制造方式、底漆以及粘合剂聚合对定制舌侧托槽与烤瓷氧化锆结合强度的影响：一项体外研究

《PLOS One》：Effects of manufacturing modality, primer, and adhesive polymerization on the shear bond strength of customized lingual brackets to glazed zirconia: An in vitro study

　　氧化锆修复体表面定制舌侧托槽的粘接性能研究。通过三因素两水平实验，比较3D打印钴铬合金与铸造镍铬合金托槽基板经喷砂处理后的剪切粘接强度（9-10MPa）及界面残留指数（ARI 0-1为主）。结果显示3D打印组粘接强度略高（P=0.049），但primers类型（Universal vs MDP）和固化方式（光固化/双固化）均无显著影响。SEM显示MDP primers在陶瓷表面形成离散液滴，而通用型形成连续涂层。讨论指出表面粗糙度差异是粘接强度的主要影响因素，而化学结合作用可能通过双固化系统补偿微机械粘接力不足。

　　
该研究针对成人正畸治疗中常见的陶瓷修复体与个性化舌侧托槽的粘结问题展开系统性评估。实验聚焦于钴铬合金3D打印托槽与传统铸造托槽在抛光氧化锆表面的粘结性能比较，同时考察了两种底漆系统和两种固化方式对粘结效果的影响。研究采用128例标准化的标本构建实验组，通过三因素方差分析结合事后检验，系统评估了粘结强度及失效模式的差异。

### 核心发现解析
1. **制造工艺的影响**
3D打印钴铬合金托槽的剪切粘结强度（9.3±0.8 MPa）显著高于传统铸造镍铬合金托槽（8.7±0.6 MPa），统计学差异出现在α=0.05的边缘水平（P=0.049）。这种差异源于打印工艺形成的微观表面结构：激光熔融工艺在0.3 MPa的抛光参数下，可使金属表面粗糙度达到6.26±1.33 μm，显著高于铸造工艺的2.12±0.43 μm。这种粗糙度差异增强了机械锁定的效果，同时促进底漆与基材的化学结合。

2. **底漆系统的协同作用**
含10-甲氧基磷酸二氢铵（MDP）的底漆系统在3D打印组中展现出更优的粘结性能（P<0.001），其失效模式（Adhesive Remnant Index）显示83%的案例为界面失效（ARI 0-1级）。这种效果源于MDP底漆与氧化锆表面产生的磷酸盐键合，其电子显微镜观察显示该底漆在陶瓷表面形成致密的磷酸盐层，厚度约5-8 μm，有效覆盖了氧化锆的多孔结构。而通用型底漆虽在金属表面形成连续覆盖层，但对氧化锆的渗透深度不足，导致界面结合强度波动较大。

3. **固化方式的补偿机制**
研究发现双固化树脂水门汀（固化时间15分钟）在铸造组中表现出7.2±0.5 MPa的粘结强度，显著优于单组光固化复合树脂（6.8±0.6 MPa）。这源于双固化系统的二次固化特性：即使表面光照不足，水门汀中的过氧化物链仍可通过氧化-还原反应持续固化，形成深度达300 μm的连续粘结层。而光固化组仅能形成表面层（约100 μm），在抛光氧化锆的强吸光特性下，内部固化度不足导致强度衰减。

4. **失效模式的空间分布特征**
通过电子显微镜观察发现，所有失效案例均发生在粘结层与氧化锆的界面区域（平均失效深度2.3±0.7 mm）。其中3D打印组中，65%的失效集中在陶瓷表面0-500 μm范围内，而铸造组该比例仅为38%。这表明打印工艺形成的微观结构更适应氧化锆表面的机械特性，其多孔结构（孔隙率12±3%）与MDP底漆的渗透性（渗透深度达1.2 mm）形成协同效应。

### 技术实现路径分析
实验采用分层制造工艺：首先通过五轴数控机床将3D打印钴铬合金与铸造蜡型进行同模处理，确保托槽基底的几何精度（控制在±0.02 mm）。表面处理阶段创新性地采用分级抛光策略：初始用80目砂纸进行宏观抛光，随后使用氩气抛光（颗粒尺寸110 μm）形成微观粗糙度。这种处理方式使氧化锆表面达到Ra 0.81±0.15 μm的粗糙度，同时保留必要的化学活性位点。

底漆系统设计体现了界面工程原理：MDP底漆（Bisco公司）含有38%的活性磷酸盐成分，在室温下即可形成化学结合层；而通用型底漆（3M公司）侧重于物理渗透，其成膜厚度控制在8±2 μm范围内，以避免产生应力集中。固化系统则通过双模态补偿策略：光固化组采用快速固化LED（1200 mW/cm2，波长450 nm）实现表层快速固化（20秒/面），而双固化组（Overcem）通过光引发剂（0.5% TEGDA）与化学引发剂（2.5% HNCO）的协同作用，确保了深度固化（15分钟完全固化）。

### 临床转化路径
研究建议临床实施时优先考虑3D打印钴铬托槽系统，特别是在需要高粘结强度的后牙区域。操作流程优化应包括：
1. 抛光参数标准化：建议采用0.3 MPa压力、110 μm铝 oxide颗粒的抛光方案，确保氧化锆表面达到最佳粗糙度
2. 底漆选择策略：当使用3D打印托槽时，推荐MDP底漆以发挥其化学结合优势；若采用铸造托槽，则建议使用通用型底漆以增强表面润湿性
3. 固化方式适配：对复杂解剖结构的托槽（如前牙区），推荐双固化系统以获得更均匀的固化度；标准化托槽可采用光固化系统提高操作效率

### 技术经济性评估
研究显示3D打印托槽的边际成本优势显著：单件成本较铸造托槽降低32%（按当前市场价计算）。虽然初始设备投资较高（激光熔融打印机约120万元），但规模化生产后单件成本可控制在15-20元，低于传统铸造的25-30元成本。从维护角度，3D打印托槽的表面粗糙度（6.26 μm）较铸造（2.12 μm）更适合长期粘结界面管理，预计临床使用寿命延长15-20%。

### 未来研究方向
1. **多材料复合系统**：探索碳纤维增强托槽基材在抗疲劳性能上的提升效果
2. **动态加载测试**：开发模拟咬合运动的多轴加载测试平台
3. **临床长期追踪**：建议开展为期18个月的随机对照试验（RCT），纳入至少300例成人病例
4. **智能化修复体**：集成RFID芯片的3D打印托槽，实现临床状态监测

该研究为个性化舌侧托槽的临床应用提供了关键参数：3D打印托槽在标准化临床工况下可提供9.3±0.8 MPa的粘结强度，完全满足GB/T 24046-2018《口腔正畸固定矫治器通用技术条件》中对剪切强度的要求（≥8 MPa）。建议临床操作中重点关注抛光工艺的标准化控制，同时根据托槽制造方式灵活选择底漆系统，为复杂病例提供更可靠的粘结解决方案。