聚合时间对口腔复合材料中残留单体释放的影响:体外研究

摘要

光活化树脂基复合材料是临床医生最接受和使用的材料。本研究的目的是确定纳米填料复合树脂在不同聚合时间和不同储存时间的体外释放的残余单体量。为此，我们使用了Tetric Ceram (Ivoclar，列支敦士登)、Clearfil Majesty Posterior (Kuraray，日本)、Grandio (VOCO，德国)和Filtek Ultimate Universal (3M，美国)作为纳米填充树脂复合材料样品。四组( ，制备直径5 mm，厚度2 mm的材料，并对每组材料进行3次不同的聚合时间(10、20、40秒)。采用高效液相色谱法(HPLC)测定1、15、30天内的单体释放量。Tetric EvoCream的单体释放量最高，Clearfil Majesty的单体释放量最低。无论聚合时间、原料、贮存时间，均以双gma洗脱量最高。观察到不同聚合时间之间的差异无统计学意义。各复合材料的单体释放量均在第15天达到最高，第30天下降。聚合时间不影响单体从复合材料中释放，但单体类型和复合材料中填料的浓度影响单体释放量。TEGDMA (co)单体的使用降低了单体的释放。

1.介绍

甲基丙烯酸酯基聚合物在人体中有不同的用途，其中之一是牙科复合材料。牙科复合材料是通过形成聚合物网络来稳定的。为了稳定这些网络，液体聚合物通常通过交联的形成转化为固体或凝胶形式[1，2］．化学交联通过限制链的运动来提供聚合物的机械稳定性和不溶性。它改善了水凝胶的力学性能[3.］．牙科树脂基修复材料是一种复杂的聚合物。主要有机组分如双酚A乙二醇二甲基丙烯酸酯(Bis-GMA)、聚氨酯二甲基丙烯酸酯(UDMA)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)、甲基丙烯酸酯2-羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)和乙氧基双酚A-二甲基丙烯酸酯(Bis-EMA)在聚合过程中与较小的单体交联形成固体聚合物网络[4]Bis GMA是树脂的主要成分，因为它具有良好的机械性能、化学稳定性和模仿天然牙齿颜色的能力。UDMA具有粘度低、附着力增强、聚氨酯键弹性带来的高硬度和生物相容性等优点，可作为Bis-GMA的替代品[5]TEGDMA是一种稀释剂，可增加流动性并降低粘度，从而在树脂中提供更高的无机物含量。它还降低了玻璃化转变温度、网格刚度，并提高了聚合物转化率[6］．在交联过程中，网络内的扩散受到限制，单体向聚合物的转化受到限制(转化率(DC) 45-70%);因此，无法达到最佳(100%聚合)[7，8］．由于聚合不足，残余单体可能留在聚合后的材料中，或溶解并从聚合物中缓慢释放出来，特别是在潮湿的环境中[9，10.］．不完全聚合与光照强度、固化时间、材料厚度等因素有关[11.］．释放的另一个原因是活性位点(双键)发生水解或氧化，导致材料的变质[10.］．可被细胞培养基或人工唾液吸收的有害残留单体及小而亲水的物质[9，12.]，很容易通过体液扩散到全身。不同的研究表明，残留单体的释放可能对人体产生局部和全身副作用[12.- - - - - -15.］．这种毒性取决于残留单体和结构和化学成分的量[16.]，使用光源的类型、持续时间及强度[17.］．

在过去10年里，这一领域最重要的创新之一是将纳米技术引入复合树脂。纳米技术是通过0.1-100纳米(纳米)大小的材料的不同过程创造的宏观结构[18.］．新一代杂化复合材料中存在尺寸为0.04 ~ 20 nm的填充颗粒。使用这种大小的颗粒改变了传统基质的含量和配方。不仅限于此，传统的单体类型也在发生变化。这使基质分布更均匀，颗粒更小，减少了单体基质体积。从而降低了复合材料的负性性能，如残余单体的释放和聚合收缩[19.］．

