模拟与测量咬合面侵蚀性牙体磨损的“搓揉滚动”法及非接触式轮廓测量法

摘要

Rub&Roll 可模拟咀嚼周期，能够调节咀嚼力、滑动距离、咀嚼速度、循环次数和频率，并结合侵蚀性和磨损性挑战，实现对口腔老化的复杂模拟。

摘要

咀嚼、饮水以及偶尔的磨牙会在人的一生中导致生理性的牙齿磨损。过度的刺激，例如磨牙症或习惯性咀嚼异物，可能导致过度磨损。近年来，人们已认识到酸蚀在加速机械性牙齿磨损中的作用，但化学性与机械性磨损过程之间的相互作用尚未得到广泛研究。本实验室近期推出了一种新型口腔磨损模拟装置“Rub&Roll”，该装置可让用户在腐蚀性和/或磨蚀性环境中独立或同时进行磨损与负载研究。本文描述了该装置的一项应用：在模拟咀嚼运动中，对拔除的人类（前）磨牙进行机械与酸蚀联合负载实验，精确控制力、速度、液体和时间参数，并结合非接触式轮廓测量技术对所产生的磨损模式进行可视化观察与定量测量。实验中在最高负载条件下形成的咬合面形态与临床所见的酸蚀性磨损表现非常相似。

引言

口腔可被视为一种严苛的环境：湿度、因摄入冷热食物引起的温度变化，以及来自人体最强肌肉之一的机械负荷。然而，牙齿具备极佳的结构以应对这些挑战。牙釉质非常坚硬，其下方的牙本质则可防止相对脆性的牙釉质发生断裂。这两种组织中的无机成分——羟基磷灰石——溶解度极低，并与过饱和的唾液保持平衡状态。咀嚼、饮水以及偶尔的磨牙会在一生中导致生理性的牙齿磨损。^1,2,3严重的挑战，例如磨牙症或习惯性咀嚼异物，可能导致过度磨损。近年来，人们已认识到侵蚀在加速机械性牙齿磨损中的作用。牙齿侵蚀已被广泛研究 体外但所使用的模型通常较为简单，且大多忽略了力学因素。因此，化学与机械磨损过程之间的临床相互作用尚未被充分理解⁴.

许多 体外 侵蚀与侵蚀性磨耗研究通常采用将平整抛光的釉质或牙本质样本浸入简单酸性溶液中，通过测量显微硬度损失或采用轮廓仪法作为评估手段⁵引入研磨成分通常涉及刷牙动作，有时也包括舌部或牙釉质牙尖的滑动接触。⁶此类研究表明，釉质侵蚀会导致表面形成一层软化的表层，易于发生磨损。通常需要平面样本，因为机械加载装置无法处理不平整的表面....

方案

本实验所用牙齿的收集均遵循地区医学伦理委员会的指导原则。

1. 标本采集与样本制备

1. 从牙科诊所收集24颗健康的离体人类（前）磨牙，使用低速手机配合浮石粉刷洗，直至牙齿表面清洁（无碎屑、无牙龈残留物）且光滑，最后在流动的自来水下冲洗15秒。
2. 将样本嵌入以适配设备圆柱体的凹槽（12 mm × 15 mm × 27.5 mm）。
   1. 将印模材料（一根 113 g）置于加热板（50 °C）上熔化 °C) 约10分钟，将磨牙的咬合面浸入熔融物质中，覆盖整个咬合面。将磨牙倒置于显微镜载玻片上，向下按压，直至所有杯状尖端均接触玻璃表面，静置等待 ± 30 秒，直至印模材料冷却并固化，以固定牙齿。
   2. 使用注射器将10 mL聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）混合物倒入内径为12 mm × 15 mm × 27.5 mm的硅胶模具中。在通风橱中用刮刀混合PMMA（比例为13 g聚合物∶10 mL单体），持续约25秒。静置15秒，使产生的气泡逸出后再使用。
   3. 将载玻片倒置，使磨牙悬置于充满PMMA的硅胶模具中。下压载玻片直至其接触模具。在室温下，浇注过程持续约1.5分钟。
   4. 在室温及1,000 hPa条件下使PMMA固化20分钟后，取下显微镜载玻片，并从硅胶模具中取出包埋的牙齿。
   5. 用配备16 mm铣刀的铣床从底部逐步去除固化后的PMMA，测....

