"怀长期主义，聊医工科技"
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| 今天的文章中，超哥为大家介绍一种高强度聚焦超声（HIFU）在牙本质表面处理中的应用，比较了不同功率（5W、15W、30W）和处理时间（30-120秒）对牙本质微观结构及树脂-牙本质粘接性能的影响。实验采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱、透射电子显微镜（TEM）等技术对牙本质表面和树脂-牙本质界面进行表征。结果显示，HIFU处理可有效去除污渍层，显著暴露牙本质小管，尤其是在30W功率下表现最优。相比传统磷酸酸蚀，HIFU处理导致较低程度的矿物脱除，保持了牙本质的机械性能。此外，HIFU提高了粘接剂的渗透深度和混合层质量，形成更耐久的树脂突和界面。酸蚀组虽然能形成清晰的混合层，但过度脱矿导致胶原纤维完全暴露。研究表明，HIFU是一种高效、安全的无酸蚀牙本质处理技术，能够改善粘接性能并增强界面的长期稳定性，为牙科修复提供了创新解决方案。 |
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高强度聚焦超声（HIFU）技术通过非侵入性的机械振动和空化效应，在多个医疗领域得到应用，如肿瘤消融、组织修复和药物递送等。近年来，研究者逐步探索HIFU在牙科领域的潜在应用，特别是其在树脂-牙本质粘接中的作用。粘接剂与牙本质的结合性能是现代牙科修复的核心问题，现有方法如磷酸酸蚀法虽效果显著，但存在对牙本质矿化结构和力学性能造成损害的问题。HIFU作为一种新型的无酸蚀表面处理技术，具有保护牙本质机械性能、增强粘接强度和耐久性的潜力。
A) 实验用HIFU装置示意图显示换能器悬挂在盛有牙本质样本和牙冠切片的水箱中。图中展示了牙齿的准备过程、污渍层模拟以及表征技术。(B) 被动空化探测器（PCD，频率5 MHz）被定位在HIFU换能器焦点下方50毫米处，并连接至示波器，用于记录HIFU装置激活后产生的任何活动信号。记录的数据经过统计分析后以线图表示。不同的大写字母表示在p < 0.05水平上的显著统计差异。实验中观察到了非线性趋势。
实验设计与研究方法
样本与设备
本研究选用了53颗健康拔除的成人磨牙，通过HIFU处理后，利用多种先进技术分析其对牙本质表面结构及粘接性能的影响：
设备设置：使用275kHz频率的HIFU装置，调整功率（5W、15W、30W）和处理时间（30s、60s、90s、120s）对牙本质样本进行处理。
样本处理：将牙本质样本分为未处理组（带有标准污渍层）、酸蚀组（37%磷酸酸蚀15秒）以及HIFU处理组。
检测与评估方法
牙本质表面表征
扫描电子显微镜（SEM）：观察表面形貌和污渍层去除情况。
原子力显微镜（AFM）：测量表面粗糙度。
拉曼光谱：评估矿物成分变化。
纳米压痕测试：分析牙本质的力学性能。
树脂-牙本质界面表征
共聚焦激光显微镜（CLSM）：观察粘接剂的渗透深度和树脂突形态。
透射电子显微镜（TEM）：分析粘接界面的混合层结构。
粘接性能测试
微拉伸强度（μTBS）测试：在粘接后即时及热老化（10,000次热循环）后测量粘接强度。
代表性的扫描电子显微镜（SEM）照片展示了不同功率水平HIFU处理后牙本质表面的俯视图：(A)[i-iv] HIFU5W, (B)[i-iv] HIFU15W, (C)[i-iv] HIFU30W，分别对应不同的处理时间([i] 30秒, [ii] 60秒, [iii] 90秒, 和 [iv] 120秒)。带有5 μm比例尺的SEM图像显示了对照组牙本质表面的俯视图：(D) 覆盖污渍层的牙本质，(E) 经37%磷酸酸蚀的牙本质。带有10 μm比例尺的SEM图像展示了牙本质表面的横截面（剖面）视图：(F[i]) 未经表面处理的污渍层覆盖对照组，以及(F[ii]) 经HIFU 30W功率处理120秒后的牙本质。