì)表面劃分為5個區(qū)域(左上區(qū)、右上區(qū)、左下區(qū)、右下區(qū)以及中間區(qū))，從每一區(qū)域中各隨機選擇一30 μm×30 μm的觀察范圍進行觀測，每個區(qū)域都無重疊，測定樣本的表面粗糙度和表面峰峰值并記錄。

1.3.3抗剪切強度(shear bond strength，SBS)

將已黏結(jié)托槽的樣本包埋于樹脂基臺中，基臺固定于萬能試驗機(3367,Instron公司,美國)的試架臺上，萬能試驗機的加載頭平行于托槽底板,從冠方向根方以1 mm/min的速度對托槽切端持續(xù)加載，直至托槽脫落。記錄每組離體牙的抗剪切力的最大值，然后根據(jù)前磨牙托槽底板面積計算得到抗剪切強度?？辜羟袕姸?Pa)=抗剪切力(N)/托槽底板面積(m2)。

1.3.4黏結(jié)劑殘余指數(shù)(adhesive remnant index，ARI)

應(yīng)用立體顯微鏡(220670，Olympus公司,日本)觀測托槽脫落后各離體牙牙釉質(zhì)表面ARI指數(shù)[11]并記錄。ARI分級標(biāo)準(zhǔn)為：1分，無黏結(jié)劑殘留于牙齒表面；2分，<50%的黏結(jié)劑殘留于牙體組織表面；3分，≥50%的黏結(jié)劑殘留于牙體組織表面；4分，所有的黏結(jié)劑均殘留于牙體組織表面。

1.3.5牙釉質(zhì)-黏接劑界面的觀察

使用專用切片機(IsoEet Low Speed SAW， Buehler公司，德國)垂直于頰面方向沿牙體長軸頰舌向剖開，在15%(體積分?jǐn)?shù))鹽酸溶液中浸泡15 s，震蕩30 s，存放于干燥器中24 h。應(yīng)用離子噴涂儀對樣本進行噴金處理，對牙釉質(zhì)-黏接劑界面進行掃描顯微鏡觀察。

1.4統(tǒng)計學(xué)方法

2結(jié)果

2.1牙釉質(zhì)表面微結(jié)構(gòu)的比較

掃描電鏡下觀察可見A組和B、C、D組牙釉質(zhì)表面形態(tài)相似，表現(xiàn)為較均勻的鱗狀外觀，釉柱中心凹陷，呈現(xiàn)Ⅰ型酸蝕模式。其中，A組牙釉質(zhì)表面可見有較多碎屑；B、C組牙釉質(zhì)表面均勻，形態(tài)統(tǒng)一,牙釉質(zhì)碎屑較少，但C組釉柱邊界更清晰；D組牙釉質(zhì)表面可見較多的裂隙和牙釉質(zhì)斷層，釉柱環(huán)狀凹陷邊界不清，存在熔融區(qū)(圖1)。

圖1　掃描電鏡下觀察各組牙釉質(zhì)表面微結(jié)構(gòu)

A：Group A showed more debris; B：the honeycomb border of group B showed less debris; C:Honeycomb border of group C was the most clearly. D: Enamel surface of group D showed more cracks and melt areas; SEM:scanning electron microscope.

2.2牙釉質(zhì)表面粗糙度和表面峰峰值的比較

原子力顯微鏡下觀測各組牙釉質(zhì)表面三維形貌，可見4組牙釉質(zhì)表面粗糙不平，脊和溝數(shù)量不同。相比于原子力顯微鏡觀測確定的“0”點平面，A組牙釉質(zhì)表面脊的數(shù)量較多，可見較多淺溝(淺裂隙)，表面粗糙度為(69.39±7.60)nm；B組牙釉質(zhì)表面脊和溝數(shù)量相當(dāng)；C組牙釉質(zhì)表面溝的數(shù)量明顯多于脊，深溝(裂隙)數(shù)量較多；D組牙釉質(zhì)表面深溝數(shù)量最多，且深度較大(圖2，圖3)。B、C、D組牙釉質(zhì)表面粗糙度遞增，A組與B、C、D組間牙釉質(zhì)表面粗糙度均差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。A組平均P-P值較小，C組平均P-P值最大，且與A、B、D組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)(表1)，但D組每樣本的最大P-P值明顯高于前3組(表2)。

