《微波对牙本质晶体结构及力学性能影响的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波对牙本质晶体结构及力学性能影响的研究（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨医科大学硕士学位论文中文摘要目的: 微波在消毒根管和治疗根尖周病时， 其产生的热效应使被照射的生物组织温度上升， 并且微波周围高强度的电磁场可以明显改变生物体内电荷和分子结构的运转规律。 本实验研究不同 微波照射时间对人离体牙牙本质晶体结构及力学性能的影响。方法:选取同名前磨牙14对，每对均来自于同一个患者。其中7 对用于衍射实验，另7 对用于力学性能实验，按照试验要求分别制备成相应的试件。每对同名牙可制备成四个标本， 将其随机分为四组， 一组为对照组不做任何处理， 其余三组分别用40w 微波照射牙本质面3 5 、 55和7 5 。 应用X 射线衍射( X 一 r aydi 价ac ti
2、 on，X R D ) 方法观察牙本质晶体结构的改变， 并通过力学实验测试不同微波照射时间对牙本质力学性能的影响。结果:1 . 牙本质的主要物相组成为轻基磷灰石。 经微波照射后， 牙本质的晶体性能趋近于结晶度更高的轻基磷灰石，在X R D 图谱上表现为衍射峰峰形更尖锐， 半峰宽更窄;且照射时间越长，效果越显著。2 . 不同时间微波照射牙本质后，牙本质的抗压强度和比例极限没有明显的差异 ( P 0 . 0 5 ) ;不同时间微波照射牙本质后，牙本质的弹性模量有显著性差异( P 0 . 0 5 ) . The r e was s i gnifi c ant d i ffer e n c e amo
3、 n g二哈尔滨医科大学硕士学位论文th e fo urgr o uPs i n e l a s ti c mo dul u s( P 0 . 0 5 ).Co n C I U S i o n S :1 . The s eo b s e rvat i o n ss u g g e st t h atr QI Cr O丫 V aVec o n tri b u t e t o thCi nc ry s tall o g r aphi cP ro P e rt i e s，5 1 几c tur Ca ft e r mo r e们 nl Cf O丫 V aVe朋dth ed e ntine g e t
4、b e tt e rc rys t al l o gr aphi ci rr a d i ati o n .2 . Mi c r o w ave tr e at m e ntd o e s n ， t i du e nce t h e t h e m e c h anic p r o p e rt i e s o f h u m and e n t inWi t h i n7 S.【 K ey w o r d s ln l l C r 0 Wa V e ，C O 扭P f e S S I V es tr e n gth ， e l ast i c m o d u l u s ，d e ni i
5、 n ， c r y s tall o g r aphi cP r o P e rt i e s ，P r o P o rt i o n all i m i t一微波对牙本质晶体结构及力学性能影响的研究月 IJ青利用微波的医学效用进行根管消毒和治疗根尖周炎均已取得了一定的效果，有研究表明在进行微波根管消毒时， 可见治疗后根管内壁有黄褐色烧灼痕迹。 所以， 在充分发挥微波消毒灭菌效能的同时， 进一步认识微波对牙体硬组织， 尤其是对根管壁牙本质的作用是很重要的。 微波对牙体硬组织影响的研究以往主要限于对硬组织表面结构的影响， 该实验从晶体结构及力学性能的角度， 进一步观察微波对牙本质的影响，为微波
