Influence of thermocycling and coffee immersion on surface roughness and bacterial adherence of additively manufactured permanent resin based materials

粘性的困境：为什么你的牙冠可能变成细菌旅馆

想象一下，你的口腔是一个繁忙且混乱的城市。这里温暖、潮湿，并且随着你啜饮热咖啡或咬下冰淇淋而不断变化温度。在这个城市里，微小的微观租客——细菌——总是在寻找落脚点。其中一些租客是麻烦制造者；它们喜欢粘附在表面，建立被称为生物膜的杂乱社区，并导致龋齿。长期以来，牙医习惯于用固体材料块雕刻这些“建筑”（牙冠和牙桥），但现在，他们越来越多地使用3D打印技术，像堆叠煎饼一样逐层构建它们。

然而，仅仅因为建筑是3D打印的，并不意味着它是完美的。随着时间的推移，热饮的热度紧接着冬日微风的寒冷（科学家称之为热循环过程）会使材料承受压力，导致其开裂或变得更加粗糙。如果你喝咖啡，这种深色、粘稠的液体会改变表面的纹理并使其变色。核心问题在于：这种粗糙化过程是否会将一个光滑、易于清洁的牙冠变成一个让细菌喜爱的凹凸不平、粘性十足的陷阱？如果表面变粗糙了，细菌会变得更开心吗？这项研究深入探讨了这一场景，测试了三种不同的3D打印牙冠材料，以观察它们在应对热咖啡和温度波动带来的日常磨损时表现如何，以及究竟有多少细菌决定搬入其中。

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实验：一场与时间及咖啡的3D打印赛跑

在这项研究中，研究人员为三种用于永久性牙冠的3D打印树脂材料——VarseoSmile TriniQ、SprintRay Ceramic Crown Resin 和 Tera Harz C&B TC-80DP——组织了一场高规格的比赛。他们不仅是观察这些材料，还让它们经历了一场旨在模拟数年真实磨损的严酷训练营，而这一切仅用一个月就完成了。

首先，他们制作了每种材料的小型圆盘状样本，并将它们抛光到像新铺设的道路一样平整。然后，他们将样本分为三组。第一组是“对照”组，将其置于温水中一天。第二组经历了10,000次热循环，这意味着它们在冰水（5°C）和滚烫的热水（55°C）之间来回浸泡。这模拟了喝完热咖啡后接着喝冷苏打水的压力。第三组遭受了“双重打击”：它们既经历了10,000次温度循环，又在浓郁的速溶咖啡中浸泡了30天。

在完成这场折磨测试后，研究人员测量了两项指标。首先，他们使用超精密激光显微镜来测量表面粗糙度（即道路有多颠簸）。其次，他们引入了两种类型的细菌：变形链球菌（Streptococcus mutans，臭名昭著的龋齿制造者）和血链球菌（Streptococcus sanguinis，一种有助于建立初始生物膜的早期定殖者）。他们精确统计了每个圆盘上粘附了多少细菌。

结果：光滑胜，粗糙败

研究结果清晰且一致，就像一个有着可预测但重要的结局的故事。

1. 粗糙度竞赛
研究发现，老化确实让表面变得更加颠簸。最光滑的表面是那些完全没有经过老化的样本。一旦材料经历了10,000次温度循环，它们就会变得更粗糙。但粗糙度的“冠军”是那些在热循环之后又经历了咖啡浸泡的样本。

• 获胜者： Tera Harz C&B TC-80DP 在遭受虐待后依然保持得最为光滑。其粗糙度（以 Ra 衡量）在咖啡浸泡后仅上升至 0.11 ± 0.03 µm。
• 失败者： VarseoSmile TriniQ 最终成为了最粗糙的表面，在咖啡处理后达到了 0.18 ± 0.04 µm。
• 中间水平： SprintRay Ceramic Crown Resin 以 0.15 ± 0.03 µm 位居中间。

研究人员指出，虽然材料的反应各异，但它们的模式是相同的：热量使它们变粗糙，而加入咖啡则使其变得更加粗糙。有趣的是，特定材料与老化过程之间的相互作用并非复杂的谜题；老化只是让所有东西都以类似的方式变得更粗糙。

2. 细菌入侵
故事在这里变得“粘稠”起来。研究人员发现了直接的联系：表面越粗糙，粘附的细菌就越多。这就像魔术贴一样；钩子（粗糙度）越多，环（细菌）就能抓得越牢。

• 细菌之王： 变形链菌（引起龋齿的细菌）比血链球菌更具粘性。在所有材料和条件下，变形链菌都表现出更高的粘附力。
• 最坏的情况： 细菌粘附率最高的材料是经过热循环和咖啡浸泡后的 VarseoSmile TriniQ，数值为 4.20 ± 0.28 log₁₀(CFU/mm²)。
• 最好的情况： Tera Harz C&B TC-80DP 的细菌粘附率最低，其在基准状态下的 变形链菌 粘附率为 3.15 ± 0.20 log₁₀(CFU/mm²)，在咖啡浸泡后上升至 3.65 ± 0.24。

研究明确拒绝了最初的假设（虚无假设），即材料类型或老化不会产生影响。数据证明了相反的结果：材料类型和老化方案都显著改变了表面的粗糙程度以及细菌的粘附情况。然而，研究也发现，材料与老化之间的相互作用并未为任何特定的组合创造出独特的、不可预测的惊喜；老化只是让所有情况都变糟了，只是程度不同。

总结：光滑即美

这项研究表明，如果你正在佩戴3D打印的永久性牙冠，材料固然重要，但其精细加工的程度同样关键。Tera Harz C&B TC-80DP 材料被证明是对抗粗糙和粘性最强的材料，而 VarseoSmile TriniQ 则最容易变得凹凸不平并吸引细菌。

研究人员得出结论，表面越粗糙（由于热量和咖啡的影响），就越容易成为细菌（尤其是引起龋齿的变形链菌）的游乐场。虽然数据展示了粗糙度与粘性之间的强关联，但研究也提醒我们，这不仅仅关乎凹凸感；材料的化学成分也起着作用。但就目前而言，信息很明确：保持这些3D打印牙冠尽可能光滑，因为光滑的表面会让细菌很难抓取。