圖2　原子力顯微鏡觀測各組牙釉質(zhì)表面三維形貌(30 μm×30 μm)

A：35% acid etching；B：Er:YAG laser etching(parameter:200mJ，30Hz，6/8water)；C：Er:YAG laser etching(parameter:250mJ，30Hz，6/8water)；D：Er:YAG laser etching(parameter:300mJ，20Hz，6/8water); The 3D morphology of enamel surface of each group was observed under atomic force microscope, and the surface was rough, and the number of ridges and grooves were different； AFM：atomic force microscope.

圖3　AFM鏡下牙釉質(zhì)表面形態(tài)高度差

A:The enamel surface of group A showed a larger number of ridges; B: The number of grooves was similar to ridges in the enamel surface of group B; C:Group C enamel surface groove significantly was greater than the number of ridge, deep groove of the large number (crack); D: Group D enamel surface deep groove, the amount and depth was larger; AFM：atomic force microscope.

表1　磷酸酸蝕和不同工作參數(shù)

表2　4組間牙釉質(zhì)表面最大P-P值的比較

2.3黏接劑殘余指數(shù)的比較

A、B、C、D 4組的黏接劑殘余指數(shù)計分主要集中于1分和2分(A組20個樣本中共有17個樣本的黏接劑殘余指數(shù)計分為1或2，B組有18個，C組有17個，D組有19個)，即牙釉質(zhì)表面黏接劑殘留量多為0～50%。4組間黏接劑殘余指數(shù)間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=2.991，P>0.05，表3)。

2.4抗剪切強度的比較

A組的抗剪切強度最高為(25.09±5.19)MPa，與C組抗剪切強度(23.37±4.28)MPa,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，但與B組(20.63±4.94)MPa、D組(16.17±3.63)MPa間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，而B、C、D 3組間兩兩比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,表4)。

表3　磷酸酸蝕和不同工作參數(shù)的Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)表面黏接劑殘余指數(shù)的比較

ARI:adhesive remnant index.

2.5牙釉質(zhì)-黏接劑界面結(jié)構(gòu)的比較

掃描電鏡下從牙齒剖面觀察牙釉質(zhì)-黏接劑界面，A組可見牙釉質(zhì)表面規(guī)律排列的樹脂突，長度和形態(tài)基本一致；B組可見黏接界面呈連續(xù)的凹凸起伏，但未觀察到明顯的樹脂突；C組樹脂突形態(tài)與A組相似，長度更長，但數(shù)量較少；D組在同樣放大倍數(shù)(1 000×)下可見滲入牙釉質(zhì)表面的黏接劑基底寬大，末端狹長延伸至牙釉質(zhì)表面深層(圖4)。

3討論

3.1離體牙入組的設(shè)計

牙齒發(fā)育的各個階段會受到基因、環(huán)境、表觀遺傳等因素的調(diào)控，造成牙齒表型的不同。有研究[12]顯示，具有相同基因型的同卵雙生子間的牙齒表型也有差異。本研究將收集的每名患者的4顆離體前磨牙隨機分入A、B、C、D 4組中(26名患者，每名患者4顆離體前磨牙，共104顆，每組26顆)，相當(dāng)于每組樣本間為自身對照，最大限度地減少了因患者的性別、年齡、生長環(huán)境、生活習(xí)慣等的不同而造成的樣本牙釉質(zhì)表面初始微結(jié)構(gòu)的差異。從而增強了研究結(jié)果的可信度。

3.2不同方法處理牙釉質(zhì)表面后表面形貌和牙釉質(zhì)-黏接劑界面結(jié)構(gòu)的變化

波長為2 940 nm的Er∶YAG激光在蝕刻牙釉質(zhì)表面的過程中,激光能量被牙釉質(zhì)中的水和羥磷灰石吸收,使牙釉質(zhì)表面水分子鍵斷裂，產(chǎn)生微爆破，從而達(dá)到去除硬組織的目的。Kwon等[13]研究Nd∶YAG激光處理牙釉質(zhì)表面，可見火山口樣凹陷，伴有牙釉質(zhì)的熔融和凝固，且每個凹陷內(nèi)有大量的微孔存在。