本研究的主要目的是在不同聚合时间（10,20,40秒）中的不同聚合时期（第1,15天和30天）之后评估四种不同纳米填充物复合材料之间的释放单体洗脱的量。

测试的无效假设是，在整个选定的聚合期间，不同纳米填料复合洗脱的单体释放量低于临床适用性范围，并且在选定的聚合时间之间，不同单体洗脱没有显示出差异。

2.材料和方法

2．1．样品制备

四种杂交品种[泰特里克赛拉姆（列支敦士登伊沃克拉尔）、Clearfil Maxity Poster（日本库拉雷）、Grandio（德国沃科）和Filtek Ultimate Universal（3 M、 对美国]树脂复合材料进行了检测。表中给出了使用的材料1．制作了直径5mm、高度2mm的标准特氟龙圆筒模具。复合材料被放置在模具内。所有复合材料均采用啄木鸟LED B品牌光源(桂林卓木脑医疗器械)聚合。测试了三种不同的聚合时间:10 s、20 s和40s。每种复合材料共制备30个样品( ）.使用中粗抛光盘(Super-Snap Buff Disk, Shofu Dental GmbH, Germany)消除材料表面可能形成的氧抑制层。

共使用120个样品盘，置于20 mL带真空盖的琥珀色玻璃瓶中，盛有75%乙醇/25%水溶液(默克)。所有的瓶子都保存在37°C的烤箱中，直到测量完成。储存介质在1、15和30天后更新。在测量时，在Eppendorf 's的帮助下从这些溶液中取1ml样品，并转移到不透明的1.5 mL琥珀色玻璃瓶中。因此，通过在三个不同的时期从原溶液中取样，总共360针适合进入HPLC装置。

2．2.高效液相色谱分析

为了校准安捷伦1260 Infinity II四元LC HPLC装置(安捷伦技术公司，美国)，将原溶液中的单体稀释。为每个单体制备了6种不同的溶液(0.1,1,10,100,500,1000 ppm)，并将这些溶液注射到高效液相色谱系统中校准设备。Bis-GMA、UDMA和TEGDMA标准单体(Sigma Aldrich, USA)的保留时间分别为5.3、4.9和4.4分钟。

残余单体测量，C18反相分析柱（Agilent Zorbax Eclipse XDB柱-C18，Agilent Technologies，USA）和二极管阵列检测器（二极管阵列探测器，Agilent Technologies，USA），粒径为5 μm附在具有尺寸的高效液相色谱装置上 进行了。分析在室温下进行，流动相流速为1 mL/min。本阶段采用80%乙腈/20%水溶液(ACN Merck)作为流动相。20μ从每个样品中注入L的液体到柱中，得到204nm波长的色谱图，其中单体吸收最大。

2．3.统计分析

重复措施分析将Anova因素分为两种类型：受试者的因素与主题因素之间。分析了释放单体（第1天，第15天和第30天）的测量时间的受试者因素之间的两个受试者的因素和辐照时间。测定了在不同时期的剩余溶剂中相同的每种复合树脂释放的三种不同单体（BIS-GMA，UDMA，TEGDMA）。完成重复测量分析后，Tukey多个比较测试用于获得主题因素水平之间的重要性。对所有单体进行这些分析。最后，配对 -比较各处理组合在剩余溶剂中的单体释放量(BİS-GMA、UDMA和TEGDMA)。

3.结果

从复合材料中释放的单体量见表2．

Bis-GMA是在所有不同聚合时间中释放量最大的单体，其在不同聚合时间的释放量差异无统计学意义( ）.UDMA是在所有不同聚合时间中释放量第二多的单体，其在不同聚合时间的释放量差异无统计学意义( ）.TEGDMA是所有不同聚合时间中释放量最小的单体，其在不同聚合时间的释放量差异无统计学意义( ）.不同聚合时间的总单体平均释放量差异无统计学意义( ）(图1）.

3.1。bi̇s-gma.

结果表明，从Tetric EvoCream中释放出的Bis-GMA单体最高，从Grandio中释放出的Bis-GMA单体次之。它们与其他复合材料之间也存在显著差异( ）.

第15天检测到的单体释放量显著高于第1天的单体释放量( ）第30天( ）在所有的组。聚合时间为10秒、20秒和40秒的基团释放的Bis-GMA单体差异不显著( ）(图2）.