在HIFU5W和HIFU15W组中，可见部分被阻塞的牙本质小管（黄色箭头标示）。然而，在较高功率和更长处理时间下（例如HIFU30W 120秒），牙本质小管间区域形成了一种“毛茸茸”的纹理，这种纹理在未处理对照组中未观察到（红色箭头标示出相对粗糙的区域）。蓝色箭头标示了覆盖在未处理对照组牙本质表面的浅表碎屑层。磷酸酸蚀同样有效地去除了污渍层，暴露了开放的牙本质小管。然而，大量脱矿导致浅表胶原纤维完全暴露，并可观察到明显的胶原纤维束（绿色箭头标示）。污渍层覆盖的牙本质与HIFU30W处理120秒后的牙本质之间的差异也可以通过剖面视图（F[i]和F[ii]）对比得出。白色箭头标示了HIFU处理样本中已去除阻碍性污渍层的浅表牙本质表面。
HIFU对牙本质的作用
污渍层去除与表面粗糙度
HIFU在30W功率、120秒处理条件下几乎完全去除牙本质表面的污渍层，显著暴露牙本质小管。
处理后表面粗糙度显著提高，尤其在15W和30W功率下达到最佳效果，有助于粘接剂的渗透。
矿物成分与力学性能
拉曼光谱显示，HIFU处理引起了轻微的矿物去除，但程度显著低于磷酸酸蚀组。
纳米压痕测试表明，HIFU处理组的弹性模量和硬度与未处理组无显著差异，而酸蚀组的机械性能显著降低。
原子力显微镜（AFM）二维重构图（10 μm × 10 μm）展示了HIFU处理后牙本质表面的微观形貌：(A) HIFU5W组， (B) HIFU15W组， (C) HIFU30W组， 对应不同处理时间（30秒、60秒、90秒和120秒）。(D) 磷酸酸蚀15秒后的牙本质表面二维重构图。(E) 条形图显示了磷酸酸蚀和HIFU处理后牙本质表面粗糙度的平均值及标准偏差（mean ± SD）。不同的大写字母表示在每个处理组内p < 0.05水平上的显著统计差异。
树脂-牙本质界面的粘接性能
混合层形态与粘接剂渗透
HIFU处理显著改善了粘接剂的渗透深度和树脂突的数量，30W功率组形成了更深、更均匀的混合层。
相较于酸蚀组的“漏斗状”树脂突，HIFU处理组表现为较薄但均匀的树脂突，增强了界面的稳定性。
粘接强度与耐久性
HIFU处理未显著提高即时μTBS值，但在经热老化后，30W功率组的粘接强度显著高于未处理组和酸蚀组。
热老化后，酸蚀组粘接强度下降明显，反映其界面长期稳定性较差。
(A) 图像展示了牙本质表面在基线状态 ([i-iv]) 和经过120秒HIFU处理后各实验组的拉曼光谱映射，分别为：[v] HIFU5W， [vi] HIFU15W， [vii] HIFU30W， [viii] 磷酸酸蚀15秒的处理组。图像显示了与羟基磷灰石磷酸盐峰（960 cm⁻¹）强度相关的变化。(B) 拉曼光谱的平均值图：红色表示未经处理的牙本质， 蓝色为HIFU5W， 绿色为HIFU15W， 粉色为HIFU30W， 黄色为磷酸酸蚀牙本质。拉曼光谱表明，随着HIFU处理功率的增加，羟基磷灰石磷酸盐峰的强度逐步下降，其中HIFU30W的960 cm⁻¹峰值最低，但仍高于磷酸酸蚀组。(C) 条形图显示了牙本质在不同处理条件下的弹性模量（Er）和硬度（H）的平均值及标准偏差：不同小写字母表示Er在p < 0.05水平上的显著统计差异；不同大写字母表示H在p < 0.05水平上的显著统计差异。
讨论与意义
HIFU处理的独特优势
无酸蚀表面处理
HIFU通过气泡空化作用去除污渍层，同时避免了磷酸酸蚀导致的矿物过度溶解和力学性能损失。
HIFU处理的轻度脱矿效应使粘接剂能够直接接触牙本质表面，从而增强了粘接界面的化学结合。
长期稳定性
HIFU处理后形成的混合层具有较高的抗老化性能，其界面稳定性优于酸蚀组。
自酸蚀模式下，含10-MDP单体的粘接剂可与牙本质中的羟基磷灰石形成化学键，进一步提高了粘接耐久性。