6、应用于临床治疗提供一定参考。微波对牙本质晶体结构及力学性能影响的研究讨论微波是一种高频电磁波，医用频率多为2 4 5 O M Hz。微波在医学应用中，主要通过其产生的热效应和非热效应起作用。 热效应是离子由于在微波电场的加速运动过程中， 与其它分子碰撞而产生热量， 以及极性分子和蛋白 质分子受到力矩作用与偶极子来回转动过程中与相邻分子产生类似的摩擦的热。 非热效应可引起组织中的电解质离子、 带电胶体、 偶极子的 ( 振动) 转动， 从而改变其生物物理和生物化学特性。一、 衍射实验1 926 年， 国 外学者首次应用X射线衍射证实牙本质的无机成分 ( 牙磷灰石)为 经 基 磷 灰 石( hy d
7、r o x y ap at it e ， H A) 川 。 随 后 有 研究 表明 其晶 体 特性 及 化学组成等均不同于纯 H A 31 一 34 。迄今，人牙磷灰石的晶体特性、确切的化学及其生长机制等一直存在争论。 2 0 0 2年赵玮35 等人通过衍射方法研究发现牙磷灰石中可能同时存在 3种物象，即轻基磷灰石 C al 。 ( P04) 6 ( O H)2 ，碳轻磷灰石 C a l 。 ( P O 4 ) 。 C O 。 ( O H ) ，和氟氯取代的轻基磷灰石 C a 。 ( P 0 4 ) 。 ( O H ， C l ， F ) 。x射线衍射( x 一 r aydi ffr ac t
8、i o n ， x RD ) 方 法是目 前 研究晶 体结 构最有力的 方法。 X射线照射到晶体上发生散射，其中衍射现象是 X射线被晶体散射的一种特殊表现。 晶体的基本特征是其微观结构 ( 原子、 分子或离子的排列) 具有周期1胜，当 X射线被散射时，散射波中与入射波波长相同的相干散射波，会互相干涉，在一些特定的方向上互相加强，产生衍射线。在其 X射线衍射图谱中，表现为尖锐的衍射峰。 当物质的化学组成和结构发生改变时即物相发生改变时， 即可通过X射线衍射法检测，会在X射线衍射图谱上表现为不同的衍射峰。本研 究X 射 线衍射 结果显示牙本质 的晶体相似 于轻基磷灰石( h y dro x y a
9、 p ati te， H A ) ，但其晶体结构及化学组成等不同于纯H A ， 而是一种含有多种微量成分的生物混晶36 。与矿化较好的 H A 相比 较，牙本质磷灰石结晶 度低，哈尔滨医科大学硕士学位论文X R D 图谱衍射峰形圆钝， 半峰宽较大， 这主要是因为牙本质磷灰石晶体体积很小，仅306 O n m 左右，晶粒越小， 衍射峰宽化程度也越大;而且也与C03 2 一 、 F 一 和Cl一 取代磷灰石中的O H 一 有关，导致衍射峰较宽37 。微波照射牙本质， 对牙体硬组织所造成的影响主要是由温度改变引起的， 在照射的位置温度迅速升高， 甚至在较短的作用时间内产生较高的温度， 因此牙本质表面
10、出现熔融。 牙本质的晶体结构与生物轻基磷灰石相似， 生物轻基磷灰石在传统炉子内 加热， 在1 00一6 50的 温度阶段会发生如下化学成分的改变37 一39 : ( 1)水含量减少，在1 00一300 水分几乎有1/3 迅速丢失。( 2) 在4 00一6 50期间，C 0 3 ， 一 含量降低。( 3 ) 在3 0 0 5 0 0 oC范围内， O H 一 含量逐渐升高 ( 4 ) H P O ; ， 一 离子生成P 2 0 74 一 离子。 ( 5) 在250 一6 50左右， 蛋白 质分解。 牙本质中含有丰富的有机物和水， 有机物主要为纤维性的胶原蛋白， 因此可推断高温照射牙本质面可能会出
11、现类似如上的化学成分的改变，如大量的水分蒸发和蛋白质分解。本研究X RD显示，微波照射牙本质5 5和7 5 后，牙本质X RD衍射峰变得更尖、更锐， 这表明微波照射对牙本质的晶相结构有影响， 使牙本质的晶体结构趋于更稳定; 且微波照射75组比3 5 组衍射峰更尖锐，即结晶性能更好， 说明照射时间越长， 微波热效应对牙本质造成的改变越明显。 据报道401 ， 当微波针状辐射器在腔体电流30mA， 时间3 5 的条件下， 针状辐射器周围的温度可达52一55的同心圆蛋白凝固图; 且牙本质结构密度高， 含水量低， 微波照射时可在牙本质标本之间形成强烈的反射作用， 牙本质的温度将会在瞬间内继续升高， 并