圖4　掃描電鏡下觀察各組牙釉質(zhì)-黏接劑黏接界面

A:The resin tags of enamel-bonding interface showed a similar morphology and length in group A; B: The interface of group B showed the continuous of bump ups and downs, the resin tags were not seen; C:The resin tags in group C was similar to group A, and was longer than that of in group A; D:The adhesive in the interface showed a wide basement and a narrow bottom stretched into the enamel surface.

Artun等[11]發(fā)現(xiàn)Nd∶YAG激光作用后牙釉質(zhì)表層出現(xiàn)廣泛裂隙，可能會導(dǎo)致黏接強度減弱。但未對其他參數(shù)設(shè)置下的Nd∶YAG激光照射效果進行比較。Trün等[14]應(yīng)用不同功率的Er,Cr:YSGG激光蝕刻牙釉質(zhì)與磷酸酸蝕相比較：磷酸酸蝕牙釉質(zhì)可見較均勻的表面，酸蝕區(qū)域為釉柱中心和釉柱間質(zhì)，呈現(xiàn)Ⅲ型酸蝕模式；0.75W Er,Cr:YSGG激光蝕刻牙釉質(zhì)可見釉柱凹陷，釉柱間質(zhì)未見明顯減少，呈現(xiàn)Ⅰ型酸蝕模式；1.5W Er,Cr:YSGG激光蝕刻可見釉柱間質(zhì)明顯減少，呈現(xiàn)Ⅱ型酸蝕模式。而同樣是Er,Cr:YSGG激光，喬麗艷等[15]將激光參數(shù)設(shè)置為6 W照射牙釉質(zhì)后，可見牙釉質(zhì)表面不平，呈鱗片狀,釉質(zhì)結(jié)構(gòu)清晰可見,但作者并未對激光處理后牙釉質(zhì)表面形貌與常見酸蝕模式比對分類。分析文獻[13-15]可得出，應(yīng)用不同種類激光或使用不同工作參數(shù)設(shè)置的激光蝕刻牙釉質(zhì)，牙釉質(zhì)表面微結(jié)構(gòu)可呈現(xiàn)不同的改變。本研究在預(yù)實驗階段，采用了5種不同工作參數(shù)設(shè)置(能量150～400 mJ，頻率15～45 Hz，水量6/8)的Er∶YAG激光進行牙釉質(zhì)蝕刻，并與磷酸酸蝕牙釉質(zhì)后托槽的抗剪切強度進行了小樣本對比，發(fā)現(xiàn)Er∶YAG激光在能量200～300 mJ，頻率20～30 Hz，水量6/8區(qū)間內(nèi)可達(dá)到接近或高于磷酸酸蝕的抗剪切強度，所以本研究選定B、C、D 3組工作參數(shù)Er∶YAG激光與磷酸酸蝕進一步比較研究。應(yīng)用4種不同方法處理牙釉質(zhì)后在掃描電鏡下觀察其表面，可見4組均表現(xiàn)為較均勻的鱗狀外觀，釉柱中心凹陷，呈現(xiàn)Ⅰ型酸蝕模式，與Lee等[6]的研究結(jié)果相似。Er∶YAG激光工作參數(shù)為能量250 mJ、頻率30 Hz、水量6/8時蝕刻牙釉質(zhì)表面的鱗狀外觀最清晰。當(dāng)Er∶YAG激光工作參數(shù)為能量300 mJ、頻率30Hz、水量6/8時牙釉質(zhì)表面釉柱環(huán)狀凹陷的邊界不清，存在部分熔融區(qū)。這可能由于相同頻率下，Er∶YAG激光能量加大，使激光的能量密度相對增加，導(dǎo)致牙釉質(zhì)表面溫度升高，激光的光熱效應(yīng)成為主要作用。有研究[7-8]顯示激光在蝕刻牙釉質(zhì)過程中持續(xù)噴水，牙釉質(zhì)表面溫度升高的程度并不會對牙髓組織造成傷害。在牙釉質(zhì)黏接界面剖面的觀察中，Tengrungsun等[16]研究對比了使用38%磷酸酸蝕和Er∶YAG激光蝕刻后進行黏接的牙釉質(zhì)-黏接劑界面，發(fā)現(xiàn)激光蝕刻組樹脂突數(shù)量少，磷酸酸蝕組可見較多樹脂突。本研究Er∶YAG激光在工作參數(shù)為250 mJ、頻率30Hz、水量6/8時黏接界面剖面觀察可見樹脂突形態(tài)與磷酸酸蝕組相似，但數(shù)量較磷酸酸蝕組少，長度較長。Er∶YAG激光工作參數(shù)為能量300 mJ、頻率20 Hz、水量6/8時黏接界面可見滲入牙釉質(zhì)表面的黏接劑基底寬大，末端狹長。這可能是由于Er∶YAG激光在此種參數(shù)設(shè)置下蝕刻牙釉質(zhì)，使牙釉質(zhì)表面產(chǎn)生熔融區(qū)，且牙釉質(zhì)表面裂隙較多、較深，使?jié)B入的黏接劑呈現(xiàn)較寬大的基底和狹長的末端。牙釉質(zhì)表面裂隙產(chǎn)生的原因，可能有3個：一是牙釉質(zhì)表面本身存在裂隙；二是牙釉質(zhì)表面處理導(dǎo)致裂隙出現(xiàn)；三是應(yīng)用掃描電鏡觀察前樣本干燥的步驟也可能造成牙釉質(zhì)表面出現(xiàn)裂隙。本研究中掃描電鏡下觀察4組牙釉質(zhì)表面均可見到裂隙，D組裂隙較多，A組裂隙最長，但并未對處理前的牙釉質(zhì)表面進行觀察，無法判斷是否與不同的牙釉質(zhì)表面處理方法有關(guān)。

