光固化复合树脂是当今牙体充填修复治疗中应用最广泛的材料，与早期的银汞合金比较，在美观性、粘接性以及生物相容性方面有着巨大的进步。然而，复合树脂依然存在聚合收缩较大、耐磨性差和机械强度低等不足。聚合收缩可导致光固化复合树脂充填体发生边缘微渗漏、变色、继发龋、术后敏感和牙髓病理反应^[1]。目前已经采用多种方法减少聚合收缩，如应用大分子量单体^[2]，增加无机填料含量^[3]，采用新型单体环氧树脂^[4]、有机改性陶瓷^[5]以及膨胀单体如螺环原碳酸酯^[6]等，并已有相应的商品复合树脂问世。

复合树脂的耐磨性与其临床使用效果和时间密切相关，近年研究者们也围绕着如何提高复合树脂的耐磨损性能进行了大量的研究，但有关新型低收缩复合树脂的耐磨性能影响因素的研究尚少。因此本实验检测了目前市售的具有代表性的4种低收缩复合树脂及2种传统复合树脂的耐磨性能，探讨这些复合树脂耐磨性能出现差异的原因，以期为临床选择和应用低收缩复合树脂提供参考依据。

本实验采用6种商品复合树脂，分别为Filtek Z350XT (Z350)、Solitaires (S2)、CLEARFIL MAJESTY Posterior (CMP)、Filtek LS (LS)、Admira (AD) 和Kalore (KA)，具体资料见表 1，其中后4种是低收缩复合树脂。

将复合树脂充入4 mm (宽)×15 mm (长)×2 mm (高) 的模具内，表面用树脂充填器压平，用700 mW·cm^-2光强度的光固化灯 (SKI LED Llight，多易美医疗器械有限公司，中国) 单面照射，每次40 s，重叠照射以保证树脂试样充分固化，并依次用800#、1000#、1500#、2000#和3000#碳化硅砂纸及金相砂纸进行打磨抛光，使之成镜面状。每种复合树脂制备5个试样。置于37℃蒸馏水中恒温放置14 d。

将试样固定于微摩擦磨损试验机 (UMT-2，CETR公司，美国)，以洛氏硬度65、直径为5.5 mm的氮化硅陶瓷球作为对磨偶件，在蒸馏水环境中进行往复摩擦运动实验。法向载荷30 N，往复位移10 mm，额定频率为2 Hz，循环2 h，共14 400次。每个试样进行磨损试验前均更换新的氮化硅陶瓷球。

磨损实验后，取下试样进行超声清洗，吹干后使用激光扫描共聚焦显微镜 (OLS3000，Olympus公司，日本) 对磨损区域进行扫描，以试样原始表面为参照面，用配套LEXT软件测定试样磨损凹痕的最大深度值。之后每组随机抽取2个试样进行常规干燥，喷金，扫描电子显微镜 (SEM)(S4800，日立公司，日本) 观察磨损面的显微形貌。

采用SPSS17.0统计软件进行统计学分析。对复合树脂最大磨损深度值进行单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验。以α=0.05为检验水准。

复合树脂摩擦系数变化经历3个阶段：①摩擦系数由最初的最小值迅速增大；②摩擦系数继续上升，但上升速度变缓；③摩擦系数逐渐趋于稳定，并出现不同程度的波动。LS与AD表现出了高频率的上下波动，波动曲线密集。6种复合树脂与氮化硅陶瓷球对磨时摩擦系数随时间变化的关系见图 1。

图 1 6种复合树脂不同时间的摩擦系数曲线 Figure 1 Curves of friction coefficients of 6 kinds of composite resins at different time

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6种复合树脂中CMP磨损深度最小，KA磨损深度最大，由小到大依次为CMP < S2≈LS < Z350≈AD < KA (P < 0.05)。见表 2。

Z350在低倍下可见磨损表面较为光滑平整，有少量散在的凹坑 (箭头)。高倍下可见较大范围的摩擦磨损形成的相对光滑的磨耗面 (虚线内)、小范围材料剥脱形成的凹坑 (箭头) 以及凝聚填料脱落形成的圆形凹坑 (△)。见图 2。

A:×500;B:×2000. 图 2 SEM观察Z350磨损面显微形貌 Figure 2 Morphology of worn surface of Z350 observed by SEM

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S2在低倍下可见磨损表面较为平整光滑，有较浅的横向摩擦条纹 (箭头)。高倍下可见材料剥脱性凹坑 (箭头)、凹坑内可见残留的填料以及较大凸出的未脱落填料 (△)。见图 3。

A:×500;B:×5 000. 图 3 SEM下观察S2磨损面显微形貌 Figure 3 Morphology of worn surfaceof S2 observed by SEM