12、且形成一个较强的电磁场。 本实验X RD图谱的改变可能与温度升高， 水含量减少， 蛋白质分解有关，随着温度的继续升高， 可能发生 C 03 2 一 、 O H 一 及H P 仪 2 一 等的置换，使无机物晶体结构更稳定，在X R D 图谱上表现为晶体结构趋向于结晶度更高的轻基磷灰石。但对于微波作用于牙本质后，牙本质的温度会达到多高， 还有待于进一步的研究。二、 力学性能实验牙体牙周组织的生物力学性能是研究口 腔生物力学的基础。 牙本质构成牙齿的主体。 自 从1 8 9 5 年Blac k 首次测定牙本质的生物力学性能以 来， 对其研究就微波对牙本质晶体结构及力学性能影响的研究没有停止过。 从传
13、统的应变计法、电阻应变测试法、 云纹法、 激光散斑干涉测量法到超声波法、 超声共振法及压痕法、纳米压痕法10. 2-4 9 ， 从宏观的整体牙本质到微观的管周、 管间牙本质及釉牙本质界， 人们对于牙本质生物力学性能的认识都在不断地加深。( 一) 应力一 应变曲 线50将力学实验中加载的负载荷转变为应力， 将形变转变为应变， 即可画出表示应力与应变关系的应力一 应变曲线。该曲线可反映牙本质的力学特性。在外力的作用下，应变随应力变化而变化。在应力一 应变曲 线中，它们的关系可分为弹性( e l as t i c ) 阶段和塑性( p l as ti c ) 阶段。弹性阶段是指应力的增加到达牙本质的
14、弹性极限 之前， 在此阶段中即弹性区内应变随着应力的增加而呈线性比例增加。发生弹性变形的最大值称为屈服点( yeil d p oi nt) ， 在屈服点前， 如撤销力作用， 变形的组织可恢复到受力前的 状态，其变形过程中所消耗的能量也可随之恢复，这就是弹性状态的可逆变形( r e v e r s ib le s tr ai n ， “ e l a s t i c b e h av i o r ” ) 。 这 种 应 变 大 量 地 存 在 于日 常 生 活中 。 如 附图1 为本实验的应力应变曲线图， 曲线前段表现为近似线性， 说明当应变较小时，牙本质具有弹性特性。 但弹性部分不是直线， 有很
15、小的曲 度，因为牙本质是一种非均质材料，并不具备完好的弹性。弹性阶段可分为两个部分( 见附图2):从初始点0 开始，O A 段为一直线，表明在这个应力范围内，应变与应力成正比，该直线的斜率定义为材料的弹性模量， 对应于A 点的应力是保持正比关系的最大应力，称为比例极限;曲线中的 A B 段，应变与应力不再是正比关系，但仍是弹性形变。塑性阶段是指屈服点后的阶段 ( 即附图2 中B 点后的阶段) 。这时的组织已发生结构上的损坏而产生了永久性的变形， 又称塑性变形。 在此阶段， 当应力继续增加到一定程度时， 组织发生断裂而产生折裂， 导致折裂所需的应力称为最大应力( m ax i m um s tr
16、 e s s ) ， 或极限 强 度 ( u l t i m at e s tr e n gth) 。 屈 服点 后的 应变曲 线反 应了 牙本质的延展性 ( d uctil i ty ) ， 或它的反面， 脆性( b ri ttl en es s)。 屈服点与折点之间的曲 线越短， 脆性就越高， 反之， 其延展性就越好。附图1 中应力一 应变曲线的塑性阶段很长， 在这一阶段内 应力增加很少， 应变变化幅度很大。 说明人牙本质具有良好的压缩断裂韧性，即延展性好。哈尔滨医科大学硕士学位论文应力应变曲线以下的区域面积的大小反映了压力过程中消耗的总能量， 称为材料的 韧度 ( to u g hnes s ) 。 在生物力学中 韧度是一个很重要的 特性。 某些韧度大的材料可能较易达到屈服点，却不易发生折裂。( 二)结果分析从测试的应力一 应变曲线上直线部分的斜率可计算出弹性模量，同时还可以从曲 线的非线性部分获得牙本质的比 例极限 和强度的 。关于牙本质的力学性能，在不同状态下采用不同的测试方法， 其弹