3.3不同方法處理牙釉質(zhì)后表面粗糙度的比較

理想的牙釉質(zhì)表面處理方法，一方面需要最大化地粗化牙釉質(zhì)表面以增加黏接面積，而獲得更大的黏接強度；另一方面應(yīng)避免由于改變牙釉質(zhì)表面的微結(jié)構(gòu)而增加牙釉質(zhì)的易患齲性。本研究中相比于Er∶YAG激光蝕刻組，磷酸酸蝕組的表面粗糙度均值和最大P-P值、平均P-P值均最小，但表面微結(jié)構(gòu)中脊的數(shù)量遠(yuǎn)多于其他3組，對應(yīng)抗剪切強度最大。隨著Er∶YAG激光工作參數(shù)加大，牙釉質(zhì)表面粗糙度加大；同時樣本的最大P-P值也隨著激光參數(shù)值增加而加大，但平均P-P值C組最大D組牙釉質(zhì)表面粗糙度最大，所有樣本中3個最大P-P值也均出現(xiàn)在D組，但其抗剪切強度卻最低。分析原因，可能因為Er∶YAG激光能量設(shè)置過大，激光作用區(qū)域溫度升高產(chǎn)生熔融效應(yīng)，使牙釉質(zhì)表面熔融，因此牙釉質(zhì)表面平均P-P值小于C組；最大P-P值對應(yīng)表面處理后產(chǎn)生的裂隙深度，D組深裂隙多于其他組，且裂隙深度最大，反而導(dǎo)致黏接強度下降。C組Er∶YAG激光蝕刻后牙釉質(zhì)表面平均P-P值最大，但淺裂隙多于D組，深裂隙較少，對應(yīng)著黏接強度大于B組和D組。粗糙度的改變對托槽的黏接強度有影響，同時對牙釉質(zhì)的耐酸性可能也有影響。研究[3-4,17]顯示激光能在一定程度上改變牙釉質(zhì)表面形態(tài)，產(chǎn)生熔融和釉質(zhì)晶體的再結(jié)晶，封閉了牙釉質(zhì)表面從而減低牙釉質(zhì)表面脫礦，使牙釉質(zhì)耐酸性增強。Kwon等[13]比較磷酸酸蝕和Nd∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)表面的結(jié)構(gòu)變化，表明激光照射可增強Ca/P比例，牙釉質(zhì)表面產(chǎn)生β-磷酸三鈣，增強牙釉質(zhì)的抗酸性并防止齲病的進程。但與Rodriguez-vilchis等[17]應(yīng)用不同工作參數(shù)Er∶YAG激光(12.7J/cm2、7.5 J/cm2、11 J/cm2)照射牙釉質(zhì)后，比較牙釉質(zhì)表面形成的火山口樣結(jié)構(gòu)及其周圍牙釉質(zhì)內(nèi)的Ca、P、O、Cl比重的變化。結(jié)果表明Ca、P、Cl 3種元素的比重在火山樣結(jié)構(gòu)及其周圍牙釉質(zhì)內(nèi)均有顯著變化。當(dāng)激光應(yīng)用較低能量密度(7.5 J/cm2)照射牙釉質(zhì)時，Ca比重顯著增加。但能量密度較高時(12.7 J/cm2、11 J/cm2)，牙釉質(zhì)表面火山口樣結(jié)構(gòu)處的Ca比重并沒有增加。Osagh等[19]認(rèn)為盡管應(yīng)用較低能量密度照射牙釉質(zhì)表面后形成的火山口樣結(jié)構(gòu)可能會使細(xì)菌更容易積聚，但Ca元素比重的增加，也增強了牙釉質(zhì)表面的耐酸性。關(guān)于Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)表面粗糙度的變化及各元素比重的變化對牙釉質(zhì)抗齲性的影響仍需進一步研究。