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CMP在低倍下可见磨损表面粗糙，有明显的横向摩擦痕迹 (虚线内)，并有大量裂纹。高倍下可见疲劳磨损造成的裂纹 (箭头) 和材料剥脱形成的边缘台阶 (△)，磨损严重部位可见大量较大的填料残留 (虚线内)。见图 4。

A:×500;B:×2000. 图 4 SEM下观察CMP磨损面显微形貌 Figure 4 Morphology of worn surface of CMP observed by SEM

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KA在低倍下可见磨损面光滑平整，有明显横向磨损痕迹，几乎没有裂纹。高倍下可见较浅的剥脱性凹坑 (虚线内)，少量失去基质围绕的散在孤立填料 (△)。见图 5。

A:×500;B:×5 000. 图 5 SEM下观察KA磨损面显微形貌 Figure 5 Morphology of worn surface of KA observed by SEM

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LS在低倍下可观察到磨损表面粗糙，有明显的横向摩擦痕迹，其中散在分布凹坑，凹坑边缘与磨痕垂直 (箭头)，有大面积磨损 (虚线内)。高倍下可见大范围区域树脂剥脱，显示出粘着磨损痕迹 (虚线内)，其间有少量摩擦磨损造成的平整磨耗面 (△)。见图 6。

A:×500;B:×2 000. 图 6 SEM下观察LS磨损面显微形貌 Figure 6 Morphology of worn surface of LS observed by SEM

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AD在低倍下可观察到磨损表面较为平整，隐约可见横向的磨损痕迹。高倍下可见大面积树脂剥脱 (虚线内)，显示出粘着磨损痕迹，并有小面积相对平整的摩擦磨损的磨耗面 (△)。见图 7。

A:×500;B:×2000. 图 7 SEM下观察AD磨损面显微形貌 Figure 7 Morphology of worn surfaceof AD observed by SEM

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复合树脂在口腔中的磨损形式可以分为二体磨损和三体磨损。二体磨损是复合树脂与对颌牙之间直接发生接触形成磨损，三体磨损是复合树脂和对颌牙之间通过磨料颗粒 (食物颗粒等) 间接作用发生的磨损。在咀嚼的过程中，早期是无牙合接触的磨损阶段 (三体磨损)，后期是有牙合接触的磨损阶段 (二体磨损)^[7]。

有研究^[8]表明：复合树脂二体磨损实验的临床相关性高于三体磨损实验，因此本研究采用二体磨损实验。临床测量显示单颗磨牙的咀嚼力通常在20~140 N^[9]，本实验采用30 N法向载荷。由于复合树脂吸水对材料的物理性能有影响，基质吸水膨胀会对硅烷化的填料形成拉力，诱发填料在磨损过程中更易脱出^[10]。因此试件均在37℃蒸馏水中恒温放置14 d后再进行磨损实验。在对磨偶件的选择上，由于每个个体的牙釉质在成分、形状和硬度等方面有较大的差别，且有潜在的生物污染危险，因此本实验采用硬度与牙釉质接近、耐磨性强、稳定性高和耐腐蚀性强的氮化硅陶瓷球，以消除牙釉质个体性差异的影响。由于复合树脂磨损实验中使用的人工唾液种类不尽相同，成分及pH值各异，并无统一标准，且国内外复合树脂二体磨损实验多数在蒸馏水环境中进行，因此本实验采用蒸馏水作为实验环境，也便于参考国内外已有的研究结果。

由于经过打磨抛光的复合树脂表面较为平滑，故复合树脂在开始接触氮化硅陶瓷球时，摩擦系数远小于与复合树脂间的正常摩擦系数，因此在最初有一个迅速的提升，但在此过程中并不发生明显的磨损。经过一段时间后，由于复合树脂表面产生磨损，甚至裂纹，随着摩擦次数增加而扩大，继而使较为柔软的基质被选择性磨除，相对较硬的填料暴露，然后在机械应力的作用下填料颗粒脱落。这个过程中随着裂纹增加，剥落增多，填料颗粒暴露增多，摩擦系数呈上升趋势。

摩擦系数达到最高值后，由于各类复合树脂的成分及硬度和机械性能等多因素的影响，摩擦系数呈现出不同的波动性。Z350填料粒径极小，因此粗糙度相对较低，随着磨损的增加，暴露的填料以及磨损凹痕增多，摩擦系数有缓慢的上升。CMP在所有复合树脂中摩擦系数最高，这可能是由于其填料含量大 (82%体积比，92%重量比)，复合树脂本身硬度较高，凹凸部分不易被磨去，因此其摩擦系数较高。LS和AD的摩擦系数曲线呈现非常高频率的波动，波动曲线密集，是由于二者的填料含量相对较低，更容易产生粘滑运动 (stick-slip)^[11]，对磨偶件与复合树脂的粘着导致摩擦系数上升，随着摩擦进行，粘着部位由于剪切力的作用脱落，造成摩擦系数下降，随着摩擦继续进行，粘着作用周而复反，表现为摩擦系数的高频率波动。

