3D打印光敏树脂力学性能和细胞毒性的研究.pdf
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1、口腔材料学研究3 D打印光敏树脂力学性能和细胞毒性的研究张萌萌1 陈梓杰1 郝鹏杰2*1.滨州医学院口腔医学院 山东 烟台 2 6 4 0 0 3;2.滨州医学院附属烟台口腔医院修复科 山东 烟台 2 6 4 0 0 0 摘要 目的:比较3种不同3 D打印光敏树脂的力学性能和对人牙龈成纤维细胞(h u m a n g i n g i v a l f i b r o b l a s t s,HG F s)的细胞毒性,为临床应用提供参考。方法:选取3种不同的3 D打印光敏树脂(WAN F A B D C 2 0、T-C R D-1 4 1和ME D 6 1 0)分别制作力学性能测试和细胞毒性测试的
2、标准试件,然后进行弯曲强度、压缩强度、邵氏D硬度和浸提液测试。实验数据采用单因素方差分析和事后多重比较(L S D检验)对组间均值进行对比分析。结果:3 D打印光敏树脂 的 弯 曲 强 度 和 压 缩 强 度 依 次 为:ME D 6 1 0 WAN F A B D C 2 0T-C R D-1 4 1;邵 氏D硬 度 依 次 为:WAN F A B D C 2 0T-C R D-1 4 1ME D 6 1 0。WAN F A B D C 2 0的细胞毒性高于T-C R D-1 4 1和ME D 6 1 0。结论:WAN F A B D C 2 0和T-C R D-1 4 1的 弯 曲 强 度
3、 和 压 缩 强 度 显 著 低 于ME D 6 1 0,但 邵 氏D硬 度 高 于ME D 6 1 0。WAN F A B D C 2 0的细胞毒性高于T-C R D-1 4 1,但其力学性能显著优于T-C R D-1 4 1,在选择D L P打印材料时优先考虑WAN F A B D C 2 0。关键词 3 D打印光敏树脂;力学性能;细胞毒性 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 17 6 5 1(2 0 2 3)0 90 8 3 20 6d o i 1 0.1 3 7 0 1/j.c n k i.k q y x y j.2 0 2 3.0 9.0 1 3S t u d y o n M e
4、c h a n i c a l P r o p e r t i e s a n d C y t o t o x i c i t y o f 3 D P r i n t i n g P h o t o s e n s i t i v e R e s i n.ZHANG M e n g m e n g1,CHEN Z i j i e1,HA O P e n g j i e2*.1.S c h o o l o f S t o m a t o l o g y,B i n z h o u M e d i c a l U n i v e r s i t y,Y a n t a i 2 6 4 0 0 3,
5、C h i n a;2.D e p a r t m e n t o f P r o s t h o d o n t i c s,Y a n t a i S t o m a t o l o g i c a l H o s p i t a l A f f i l i a t e d t o B i n z h o u M e d i c a l U n i v e r s i t y,Y a n t a i 2 6 4 0 0 0,C h i n a.A b s t r a c t O b j e c t i v e:T o c o m p a r e t h e m e c h a n i c
6、a l p r o p e r t i e s a n d c y t o t o x i c i t y o f t h r e e d i f f e r e n t 3 D p r i n t i n g p h o t o-s e n s i t i v e r e s i n s o n h u m a n g i n g i v a l f i b r o b l a s t s(HG F s)s o a s t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r c l i n i c a l a p p l i c a t i o n.M e t h
7、 o d s:T h r e e d i f f e r e n t 3 D p r i n t i n g p h o t o s e n s i t i v e r e s i n s(WAN F A B D C 2 0,T-C R D-1 4 1,a n d ME D 6 1 0)w e r e s e l e c t e d t o m a k e t h e s t a n d a r d s p e c i m e n s f o r m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s t e s t a n d c y t o t o x i c i
