【摘要】 目的 研究齒科常用的3種滅菌方法(干熱法、濕熱法、化學(xué)浸泡法)對牙科高速裂鉆力學(xué)性能的影響。
方法 將200根全新的鎢鋼高速裂鉆隨機分為10組。分別通過彎曲實驗和扭轉(zhuǎn)實驗觀察高速裂鉆在不同滅菌方法處理后彎曲強度、彈性模量和扭轉(zhuǎn)強度等力學(xué)指標的改變。
結(jié)果 干熱滅菌法、化學(xué)浸泡法和濕熱滅菌法對裂鉆的力學(xué)性能均有影響，隨著滅菌次數(shù)的增加，裂鉆的彎曲強度、彈性模量和扭轉(zhuǎn)強度均相應(yīng)減弱。3種滅菌方法比較發(fā)現(xiàn)，濕熱處理引起裂鉆的力學(xué)性能降低**明顯，而化學(xué)浸泡和干熱處理引起的變化相似，且較小。
結(jié)論 不同滅菌方法對高速裂鉆產(chǎn)生一定的作用，影響大小排列依次為：濕熱法、化學(xué)浸泡法、干熱法。鑒于干熱滅菌腐蝕作用**弱，建議齒科常用的小型器械可使用干熱滅菌法進行滅菌。
【關(guān)鍵詞】 干熱滅菌 高溫高壓滅菌 化學(xué)滅菌 腐蝕
Effects of different sterilization methods on mechanical properties of dental fissure bur DONG Gang, REN Li-bin, Lv Yun-yi, YE Ling, LI Ji-yao, TAN Hong. (State Key Laboratory of Oral Diseases, Sichuan University, Chengdu 610041, China)
[Abstract] Objective The purpose was to analyze the effects of three sterilization methods(dry heat sterilization,steam sterilization, and chemical sterilization) on the corrosion of dental fissure bur. Methods 200 dental fissure burs were distributed to 10 groups. Bending strength, elastic modulus, and torsional strength were measured by bending and torsional instrument and calculated with special designed software. Among the three sterilization methods, the steam sterilization group showed the most evident. Results The corrosion was most severe in steam sterilization group, followed by chemical sterilization, dry heat sterilization. With the sterilization time increased, bending strength, elastic modulus, and torsional strength decreased respectively. Of the three sterilization methods, the mechanical properties were decreased most evidently by steam sterilization, followed by chemical sterilization and dry heat sterilization. Conclusion It is proved that the bending strength, elastic modulus and torsional strength have a tight relationship with the corrosion of dental fissure burs. The corrosion was most severe in steam sterilization group, followed by chemical sterilization, dry heat sterilization. In regards of the corrosive effect, the dry heat sterilization might be the best way to sterilize the dental fissure burs.
[Key words] dry heat sterilization; steam sterilization; chemical sterilization; corrosion