3.4不同方法處理牙釉質(zhì)表面黏接效能的比較

目前，常用托槽黏接的抗剪切強度和黏接劑殘余指數(shù)評價托槽的黏接效能。Dunn 等[9]研究表明，磷酸酸蝕組抗剪切強度明顯高于Er∶YAG激光蝕刻組且后者黏結(jié)劑殘余指數(shù)較磷酸酸蝕組小。該結(jié)論與Contrerasbulnes 等[10]研究結(jié)論相似，后者的研究證實Er∶YAG激光蝕刻后其剪切強度未達(dá)到常規(guī)托槽黏接所需要的剪切強度，但其同時提出不同參數(shù)激光蝕刻效果可能存在差異。而有的研究結(jié)果與之相反。Aleksic等[7]研究Er∶YAG激光蝕刻、磷酸酸蝕與兩者結(jié)合應(yīng)用的比較，幾組間抗剪切強度及黏結(jié)劑殘余指數(shù)的測定結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，表明激光蝕刻可產(chǎn)生與磷酸酸蝕相同的黏接效果。與Lan[8]的研究結(jié)果相似，其通過抗剪切強度測試分析表明兩種酸蝕技術(shù)黏接結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，但聯(lián)合應(yīng)用較單獨使用激光蝕刻或磷酸酸蝕效果更佳。也有部分研究者[19]通過改變激光蝕刻時間的長短、能量密度設(shè)置或是激光工作尖與牙釉質(zhì)距離和角度等來研究牙釉質(zhì)蝕刻效果的差異。Rizcalla等[18]通過改變激光的空氣壓力、水流速率和脈沖頻率來比較預(yù)備牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)速度的不同以及對表面形態(tài)作用的差異，得出在應(yīng)用Er∶YAG激光預(yù)備牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)中，微調(diào)各項參數(shù)是獲得高蝕刻率和較小表面損傷的關(guān)鍵。本研究在比較多種參數(shù)設(shè)置的預(yù)試驗基礎(chǔ)上比較3種不同參數(shù)設(shè)置的Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)與35%磷酸酸蝕的抗剪切強度，得出C組Er∶YAG激光(能量250 mJ、頻率30 Hz、水量6/8)蝕刻牙釉質(zhì)可達(dá)到與磷酸酸蝕組相近的抗剪切強度，且兩組間黏接劑殘余指數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。認(rèn)為在此參數(shù)設(shè)置下Er∶YAG激光蝕刻可達(dá)與磷酸酸蝕后牙釉質(zhì)的黏接效能相近。若將Er∶YAG激光牙釉質(zhì)蝕刻用于臨床替代磷酸酸蝕，就減少了沖凈牙面上酸蝕劑所需的時間，從而降低了酸蝕牙面被唾液再污染的風(fēng)險，間接地提高了托槽的黏接效能。