8、t y t e s t,a n d t h e n t h e f l e x u r a l s t r e n g t h,c o m p r e s s i v e s t r e n g t h,S h o r e D h a r d n e s s,a n d e x t r a c t f l u i d w e r e t e s t e d.T h e e x p e r i m e n t a l d a t a w e r e c o m p a r e d a n d a n a l y z e d b y s i n g l e f a c t o r a n a l
9、y s i s o f v a r i a n c e a n d m u l t i p l e c o m p a r i s o n a f t e r w a r d s(L S D t e s t).R e s u l t s:T h e f l e x u r a l s t r e n g t h a n d c o m p r e s s i o n s t r e n g t h o f 3 D p r i n t i n g p h o t o s e n s i t i v e r e s i n w e r e ME D 6 1 0WAN F A B D C 2 0T-
10、C R D-1 4 1,a n d t h e S h o r e D h a r d n e s s w a s WAN F A B D C 2 0T-C R D-1 4 1ME D 6 1 0.T h e c y t o t o x i c i t y o f WAN F A B D C 2 0 w a s h i g h e r t h a n t h a t o f T-C R D-1 4 1 a n d ME D 6 1 0.C o n c l u s i o n:T h e f l e x u r a l a n d c o m p r e s s i v e s t r e n
11、g t h s o f WAN F A B D C 2 0 a n d T-C R D-1 4 1 w e r e s i g n i f i c a n t l y l o w e r t h a n t h a t o f ME D 6 1 0,b u t t h e S h o r e D h a r d n e s s w a s h i g h e r t h a n t h a t o f ME D 6 1 0.T h e c y t o t o x i c i t y o f WAN F A B D C 2 0 w a s h i g h e r t h a n t h a t
12、o f T-C R D-1 4 1,b u t i t s m e-c h a n i c a l p r o p e r t i e s w e r e s i g n i f i c a n t l y b e t t e r t h a n t h o s e o f T-C R D-1 4 1.WAN F A B D C 2 0 i s t h e p r e f e r e n t i a l s e l e c t i o n o f D L P p r i n t i n g m a t e r i a l s.K e y w o r d s 3 D p r i n t i n
13、g p h o t o s e n s i t i v e r e s i n;m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s;c y t o t o x i c i t y 三维(3 D)打印技术是基于计算机辅助设计数字模型的先进制造技术,通过层层堆积材料,逐步将数字模型构建成三维实体模型1。在数字化技术发作者简介 张萌萌(1 9 9 8),女,山东济南人,硕士,研究方向:口腔材料的应用。*通信作者 郝鹏杰,E-m a i l:1 9 8 0 h p j 1 6 3.c o m展的推动下,三维打印技术现已广泛应用于口腔修复、颌面外科、种植、正畸、牙周等领域,促
14、进了口腔行业的发展2,3。种植体植入位置不当可能会导致美观效果不佳和种植体周围炎。已有研究证明种植导板引导的种植体植入比徒手进行种植体植入提供了更高的可预测性和准确性4。而且,种植导板可238J o u r n a l o f O r a l S c i e n c e R e s e a r c h,S e p.2 0 2 3,V o l.3 9,N o.9 以最大限度地减少种植手术对重要解剖结构的损伤;最大程度的利用剩余牙槽骨和缩短手术时间,减少术后并发症5-8。有研究表明若打印树脂的弹性模量较低可能使种植导板在力学载荷下的变形增加,最终导致种植体放置的准确性显著降低9。因此,3 D打印光