滅菌處理后的裂鉆表面?？梢娪猩g物，而且滅菌后的高速裂鉆易斷裂，其主要原因是因為高速裂鉆中的合金元素W、Cr、Fe、Co、Ni在潮濕有氧的環(huán)境中會發(fā)生氧化反應(yīng)而導(dǎo)致其腐蝕 [1-2] ，通過對比滅菌前后高速裂鉆相關(guān)的力學(xué)指標可以更加客觀地反映不同滅菌法對齒科裂鉆的腐蝕作用。本實驗通過測量抗彎和抗扭強度，從力學(xué)性能上定量比較3種滅菌方法及不同滅菌次數(shù)對高速裂鉆腐蝕作用的差異。
1 材料和方法
1.1 實驗材料與設(shè)備
全新鎢鋼高速裂鉆200根(SSW-FG700型，SSWhite公司，美G)，高溫高壓滅菌器(Melag24b型，德G美格公司)，玻璃珠滅菌器Pioneer公司，日本)，**實驗機(AG-IS型，日本島津公司)，夾具(本課題組自制)。
1.2 實驗分組及處理
將200根裂鉆編號并隨機分為10組，每組20根。隨機抽出1組為對照組，不進行滅菌處理;另外9組為實驗組，分成3大組，分別經(jīng)濕熱滅菌法、干熱滅菌法、化學(xué)浸泡法處理，每組再分成處理5、10、15次3個小組。消毒完成后，在每小組的20根高速裂鉆中隨機挑出10根進行彎曲實驗，另外10根則進行扭轉(zhuǎn)實驗。
滅菌條件如下：濕熱滅菌組，用高溫高壓滅菌器(135 ℃，212.8 kPa)處理25 min [3] 。干熱滅菌組，用玻璃珠滅菌器(235~238 ℃)滅菌，維持30 s [4] 。化學(xué)浸泡組，2%堿性戊二醛浸泡10 h，蒸餾水清洗去除器械表面殘存的戊二醛，空氣中干燥 [3] 。
1.3 實驗檢測
在AG-IS型**實驗機上檢測經(jīng)處理過后的裂鉆的力學(xué)指標，分成2部分。
彎曲實驗：采用三點彎曲法，加力點置于裂鉆的刃部與柄部相交的部分，加載方向與裂鉆垂直，跨距8 mm，測試時加載速度0.5 mm/min，記錄P值(斷裂點載荷)和f值(斷裂點位移)，按公式計算彎曲強度和彈性模量。
彎曲強度公式為：σ=8PL/πd 3 [5] 。其中σ為彎曲強度(MPa)，P為**大破壞載荷(N)，L為跨距(mm)，d為裂鉆刃部末端的直徑(mm)。
彈性模量公式如下：E=4PL3/3fπd 4 [5] 。其中E為彈性模量(GPa)，P為**大破壞載荷(N)，L為跨距(mm)，d為裂鉆刃部末端的直徑(mm)，f為斷裂點位移(mm)。
抗扭轉(zhuǎn)實驗：用2個自制的夾具分別夾持裂鉆的整個刃部和末端，置于AG-IS型**實驗機的傳感器上，逆時針旋轉(zhuǎn)夾具，直**裂鉆斷裂，記錄裂鉆斷裂時的扭矩(N•m)，按公式計算扭轉(zhuǎn)強度 [6] 。
扭轉(zhuǎn)強度的計算公式：τ=16Mn/πd 3[5] 。其中τ為**大剪應(yīng)力，即扭轉(zhuǎn)強度(MPa)，Mn為裂鉆斷裂時的扭矩(N•m)，d為裂鉆刃部末端的直徑(m)。
1.4 統(tǒng)計方法
運用SPSS 11.5軟件包進行統(tǒng)計分析，所有數(shù)據(jù)均進行方差齊性檢驗，用方差分析(LSD法)進行比較，檢驗水準為α=0.05。
2 結(jié)果
各實驗組和對照組高速裂鉆的彎曲強度計算結(jié)果見表1，如表1示：和對照組相比，隨著滅菌次數(shù)的增加，干熱滅菌法、化學(xué)浸泡法和濕熱滅菌法組內(nèi)裂鉆的彎曲強度均逐漸減小。同一處理方法，不同處理次數(shù)之間的差別也均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)，隨著滅菌次數(shù)的增加，彎曲強度逐漸減小。滅菌5、10、15次，與干熱滅菌法和化學(xué)浸泡法比較，濕熱滅菌法在彎曲強度上的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。濕熱滅菌法導(dǎo)致高速裂鉆彎曲強度降低**明顯，干熱滅菌法和化學(xué)浸泡法彎曲強度變化小，且相似。
各實驗組和對照組高速裂鉆的彈性模量計算結(jié)果見表2，如表2示：和對照組相比，隨著滅菌次數(shù)的增加，干熱滅菌法、化學(xué)浸泡法和濕熱滅菌法組內(nèi)裂鉆的彈性模量均逐漸減小。在處理5次和10次時，干熱處理和化學(xué)浸泡兩者之間彈性模量的差異無統(tǒng)計學(xué)意義;在處理15次時，三者之間彈性模量差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，化學(xué)浸泡法對裂鉆的彈性模量影響**小，干熱滅菌法次之，而濕熱滅菌法影響**大。