3.5未來的研究方向

目前仍處于應(yīng)用離體牙研究Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)效能的階段，其臨床應(yīng)用效果是否與本研究結(jié)果相一致仍是未知數(shù)。正畸臨床操作中托槽脫落常有發(fā)生，托槽的再黏接效能降低。有研究者將CO2激光用于牙釉質(zhì)的再蝕刻過程，其研究結(jié)果顯示：初次蝕刻牙釉質(zhì)表面后的抗剪切強度明顯低于磷酸酸蝕，黏結(jié)劑殘余指數(shù)也較低；但激光再蝕刻牙釉質(zhì)表面后抗剪切強度明顯高于磷酸酸蝕[19-21]。那么，Er∶YAG激光在適當(dāng)參數(shù)設(shè)置下是否會更有益于牙釉質(zhì)的再蝕刻過程呢？本課題組將用以后的研究來驗證。

將工作參數(shù)設(shè)置為能量250 mJ、頻率30 Hz、水量6/8時Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)后表面形貌和牙釉質(zhì)-黏接劑界面樹脂突形態(tài)與35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))磷酸酸蝕后相似，且黏接效能與35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))磷酸酸蝕相近。在此工作參數(shù)設(shè)置下，Er∶YAG激光蝕刻牙釉質(zhì)后表面粗糙度和表面峰峰值較高，其對牙齒的長期影響仍需進一步研究。

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編輯慕萌

Effect of Er∶YAG laser etching on enamel surface

Zheng Xiaowan，Qin Lu，Zhang Guanmin，Zhao Ying*

(DepartmentofStomotology,XuanwuHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100053,China)

【Abstract】ObjectiveTo compare the effect of Er∶YAG laser etching on the surface of enamel with the phosphoric acid etching. MethodsA total of 104 extracted premolars were collected from 26 orthodontic patients. The four premolars of each patient were randomly divided into 4 groups (26 teeth/group)，and the enamel etching were done respectively with different methods or at different parameters: group A 35% phosphoric acid etching and three Er∶YAG laser groups (group B 200 mJ, 30Hz, 6/8 water; group C 250 mJ,30 Hz, 6/8 water; group D 300 mJ, 20 Hz, 6/8 water). Scanning electron microscope (SEM) was used to observe the morphology of enamel surface, and atomic force microscope (AFM) was used to measure the roughness of enamel. The shear bond strength (SBS) and adhesive remnant index (ARI) were surveyed after bracket bonding on the enamel surface. ResultsThe enamel surface of four groups showed a pattern in which there was a distinct hollowing of prism centers, called typeⅠetching pattern, with a generalized roughening enamel surface. The honeycomb border of group C was the clearest. The roughness value was raised with increasing laser parameters, and the significant statistical difference (P<0.01) existed among the four groups. The highest peak-peak values of enamel surface were in group D. Group A showed lowest peak-peak values. Group C has the most similar enamel-bonding interface morphology to that of group A. The highest SBS was measured in group A, group C has no statistically significant difference with group A (P>0.05). No statistical difference of ARI scores were found in the four groups (P>0.05). ConclusionYAG laser etching with appropriate parameter can achieve the similar enamel surface morphology and SBS to phosphoric acid etching.

【Key words】Er∶YAG laser; etching; shear bond strength (SBS); scanning electron microscope (SEM); atomic force microscope (AFM); surface roughness

*Corresponding author， E-mail：zhying19@aliyun.com

[doi：10.3969/j.issn.1006-7795.2016.03.007]

【中圖分類號】R 783.5

(收稿日期：2016-03-29)

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-06-0719∶07網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3662.r.20160607.1907.048.html

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