结果

我们将人磨牙（每组 n = 8）置于 Rub&Roll 装置中，在 pH 4.8 的酸性水溶液中暴露 3 个月，相当于约 6 年的临床使用时间。施加的机械载荷分别为：无载荷（0 N）、30 N 或 50 N。

三组的平均咬合面高度损失分别为：76 ± 20 µm 0 N时为161 ± 40 µm 30 N时；以及266 ± 101 µm 50 N图2）。机械负荷下的磨蚀性磨损在咬合牙尖顶端形成了类似浅碟状的病损，与临床上称为“凹陷磨损”（cupping）的牙体磨蚀现象极为相似。图3 和 图4).

讨论

本文所展示的应用很好地体现了Rub&Roll的临床相关性。在最高载荷水平实验中形成的咬合面形态与侵蚀性牙体硬组织缺损的临床表现非常相似（图5）^11,12。

该装置的多功能性首先体现在所使用的溶液上。在最简单的模型中，可以使用水。例如，在测试粘接强度之前，将样品置于水介质中可用于模拟复合树脂修复粘接剂的老化过程¹³。在更具临床相关性的模型中，可用水替代人工唾液。还可添加纤维等研磨性成分，以模拟咀嚼研磨性食物的过程。在以咀嚼磨损为研究目标的情况下，甚至可直接使用完整的食物样品。对于单纯的侵蚀性磨损，溶液可配制为模拟软饮料或果汁的成分。

其次，如示例所示，可通过改变样本的位置来调整载荷。载荷限制在约 75 N，但这仍远在正常咀嚼力的范围内¹⁴。通过.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
低速手机	德国莱特基希		牙科设备
手柄刷	KAVO，德国莱特基希		牙科设备
Pumish			牙科设备
人类第三磨牙
印模膏绿色	Kerr，比奥焦，瑞士	货号 00444
显微镜载玻片	Menzel，德国不伦瑞克		76 × 26 毫米
Autoplast 冷固化义齿基托材料	Candulor，Wangen，瑞士
内径为 12 x 15 x 27.5 的硅胶模具	3M Espe Neuss，德国	表达STD
压力容器	Al Dente，梅肯贝uren，德国	581-009-024/25
铣刀 ø16 mm	德国，格式	HSSCo8 编号 21691600
铣床	Weiss机床工具	WMD 20 LV
揉搓&Roll	荷兰奈梅亨 UMCN		技术研讨会
揉搓&Roll 容器	荷兰奈梅亨乌得勒支大学医学中心		技术研讨会
揉搓&Roll 圆柱形样品架	荷兰奈梅亨乌得勒支大学医学中心		技术研讨会
揉搓&Roll 电机	荷兰奈梅亨乌得勒支大学医学中心		技术研讨会
垫片：硅胶板，厚度 1 mm / 1.5 mm，60 个 ± 5° Shore A，红色	Peter van den Berg 密封技术，Barendrecht
乳酸 优级纯 88%	布姆，荷兰	CAS号：79-33-4
二水合氯化钙 CaCl₂2 .2H2O	默克，德国达姆施塔特	CAS号：10043-52-4
磷酸二氢钾 KH2PO4	默克，德国达姆施塔特	CAS号：7778-77-0
用于合成的三水合氯胺T（钠盐） CH3C6H4SO2NClNa·3H2O	德国达姆施塔特默克公司	CAS号：7080-50-4
氟化钠标准溶液 1000 mg/L F Certipur	默克，德国达姆施塔特	CAS编号：7681-49-4
去离子水
氢氧化钾，颗粒，EMSURE 分析纯试剂，KOH	默克，德国达姆施塔特	CAS号：1310-58-3
PVC 管（硬度73 Shore A），外径14 mm，内径10 mm	德语 & NEUMANN，德国	货号 3501014
插入316不锈钢（硬度130）–150 HB，直径 9 mm	荷兰奈梅亨乌特勒支医学中心		技术研讨会
pH玻璃电极	WTW，德国韦尔海姆	Sentix 61 103640
非接触式轮廓仪 Proscan 2100	Scantron 工业产品有限公司，英国汤顿		http://www.scantronltd.co.uk
软件版本 Proscan 2100 2.1.1.15A+，传感器 S29 / 10-10000 微米	Scantron Industrial Products Ltd，英国汤顿
软件版本 Proform	Scantron Industrial Products Ltd，英国汤顿
Leica 体视显微镜	www.leica-microsystems.com	M50
佳能照相机	佳能日本	EOS 50D
注射器	BD Plastipak，西班牙	20 ml
加热板	Schott instruments Mainz	SLK1
硅橡胶印模材料（Vinyl Polysiloxane Expres）	3M Espe，美国	常规
搅拌板	IKA Werke，德国	KMO2 基础款