【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(duì)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(jī)分為10組。分別通過(guò)彎曲實(shí)驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)觀察高速裂鉆在不同滅菌方法處理后彎曲強(qiáng)度、彈性模量和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)的改變。
                        結(jié)果 干熱滅菌法、化學(xué)浸泡法和濕熱滅菌法對(duì)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(qiáng)度、彈性模量和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)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(duì)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(jìn)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常可見有色腐蝕物，而且滅菌后的高速裂鉆易斷裂，其主要原因是因?yàn)楦咚倭雁@中的合金元素W、Cr、Fe、Co、Ni在潮濕有氧的環(huán)境中會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而導(dǎo)致其腐蝕 [1-2] ，通過(guò)對(duì)比滅菌前后高速裂鉆相關(guān)的力學(xué)指標(biāo)可以更加客觀地反映不同滅菌法對(duì)齒科裂鉆的腐蝕作用。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量抗彎和抗扭強(qiáng)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(duì)高速裂鉆腐蝕作用的差異。

　　1 材料和方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)機(jī)(AG-IS型，日本島津公司)，夾具(本課題組自制)。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)分組及處理

　　將200根裂鉆編號(hào)并隨機(jī)分為10組，每組20根。隨機(jī)抽出1組為對(duì)照組，不進(jìn)行滅菌處理;另外9組為實(shí)驗(yàn)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(gè)小組。消毒完成后，在每小組的20根高速裂鉆中隨機(jī)挑出10根進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，另外10根則進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

　　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(shí)驗(yàn)檢測(cè)

　　在AG-IS型**實(shí)驗(yàn)機(jī)上檢測(cè)經(jīng)處理過(guò)后的裂鉆的力學(xué)指標(biāo)，分成2部分。

　　彎曲實(shí)驗(yàn)：采用三點(diǎn)彎曲法，加力點(diǎn)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(cè)試時(shí)加載速度0.5 mm/min，記錄P值(斷裂點(diǎn)載荷)和f值(斷裂點(diǎn)位移)，按公式計(jì)算彎曲強(qiáng)度和彈性模量。

　　彎曲強(qiáng)度公式為：σ=8PL/πd 3 [5] 。其中σ為彎曲強(qiáng)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(diǎn)位移(mm)。

　　抗扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)：用2個(gè)自制的夾具分別夾持裂鉆的整個(gè)刃部和末端，置于AG-IS型**實(shí)驗(yàn)機(jī)的傳感器上，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾具，直**裂鉆斷裂，記錄裂鉆斷裂時(shí)的扭矩(N•m)，按公式計(jì)算扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 [6] 。

　　扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的計(jì)算公式：τ=16Mn/πd 3[5] 。其中τ為**大剪應(yīng)力，即扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度(MPa)，Mn為裂鉆斷裂時(shí)的扭矩(N•m)，d為裂鉆刃部末端的直徑(m)。

　　1.4 統(tǒng)計(jì)方法

　　運(yùn)用SPSS 11.5軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，用方差分析(LSD法)進(jìn)行比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為α=0.05。

　　2 結(jié)果

　　各實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組高速裂鉆的彎曲強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表1，如表1示：和對(duì)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(qiáng)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(jì)學(xué)意義(P<0.001)，隨著滅菌次數(shù)的增加，彎曲強(qiáng)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(qiáng)度上的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。濕熱滅菌法導(dǎo)致高速裂鉆彎曲強(qiáng)度降低**明顯，干熱滅菌法和化學(xué)浸泡法彎曲強(qiáng)度變化小，且相似。

　　各實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組高速裂鉆的彈性模量計(jì)算結(jié)果見表2，如表2示：和對(duì)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(shí)，干熱處理和化學(xué)浸泡兩者之間彈性模量的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;在處理15次時(shí)，三者之間彈性模量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，化學(xué)浸泡法對(duì)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(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組高速裂鉆的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表3，如表3示：和對(duì)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(qiáng)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(shí)，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(qiáng)度的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);在處理15次時(shí)，化學(xué)浸泡和干熱處理引起的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)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(jì)學(xué)意義(P<0.05)。干熱滅菌法和化學(xué)浸泡法對(duì)裂鉆扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的影響相同且弱于濕熱滅菌法。

　　3 討論

　　本實(shí)驗(yàn)選取彎曲強(qiáng)度和彈性模量這2個(gè)指標(biāo)來(lái)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(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)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(shí)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(jiān)強(qiáng)。彎曲強(qiáng)度是指試件破壞時(shí)的彎曲應(yīng)力，是衡量材料彎曲韌性的參數(shù)，二者是評(píng)價(jià)材料機(jī)械性能的重要指標(biāo)。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度是指扭曲實(shí)驗(yàn)中，試件破壞時(shí)的剪應(yīng)力，是衡量材料扭轉(zhuǎn)韌性的參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)采用彈性模量、彎曲強(qiáng)度與扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度作為測(cè)試指標(biāo)，能夠客觀準(zhǔn)確地對(duì)處理后的裂鉆的力學(xué)性能作出評(píng)價(jià)和比較 [8-9] 。

　　彎曲實(shí)驗(yàn)中，從彎曲強(qiáng)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(qiáng)度和彈性模量均減小，說(shuō)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(shí)，干熱處理組和化學(xué)浸泡組彎曲強(qiáng)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(duì)裂鉆的腐蝕作用只是干腐蝕，即高溫氧化，屬化學(xué)機(jī)制;化學(xué)浸泡只是濕腐蝕，為電化學(xué)腐蝕機(jī)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(duì)裂鉆的影響大，因經(jīng)濕熱處理過(guò)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(shí)，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(shí)驗(yàn)中，隨著滅菌次數(shù)的增加，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度減小，說(shuō)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(shí)更易折斷。本實(shí)驗(yàn)提示干熱處理組中高速裂鉆力學(xué)性能指標(biāo)與濕熱組相比下降較少，且其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。1952年瓦格納根據(jù)氧化膜的近代觀點(diǎn)提出的理論或許能對(duì)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(guò)化學(xué)反應(yīng)，但隨后氧化膜的生長(zhǎng)過(guò)程則屬于電化學(xué)機(jī)制。這是因?yàn)榻饘俦砻娴慕橘|(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(yáng)極(金屬/膜界面)離解后，通過(guò)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(jìn)行離子導(dǎo)電，即氧離子向陽(yáng)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(jìn)行第2次化合。所有這些均已劃入電化學(xué)腐蝕機(jī)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(jìn)一步的氧化反應(yīng)，所以干熱滅菌過(guò)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(hù)膜的作用，降低了腐蝕作用對(duì)材料的破壞。同時(shí)化學(xué)浸泡法對(duì)裂鉆扭轉(zhuǎn)強(qiáng)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(jī)制引起的濕腐蝕，而無(wú)高溫氧化引起的干腐蝕。

　　綜上，3種滅菌方法對(duì)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(shuō)明了高溫和潮濕的環(huán)境會(huì)對(duì)裂鉆產(chǎn)生腐蝕，而且兩者可能會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用產(chǎn)生更大程度的腐蝕。

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