各實驗組和對照組高速裂鉆的扭轉(zhuǎn)強度計算結(jié)果見表3，如表3示：和對照組相比，隨著滅菌次數(shù)的增加，干熱滅菌法、化學(xué)浸泡法和濕熱滅菌法組內(nèi)裂鉆的扭轉(zhuǎn)強度均逐漸減小。不同處理方法之間的比較顯示，在處理5次和10次時，干熱處理、化學(xué)浸泡和濕熱處理3種處理方法之間兩兩比較，扭轉(zhuǎn)強度的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);在處理15次時，化學(xué)浸泡和干熱處理引起的扭轉(zhuǎn)強度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而濕熱處理組與化學(xué)浸泡和干熱處理組之間的差別均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。干熱滅菌法和化學(xué)浸泡法對裂鉆扭轉(zhuǎn)強度的影響相同且弱于濕熱滅菌法。
3 討論
本實驗選取彎曲強度和彈性模量這2個指標來反映裂鉆滅菌前后在抗彎性能上的變化情況，選擇扭轉(zhuǎn)強度來評價裂鉆滅菌前后在抗扭性能上的變化。彈性模量 [7] 是指材料受到變形應(yīng)力時恢復(fù)其原形狀和結(jié)構(gòu)的能力，是指材料抵抗變形的能力，其值越高，產(chǎn)生一定應(yīng)變所需應(yīng)力越大，材料越堅強。彎曲強度是指試件破壞時的彎曲應(yīng)力，是衡量材料彎曲韌性的參數(shù)，二者是評價材料機械性能的重要指標。扭轉(zhuǎn)強度是指扭曲實驗中，試件破壞時的剪應(yīng)力，是衡量材料扭轉(zhuǎn)韌性的參數(shù)。本實驗采用彈性模量、彎曲強度與扭轉(zhuǎn)強度作為測試指標，能夠客觀準確地對處理后的裂鉆的力學(xué)性能作出評價和比較 [8-9] 。
彎曲實驗中，從彎曲強度和彈性模量上衡量，相同滅菌方法，隨著滅菌次數(shù)的增加，裂鉆的彎曲強度和彈性模量均減小，說明裂鉆抵抗變形的能力及材料彎曲韌性降低，脆性增加。而在相同滅菌次數(shù)時，干熱處理組和化學(xué)浸泡組彎曲強度和彈性模量的減小量明顯小于濕熱處理組。原因可能是干熱滅菌法對裂鉆的腐蝕作用只是干腐蝕，即高溫氧化，屬化學(xué)機制;化學(xué)浸泡只是濕腐蝕，為電化學(xué)腐蝕機制，裂鉆是硬質(zhì)合金，其主要成分是W、Cr、Fe、Co、Ni等，而這些不同種類的金屬元素的電位差各不相同，以致形成腐蝕原電池而發(fā)生腐蝕損壞。而濕熱滅菌法對裂鉆的影響大，因經(jīng)濕熱處理過的裂鉆處于高溫且潮濕的環(huán)境中，一些不活潑的金屬元素在這種條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，如鎳在潮濕空氣中加熱時，與氧、硫、氯、溴發(fā)生劇烈反應(yīng)，所產(chǎn)生氧化物有NiO和Ni2O3。而W化學(xué)性質(zhì)不活潑，在室溫下氧化速度很慢，高溫條件下才能與水或水蒸汽迅速反應(yīng) [10] 。
扭轉(zhuǎn)實驗中，隨著滅菌次數(shù)的增加，扭轉(zhuǎn)強度減小，說明裂鉆抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力逐漸下降，裂鉆在切割牙體組織的高速旋轉(zhuǎn)中遇到摩擦力時更易折斷。本實驗提示干熱處理組中高速裂鉆力學(xué)性能指標與濕熱組相比下降較少，且其差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。1952年瓦格納根據(jù)氧化膜的近代觀點提出的理論或許能對這一結(jié)果作出初步的詮釋：高溫氣體中金屬的氧化，**初雖是通過化學(xué)反應(yīng)，但隨后氧化膜的生長過程則屬于電化學(xué)機制。這是因為金屬表面的介質(zhì)已有氣相改變，成為既能電子導(dǎo)電，又能離子導(dǎo)電的氧化膜，金屬可在陽極(金屬/膜界面)離解后，通過氧化膜把電子傳遞給膜表面上的氧，使其還原變成氧離子，而氧離子和金屬離子在膜中又可進行離子導(dǎo)電，即氧離子向陽極(金屬/膜界面)遷移和金屬離子向陰極(膜/氣相界面)遷移，或在膜中進行第2次化合。所有這些均已劃入電化學(xué)腐蝕機理的范疇。隨著裂鉆表面形成氧化膜的增厚，生成尖晶石型復(fù)合氧化物，阻止了進一步的氧化反應(yīng)，所以干熱滅菌過程中在高速裂鉆表面所形成的這一層氧化膜或許就起到了保護膜的作用，降低了腐蝕作用對材料的破壞。同時化學(xué)浸泡法對裂鉆扭轉(zhuǎn)強度的影響也弱于濕熱滅菌法，其原因可能是化學(xué)浸泡只是電化學(xué)腐蝕機制引起的濕腐蝕，而無高溫氧化引起的干腐蝕。
綜上，3種滅菌方法對裂鉆的力學(xué)性能有一定的影響，且隨著滅菌次數(shù)的增加，其力學(xué)性能相應(yīng)減弱。3種滅菌方法之間比較發(fā)現(xiàn)，濕熱處理引起裂鉆力學(xué)性能降低**明顯，而化學(xué)浸泡和干熱處理引起的變化相似且較小。說明了高溫和潮濕的環(huán)境會對裂鉆產(chǎn)生腐蝕，而且兩者可能會產(chǎn)生協(xié)同作用產(chǎn)生更大程度的腐蝕。
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