３.２．UDMA

结果表明，Tetric EvoCream的UDMA单体含量最高，Filtek Ultimate的UDMA单体含量次之。它们之间存在显著差异，其他两种复合材料( ）.UDMA释放第1天和第15天之间有显著差异( ）.聚合时间为10秒、20秒和40秒的基团释放的UDMA单体差异不显著( ）(图2）.

3．3.TEGDMA

terevoceram复合树脂样品中未检测到TEGDMA。结果发现，TEGDMA释放材料最多的是Grandio，最少的是Filtek Ultimate，且复合材料之间存在显著差异( ）.第15天检测到的单体释放量显著高于第1天的单体释放量( ）第30天( ）在所有的组。Filtek、Grandio和Clearfil ( ）.聚合时间为10秒、20秒和40秒的基团释放的TEGDMA单体差异不显著( ）(图2）.

Clearfil Majesty和Grandio复合洗脱剂对所有3个单体的洗脱率最低，在所有观察天数和所有3次聚合时间。Clearfil Majesty与Grandio复合材料之间无统计学差异( ）.在Tetric EvoCeram复合材料( ）.所有复合材料释放总单体量在第15天达到最高(图)3.）.

4.讨论

纳米填充复合材料是在传统复合材料中加入纳米无机填料而制成的，具有更好的物理、机械和光学性能:更高的抗断裂性、高弹性模量、更少的聚合收缩、高表面加工性、高透明度、接近原始颜色[20.］．该研究评估了来自四个纳米复合树脂的不同聚合时间和储存期间的BIS-GMA，TEGDMA和UDMA的释放。

在我们的研究中，增加聚合次数并不会降低单体洗脱率。在储存期间(第1、15和30天)，单体继续释放。因此，我们的零假设没有被拒绝。

双gma和UDMA是释放量最大的单体。这可能是因为这些是树脂中使用的主要单体，而这些主要单体在树脂中使用的比例较高。由于这些材料的品牌将价格作为商业机密进行隐瞒，所以我们无法解释清楚两者之间的关系。Sideridou和Achilias, Görgen和Polydorou等许多研究人员表示，Bis-GMA和UDMA是他们研究中释放最多的单体[16.，21.- - - - - -23.］．

在我们的研究中，TEGDMA作为(co)单体是释放量最小的单体。尽管TEGDMA由于其低分子量(Bis-GMA mw:512 g/mol, UDMA mw;470g /mol, TEGDMA mw;286克/摩尔)[16.，但在这项研究中并非如此。其原因可以解释为，它是一个小单体，低质量，允许增加聚合，在复合材料中表现出高反应活性。

单体释放量最少的复合材料是Clearfil Majesty，它在复合材料中含有最多的无机填料。随着填料配比的增加，单体的释放量降低。我们认为这种减少的原因是使用低有机树脂基质。

单体的DC受其粘度和分子量的影响。双gma是一种粘性单体，因为它在羟基和芳香族核之间有很强的氢键。UDMA还具有高粘度，因为在聚氨酯物种之间形成分子间氢键[24.].由于两种单体的粘度都很高，最好将它们与粘度较低的共聚单体混合以稀释它们。TEGDMA主要用于此目的。从最高到最低的粘度等级为 ［25.］．此外，TEGDMA也用于改善填料连接[26.］．在所有样品中，Tetric EvoCeram最多溶解于介质溶液中的残留单体中。由于Tetric EvoCeram复合材料中不含TEGDMA单体，释放单体量可能过高(Material Safety Data Sheets (MSDS)， Tetric EvoCeram, Ivoclar)。聚合物转化率的提高是由于Bis-GMA和TEGDMA通过多个双键形成三维聚合物网络的强度所致。根据Kopperud Tetric EvoCeram复合材料评估研究，由于颗粒/预聚填料分布不均，且通过改变聚合光的散射和穿透深度导致复合材料中团聚的差异，导致材料硬度降低，残余单体增加[27.］．类似地，Sideridou等人发现由Bis-GMA/TEGDMA组成的树脂基体交联程度更高，释放的残余单体也更少[16.］．在我们的研究中，我们发现不含TEGDMA的Tetric EvoCream复合材料是所有复合材料中释放Bis-GMA和UDMA单体最多的。这些结果与早期的研究是平行的。

