氧化锆是口腔修复治疗中常用的全瓷材料，其材质有着优良的机械性能，在全冠修复中保证修复体抗力的最薄厚度为0.7 mm，也可用于种植修复的大跨度桥体设计[1-2]。由于氧化锆本身属于惰性材料，常规浓度的氢氟酸、磷酸等酸蚀剂很难蚀刻其表面，常用的粘接前处理剂也很难与之发生化学反应，从而导致氧化锆的粘接性能相对较差[3]。在临床冠高度不足或者种植基台较短的病例中，氧化锆修复体更容易出现脱粘接的现象；在粘接桥、牙合贴面等主要倚靠粘接固位的修复体中也很少选择氧化锆材料，因此，限制了氧化锆的临床应用[4]。酸蚀是齿科粘接技术中最常用的粘接面处理方法[5-6]。近年来，多位学者研究并试图探索合适的酸蚀剂浓度或酸蚀条件，但尚未得出理想的酸蚀处理流程，粘接强度的提升也距临床需求有一定差距[7-9]。本研究通过改良的热酸蚀溶液配方处理氧化锆表面，探索该方法对氧化锆树脂粘接强度、表面晶相组成及挠曲强度的影响。
1 资料与方法
1.1 材料和仪器
材料包括钇稳定氧化锆[氧化锆(摩尔分数)97%, 三氧化二钇(摩尔分数)3%]试件，由蓝鲸陶瓷有限公司加工完成，有圆柱体(直径5 mm, 高度3 mm)及长方体(长度50 mm, 宽度4 mm, 高度1 mm, 四角为45°倒角，倒角长度0.1 mm)；树脂水门汀(RelyX U200, 3M ESPE公司, 美国)；磷酸酸蚀剂(Gluma Etch 35 Gel, Kulzer Gmbh公司, 德国)。
仪器包括万能力学试验机(WDW-10, 中仪仪器公司, 中国)、冷热循环模拟机(TC-501F, 金坛良友仪器公司, 中国)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM，S-4800, Hitachi公司, 日本)和X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD，Xpert-3, Malvern Panalytical公司, 荷兰)。
1.2 离体牛牙试件的制备
收集唇面釉质层完整且无明显裂纹的新鲜拔除的牛牙，去除表面牙结石及软组织，沿牙颈部截取牙冠，置入5 g/L氯亚明溶液中，4 ℃保存。使用自制圆柱形模具将牙冠包埋在自凝树脂中，唇面釉质暴露于圆柱顶端，流水下使用砂纸(180、360目)逐级打磨暴露平整釉质表面，暴露面积不小于7 mm×7 mm，蒸馏水超声清洗5 min后待用。
1.3 氧化锆试件的制备
将氧化锆试件在流水下使用180、240、360、800、1 200、2 000目砂纸逐级打磨，蒸馏水超声清洗5 min后干燥待用。
根据不同表面处理方式将氧化锆试件随机进行分组：(1)空白组(n=20)：蒸馏水超声清洗30 min，干燥；(2)喷砂组(n=20)：使用直径50 μm的三氧化二铝颗粒, 0.35 MPa压强下垂直于处理面10 mm处喷砂处理10 s，蒸馏水超声清洗30 min，干燥；(3)改良热酸蚀组(n=20)：使用80 mL N, N-二甲基甲酰胺(N, N-dimethylformamide, DMF)、20 mL 37%(质量分数)盐酸、1 g无水三氯化铁，制备混合酸蚀液，在100 ℃水浴下酸蚀处理60 min，蒸馏水超声清洗30 min，干燥。
1.4 表面形貌观察
选取空白组、喷砂组及改良热酸蚀组圆柱体氧化锆试件各一个，使用真空镀膜仪喷金处理80 s，SEM观察10 000倍及20 000倍下的表面形貌。
1.5 挠曲强度测试
选取空白组、喷砂组及改良热酸蚀组长方体氧化锆试件(每组n=10)，使用万能力学试验机行三点挠曲强度测试。测试夹具由两个中心跨度为12 mm、直径5 mm的支撑圆柱，及一个位于支撑圆柱中间的直径5 mm的加载圆柱构成。万能力学试验机压头速率为1 mm/min，记录断裂前的最大压力(F)。挠曲强度(R)根据下述公式计算，其中L为试件长度，b为试件宽度，h为试件厚度，
1.6 XRD分析
选取空白组、喷砂组及改良热酸蚀组圆柱体氧化锆试件各1个，使用XRD进行表面晶相分析，衍射角2θ的测试范围为15°~60°，记录氧化锆四方相t(111)及单斜相m(111)和m(${\rm{\bar 1}}$11)对应的2θ的最大峰面积(I)，根据下述公式计算单斜相比例(Xm)，
1.7 粘接试件的制备
