Effect of non-thermal plasma treatment on the bonding property of Bio-HPP post and core materials

当牙齿深处受损，导致剩余的天然结构不足以支撑牙冠时，牙医通常会在牙根中植入一个桩钉（post）作为锚固。几十年来，金属桩钉一直是标准配置，但它们过于僵硬，且由于不像天然骨骼那样具有弹性，有时会导致牙齿开裂。一种较新的替代品——由含有微小陶瓷颗粒的高性能聚合物制成——提供了一种更灵活的解决方案，能够模拟牙齿的自然运动。然而，这种材料具有化学惰性且表面光滑，这使得它极难与牙齿牢固地粘合。如果粘结失效，整个修复体可能会松动或脱落。因此，挑战在于寻找一种方法，既能让这种光滑、现代的材料紧紧粘附，又不会损坏材料本身，或使用可能伤害患者的刺激性化学物质。

研究人员试图通过测试一种称为“非热等离子体处理”的技术来解决这一问题。想象一束可以清洁并改变表面化学性质、却不会产生热量的无形能量束。通过用不同类型的气体在这一能量状态下对聚合物桩钉的表面进行轰击，团队希望创造出一个能让树脂粘合剂紧紧抓握的表面。他们测试了三种特定的气体：普通空气、纯氧和氮气。目标是观察这一过程是否能将光滑、不粘附的桩钉表面转化为胶水可以抓握的状态，并确定哪种气体效果最好。

为了找到答案，研究小组使用了四十颗因其他原因被拔除的人类牙齿，并对其进行了准备工作，以便植入这些桩钉。他们利用计算机设计并从聚合物材料块中铣削出四十个定制桩钉，确保每个桩钉都能完美契合预留的空间。随后，这些桩钉被分为四组。一组未经过任何处理，作为基准组。另外三组则分别使用三种气体中的一种通过等离子设备进行处理。在处理完表面后，研究人员使用标准的牙科胶水将桩钉粘入牙齿中，并等待一周使其完全固化。随后，他们将牙齿切成薄片进行压力测试，测量将桩钉从根部不同深度顶出的力。

结果清晰且具有决定性。未经处理的桩钉保持力的平均值约为 8.00 兆帕（MPa），这是一种压力单位。每一个经过等离子处理的组别，其保持力都显著提高。经空气或氧气处理的桩钉分别需要大约 13.35 和 13.42 兆帕的力才能脱落。然而，经氮气处理的桩钉表现最为出色，需要平均 18.19 兆帕的力才能破坏其粘结。这意味着氮气处理使桩钉的强度几乎达到了未经处理组的两倍。研究人员还发现，桩钉的位置也很重要；无论使用哪种处理方式，粘结在靠近牙齿顶部处最强，而随着桩钉向牙根尖部深入，粘结力则逐渐减弱。

通过高倍显微镜仔细观察材料表面，可以发现该处理为何如此有效。未经处理的桩钉表面相对光滑，带有一些抛光留下的划痕。然而，经过等离子处理的桩钉显示出了微小的凹坑和更洁净的表面，这表明能量蚀刻掉了微观层。化学分析显示，处理改变了表面的成分，增加了氧原子和氮原子，同时去除了部分碳。这种化学变化在表面创造了新的极性基团，使其能与胶水产生更强的相互作用。虽然所有气体都改善了表面，但氮气处理创造了一种特定类型的化学基团，似乎能与树脂粘合剂形成特别稳固的连接，这解释了它为何优于其他气体。

研究还观察了材料在被推开时的失效模式。在未经处理的组别中，胶水只是从桩钉上滑脱，表明两者之间存在弱粘结。而在处理过的组别中，失效通常发生在胶水与牙齿之间，而不是在胶水与桩钉之间。这种转变是一个至关重要的成功标志；这意味着桩钉与胶水之间的粘结已经足够强，以至于整个系统的最薄弱环节转移到了牙齿结构本身，而非材料界面。这表明等离子处理成功解决了聚合物的粘附问题，使其成为一种更具可行性的牙科修复选择。

尽管这项研究是在受控的实验室环境下进行的，并未测试这些粘结在长年咀嚼或温度变化下的表现，但其发现提供了一条充满前景的路径。研究证明，非热等离子体（尤其是使用氮气时）可以有效地为这些先进的聚合物桩钉做好粘结准备。通过将一种难以粘附的材料转变为能够紧密抓握的材料，这项技术可以帮助牙医更自信地使用这些具有柔韧性且对牙齿友好的桩钉，从而有望降低牙根折断的风险并提高牙科修复的寿命。