复合树脂的磨损机制主要为粘着磨损 (adhesive wear)、磨料磨损 (abrasive wear)、疲劳磨损 (fatigue wear) 和侵蚀性磨损 (corrosive wear) 等^[12]。粘着磨损是材料表面与对颌牙/材料表面发生剪切，在滑动过程中使材料表面凸出的部分焊接到对颌牙/材料表面导致的磨损^[16]。磨料磨损分为二体磨损和三体磨损，前者是由于相对滑动的2个面或其中一面有坚硬突起而造成的磨损，也称为摩擦磨损 (attrition)。后者是2个面之间有其他坚硬颗粒存在，或坚硬颗粒嵌入到其中一面之中的情况下造成的磨损。疲劳磨损是重复性、间歇性的压力施加在复合树脂上一段时间后，在树脂表面或表层下形成裂纹，经扩张、扩展，使材料部分剥脱。侵蚀性磨损是材料表面与口腔环境中的其他物质 (如饮料、食物、微生物和唾液等) 发生化学反应，变软变粗糙，导致与对颌牙/材料接触时更容易脱落。

由于复合树脂的树脂基质较软而填料相对坚硬，磨损过程中复合树脂表面的树脂基质先被磨去，造成填料暴露，由于缺少固位力，在机械应力的作用下填料颗粒脱落。因此，复合树脂的耐磨性是由填料成分与含量、基质与填料的粘接状况以及固化条件等共同决定的。

Z350是一种新型纳米复合树脂。相比填料含量更高的混合型填料CMP及S2，Z350的磨损深度更大。这一方面是由于纳米填料在树脂中整体含量有限，另一方面是由于纳米填料粒径过小，导致在较大的压力下很难为树脂提供稳定的支持，同时易被相对粗糙的对磨偶件表面整体磨除^[13]。SEM图像显示Z350的材料损失主要以摩擦磨损的形式发生。

S2填料体积比高达90%，含多孔二氧化硅填料，表现出较好的耐磨性。结合SEM图像可见，这是由于多孔二氧化硅填料具备特殊的孔状结构，复合树脂基质单体可以“嵌入”到填料小孔内，呈相互贯穿的基质网络^[14]，加强了填料与基质的相互作用和结合强度，使基质和填料均不易剥脱。

在本实验中耐磨性最强的是CMP。这种纳米混合树脂含有最新表面涂层技术处理的纳米和微米无机填料，填料含量很高 (82%体积比，92%重量比)，并有分散在树脂基质中的纳米填料。较高的填料含量使复合树脂有了很高的硬度^[15]。研究^{[13, 16]}表明：在二体磨损环境下，复合树脂的硬度值与磨损量呈负相关关系。从SEM图像可以观察到：树脂磨损表面填料大量保留，脱落较少。但由于材料硬度高，脆性大，可以观察到一些由于疲劳磨损形成的裂纹。

本实验中耐磨性最差的复合树脂是KA。由于其表面的硅烷未与树脂基质发生良好的化学结合，填料粒子较易脱出^[17]，相比传统复合树脂，KA在摩擦过程中有更多的基质移位造成的材料损失，耐磨性较差。SEM图像可见磨损面平整，摩擦磨损较重，仅有少量孤立填料残留。虽然KA的填料体积比达到69%，重量比达到82%，高于AD、LS和Z350，但KA的硬度相对较低^[18]，与在二体磨损环境下硬度值与磨损量呈负相关关系^{[13, 16]}的观点一致。LS与AD填料比相似 (LS填料体积比55%，重量比76%；AD填料体积比56%，重量比78%)，硬度相近 (显著低于CMP，稍稍高于KA)^[18]，而最后的实验结果显示：LS的耐磨性能稍强于AD，显著低于CMP。较低的填料含量和硬度导致LS和AD在二体磨损环境下的耐磨性表现一般。另外，从SEM图像可见LS和AD填料与基质间的连接并不十分紧密，均出现了由粘着磨损造成的大面积剥脱性凹陷，影响了这2种复合树脂的耐磨性。同时，这也可以解释2种复合树脂在磨损过程中摩擦系数曲线呈现频繁而剧烈波动的现象是发生了复合树脂粘着磨损导致的粘滑运动效应。

综上所述，本实验中6种复合树脂具有不同的耐磨性。复合树脂的耐磨性与填料的性状与含量、基质与填料的结合状况以及光固化条件等综合因素有密切关联。整体而言，4种商品低收缩复合树脂具有与临床常用的2种树脂相当的耐磨性，甚至更好 (例如CMP)，但也有一种表现较差 (KA)，提示在今后的临床工作中选择复合树脂时要根据临床需要及树脂的各方面性能进行综合考虑。