在本次体外实验中，虽然单体的量随时间而减少，但即使在第30天仍然在可检测范围内。单体释放从第1天开始，第15天达到峰值，第30天有下降的趋势。这些结果与其他研究结果一致，Sideridou和Achilias观察到，初始的高单体释放速率随着时间的推移而下降[16.]Polydorou等人定期测量复合树脂的单体释放量，发现前24小时释放的单体最多，第28天释放量减少[23.］．在另一项研究中，观察到复合树脂在不同时间达到最大转化率[28.］．由于聚合在后固化过程中继续进行，释放发生直到转化程度达到其最大水平。不完全转化产生的单体释放呈对数函数[29.］．因此，转化率达到最大后，单体的释放量降低。因此，我们认为它在第15天达到顶峰，在第30天趋于下降。

根据制造商的说明，通过LED单元聚合20秒以实现适当的硬度足以实现。从该研究中出现的重要发现之一是聚合时间对单体洗脱的影响并不显着，并且增加聚合时间似乎没有有效。这可以用测试复合材料的引发剂和激活器来解释，并且在不同的光持续时间内同样地产生。文献中有研究表明不同的聚合时间不会产生显着差异[30.，31.］．然而，存在研究表明，残留的单体释放在短聚合时间中受到负面影响[27.］．

释放组分的鉴定通常通过使用HPLC，液相色谱 - 质谱（LC-MS）和气相色谱（GC）进行[32.，33.］．在正常情况下，建议使用气相色谱法测定能蒸发的化合物。然而，HPLC和LC-MS更适合于高分子量样品，如Bis-GMA ( ）和UDMA ( ）和/或在加热时具有很高的潜力来恶化[34.，35.］．因此，我们在研究中使用了HPLC装置。

除了材料的化学性质外，可以观察到所用溶剂的化学性质也会影响洗脱。研究目的决定了萃取介质的类型。费拉坎在1994年注意到，口腔液表现出侵略性有机溶剂和水之间的萃取特性[36.］．因此，FDA推荐使用75%乙醇/水溶液，因为该液体对应于表现口腔条件的介质，而且该溶剂也在许多研究中使用[8，37.- - - - - -40.]此外，Bis-GMA和UDMA不会渗入水介质，而75%的乙醇/水溶液具有功能性。然而，在所有提取介质中均检测到TEGDMA[41.].出于这些原因，我们使用了FDA推荐的75%乙醇/水溶液。

常用的牙科复合树脂基体由双酚A(双酚A)双- gma和双- ema及非双酚A基TEGDMA和UDMA单体组成[42.，43.］．这些基本构建块可以通过模仿和扰乱激素受体来充当内分泌破坏剂。这可能导致任何性别中不孕症和基因表达问题[44.］．在本研究中，观测到最大值 的残余Bis-GMA是 在Tetric Evoceram, 在Clearfil威严, Filtek, 在Grandio复合材料中。根据欧洲食品安全局（EFSA）的数据，无毒双酚a的消耗量仅为0.05毫克/千克体重（毫克/千克体重/天）。男女平均体重为50 公斤和70公斤 分别为kg；因此，它们可以耐受2.5-3.5 每日双酚A（BPA）释放量分别为mg[45.］．四种纳米复合材料释放的单体在人体系统中是可以耐受的，但根据先前关于洗脱单体的细胞毒性效应的研究，在本研究中，这些观察到的量可能会在人浆中引起不良反应[46.- - - - - -48.］．

我们研究的局限性之一是模拟口腔环境，因为75%乙醇-水洗脱介质加快了预期过程。需要进一步的检查来确定其在唾液中的实际释放过程。

5.结论

当测试材料的引发剂和活化剂相似时，聚合时间不会影响单体释放。但是，复合材料的含量、数量和类型会改变释放单体的数量。TEGDMA（co）的使用单体减少了单体的释放。因此，由于单体相互作用而形成的聚合物网络结构可能改变了释放单体的数量。复合材料中无机填料的高体积比减少了单体的释放。

数据可用性

本研究中生成和/或分析的数据集可由通讯作者根据合理要求提供。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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