牛牙釉质使用磷酸酸蚀30 s，加压水汽冲洗15 s，无油气枪吹干。使用树脂水门汀将空白组、喷砂组及改良热酸蚀组圆柱体氧化锆试件(n=20)粘接于牛牙釉质表面，就位后于垂直加压器加载10 N压力下维持20 s，用小毛刷去除多余树脂水门汀，光固化30 s。
1.8 冷热循环疲劳模拟
将空白组、喷砂组及改良热酸蚀组氧化锆/牛牙粘接试件(n=20)随机分为即刻组(n=10)和温度疲劳组(n=10)。即刻组粘接试件于室温下蒸馏水保存24 h；温度疲劳组进行冷热循环5 000次，循环周期为5 ℃/55 ℃水浴中交替停留30 s，间隔5 s。
1.9 剪切粘接强度
使用万能力学试验机进行剪切粘接强度(shear bond strengths, SBS)测试，压头速度设置为1 mm/min，记录空白组、喷砂组及改良热酸蚀组粘接试件断裂的最大载荷及断裂模式，最大载荷除以粘接面积用于计算SBS。体视显微镜下观察粘接试件的断裂模式，分类标准为釉质/树脂界面断裂、氧化锆/树脂界面断裂和混合断裂。
1.10 统计学分析
使用SPSS 25.0软件对挠曲强度、即刻SBS和疲劳后SBS数据进行统计分析。Shapiro-Wilk检验和Levene检验分别对数据进行正态性和方差齐性验证。单因素方差分析结合Tukey诚实显著性差异法比较各组间挠曲强度、即刻SBS及疲劳后SBS的差异(α=0.05)。
2 结果
2.1 SEM结果
空白组试件表面平整，可见散在打磨划痕；喷砂组试件表面存在不同深度划痕；热酸蚀组表面酸蚀面呈蜂窝状(图 1)。
图1 扫描电镜下各组氧化锆表面形貌Figure 1 Scanning electron microscope images of the zirconia surface morphology for each group A, blank group at ×10 000; B, sandblasting group at ×10 000; C, modified hot-etching group at ×10 000; D, blank group at ×20 000; E, sandblasting group at ×20 000; F, modified hot-etching group at ×20 000. |
2.2 挠曲强度结果
单因素方差分析提示各组间挠曲强度差异有统计学意义(F=10.56, P＜0.001)，组间比较结果提示喷砂组[(316.40±58.37) MPa]低于空白组[(415.30±47.64) MPa, P=0.001]及改良热酸蚀组[(398.77±47.94) MPa, P=0.004]，差异均有统计学意义；改良热酸蚀组略低于空白组，差异无统计学意义(P=0.756)。
2.3 XRD结果
如图 2，t代表四方相氧化锆衍射峰，m代表单斜相衍射峰，在空白组和热酸蚀组中单斜相m(111)衍射峰微弱，在喷砂组中可以检测到明显单斜相m(111)波峰。通过公式计算，空白组氧化锆中单斜相比例为8.18%, 喷砂组为28.34%, 热酸蚀组为9.69%。
2.4 SBS结果及断裂模式
即刻SBS结果，单因素方差分析提示各组间差异有统计学意义(F=18.03, P＜0.001), 改良热酸蚀组[(53.77±8.36) MPa]粘接强度显著高于喷砂组[(42.97±6.95) MPa, P = 0.004]与空白组[(35.50±4.72) MPa, P ＜0.001]，喷砂组与空白组之间差异无统计学意义(P = 0.054)。
温度疲劳后SBS结果，单因素方差分析提示各组间差异有统计学意义(F=6.94, P＜0.001), 空白组[(21.65±4.01) MPa]低于喷砂组[(29.37±5.73) MPa，P=0.017]和改良热酸蚀组[(30.69±7.36) MPa, P=0.005]，差异有统计学意义，喷砂组与改良热酸蚀组无统计学差异(P = 0.870)。断裂模式以氧化锆/树脂界面断裂为主(图 3)。
3 讨论
本研究中改良热酸蚀组即刻SBS显著提升，温度疲劳后，虽然各组的SBS均下降，但是改良热酸蚀组仍和喷砂组获得了类似的疲劳后SBS，这可能与氧化锆表面酸蚀出的蜂窝状结构有关。蜂窝状的粗糙表面增加了表面的粗糙度和粘接面积，有利于树脂水门汀渗入，形成了微机械嵌合，与既往研究[21]一致。