代表性的共聚焦激光显微镜（CLSM）最大强度投影（MIP）图像展示了0.1%罗丹明-B掺杂的树脂-牙本质界面，其粘接剂为Scotchbond通用粘接剂，采用自酸蚀模式：(A) 未经牙本质表面处理的样本（污渍层覆盖）；(B) 经HIFU 5W处理120秒后的样本；(C) 经HIFU 15W处理120秒后的样本；(D) 经HIFU 30W处理120秒后的样本；(E) 经37%磷酸酸蚀15秒处理后的样本。在对照组（污渍层覆盖牙本质样本）中，稀疏且较短的树脂突（resin tags）由白色箭头标示。HIFU 30W组经过120秒处理后，观察到较多且较薄的树脂突（绿色箭头标示）。蓝色箭头标示出酸蚀处理组中特有的树脂突，它们表现为形态清晰的粗大漏斗状结构，这是典型的酸蚀-冲洗技术特征。标注解释：Ad：粘接层（adhesive layer）；De：牙本质（dentin）；RT：树脂突（resin tag）。
挑战与展望
尽管HIFU在牙科粘接中的潜力显著，但其临床应用仍面临一些技术挑战：
实验条件优化：目前实验在水箱中完成，与临床环境存在差异，需进一步开发更贴近实际的操作方案。
设备便携化：HIFU装置的设计应适应牙科诊疗室的小型化需求。
多粘接剂适配性：未来需测试更多类型的粘接剂以评估HIFU的通用性。
代表性的透射电子显微镜（TEM）图像展示了经锇固定的树脂-牙本质界面：(A) 未经处理的牙本质，采用Scotchbond通用粘接剂并以自酸蚀模式修复；(B) 经HIFU 5W处理120秒，随后采用Scotchbond通用粘接剂以自酸蚀模式修复；(C) 经HIFU 15W处理120秒，随后采用Scotchbond通用粘接剂以自酸蚀模式修复；(D) 经HIFU 30W处理120秒，随后采用Scotchbond通用粘接剂以自酸蚀模式修复；(E) 经37%磷酸酸蚀处理，随后采用Scotchbond通用粘接剂以酸蚀-冲洗模式修复。每张图中白色方框标记的区域提供了放大细节视图。未处理的污渍层覆盖牙本质(A[ii])：表面表现为致密压实的污渍层；类似的致密区域也在低功率HIFU组（HIFU5W 120秒）中可见（红色箭头标示）。HIFU15W和HIFU30W组：显示出粘接层与牙本质之间的“模糊”过渡区（蓝色箭头标示），表明处理后的粘接改善。酸蚀处理组(E)：表现出一个清晰的混合层，由树脂浸润的脱矿胶原纤维构成，该混合层界面用绿色箭头标示。标注解释：Ad：粘接层（adhesive layer）；De：牙本质（dentin）；Dem-De：酸蚀脱矿牙本质（acid demineralised dentin）；RT：树脂突（resin tag）。
本研究表明，高强度聚焦超声（HIFU）在牙本质表面处理中的应用潜力巨大。HIFU不仅能高效去除污渍层，还能通过优化粘接剂渗透和增强界面稳定性，为牙科粘接技术提供了一种全新的、无酸蚀的解决方案。这一研究成果有望推动牙科修复技术的进步，为实现更耐久、更可靠的粘接界面奠定基础。
参考文献
Fu, Cheryl, Mohamed M. Awad, Jackie Bridgwood, Sarah Boon, Masooma Hashimi, Peta L. Clode, and Amr S. Fawzy. "High intensity focused ultrasound enhances bonding of universal adhesive to dentin in self-etch mode." International Journal of Adhesion and Adhesives 138 (2025): 103901.
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我是超哥，超声行业17年老伙计，做过研发，搞过生产，趟过市场，开过（在开）公司；越野跑爱好者；工作狂；沟通粗暴直接；严苛完美主义者；起伏皆为过往；信奉长期主义和第一性原则；欢迎来聊来组局...
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