15、敏树脂应具有良好的力学性能,以保证种植导板在术中能抵抗多种外力作用,避免发生变形甚至断裂。同时种植导板不可避免的直接接触患者口内软硬组织,若打印树脂存在细胞毒性,则影响患者术后恢复。口腔种植导板材料日益增多,且不同材料的性能可能各不相同,因此本研究测试不同3 D打印光敏树脂的弯曲强度、压缩强度、邵氏D硬度和细胞毒性,用于临床对种植导板性能的评估和质量控制。1 材料与方法1.1 主要材料和仪器 WAN F A B D C 2 0(WAN-HUA,中国);T-C R D-1 4 1(H a ns L a s e r,中 国);ME D 6 1 0(S t r a t a s y s,美 国);万
16、能 试 验 机(AG-X p l u s,岛 津,中 国);微 机 控 制 电 子 万 能 试 验 机(WDW-1 0,京泰,中国);高硬度橡胶硬度计(L X-D邵尓D型,六 菱 仪 器,中 国);电 子 数 显 卡 尺(7 9 0 9 4 6 7,L I NK S,中 国);酶 标 仪(MK 3,T h e r m o l a b s y s t e m s,美 国);倒 置 光 学 显 微 镜(C K X 4 1 S F,O l y m p u s C o r p o r a t i o n,日本)。1.2 实验细胞和试剂 人牙龈成纤维细胞(2 6 2 0,S c i e n c e l
17、l,美 国);胎 牛 血 清(f e t a l b o v i n e s e r u m,F B S,G i b c o,美国);青霉素-链霉素溶液(m e i l u n-b i o,中国);0.2 5%胰蛋白酶(G i b c o,美国);-MEM(m e i l u n b i o,中 国);C C K-8试 剂 盒(M e i l u n b i o,中国)。1.3 实验方法 选用临床用来打印种植导板的3种不同品牌的3 D打印光敏树脂材料打印试件,并按照品牌进行分组(表1)。根据制造商的说明设置打印参数和进行后处理。去除WAN F A B D C 2 0和T-C R D-1 4 1
18、的试件的支撑,然后使用1 2 0 0目的碳化硅砂纸抛光添加支撑的试件表面,以确保实验试件的尺寸符合实验标准。使用高压水枪去除ME D 6 1 0试件的支撑。1.3.1 弯曲强度试件的制备和测试 根据I S O 1 7 8-2 0 1 9使用3 D建模软件(M a g i c s)设计弯曲强度试件为8 0 mm1 0 mm4 mm的条形(n=1 0),参照种植导板常用的打印方向确定试件以0 构建方向进行打印(图1 a)。将弯曲试件对称地放置在万能试验机跨距(L)为6 4 mm的两个支撑架上,以2 mm/m i n的测试速度,进行测试(图2 a)。试件最大应变达到 3.5%或达到最大应变前已经断裂
19、的情况下应终止测试,记录破坏载荷F(N)。根据以下公式计算弯曲强度:=3 F L/2 w h2(w:试件中部宽度;h:试件中部厚度)。1.3.2 压缩强度试件的制备和测试 根据I S O 6 0 4:2 0 0 2设计压缩强度试件为d=3 mm,h=5 mm的圆柱(n=1 0),并以0 构建方向进行打印(图1 b)。把试件放在万能试验机两压板之间,使试件中心线与两压板中心连线一致,且试样的两个端面与压板平行。调整试验机使试件端面刚好与压板接触。以1 mm/m i n的测试速度进行压缩强度测试,直至试件破裂(图2 b)。1.3.3 邵氏D硬度试件的制备和测试 根据I S O 8 6 8:2 0
20、0 3设计邵氏D硬度试件为8 0 mm 2 0 mm4 mm的条形试件(n=5),并以0 构建方向进行打印(图1 c)。将试件放在邵氏硬度计硬的水平平面上,握住硬度计使其处于垂直位置,同时使压针顶端离试件任意边缘至少9 mm。将5 k g砝码加到压针中心轴上,然后将压座无冲击的加到试件上,使压座平行于试件并施加足够的压力,在压座与试件紧密接触后的1 s内读取硬度计的最大值(图2 c)。在同一表1 材料、打印机、制造商、成分和批号T a b.1 S u mm a r y o f m a t e r i a l s,p r i n t e r,m a n u f a c t u r e r s,c
21、 o m p o s i t i o n s,a n d l o t n u m b e r s u s e d f o r e x p e r i m e n t组别3 D打印光敏树脂打印技术打印机制造商树脂基质填料批号W组WAN F A B D C 2 0D L P工业级光固化3 D打印机WANHUA甲基丙烯酸氨基甲酸酯(UDMA)三乙二醇二甲基丙烯酸酯(T E G DMA)2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(T P O)二氧化硅、碳化硅0 7 2 0 0 0 1 4 P DT组T-C R D-1 4 1D L P大族激光打印机H a ns L a s e r丙烯酸和丙烯酸脂类化合物
22、未注明0 7 2 2 D C 0 8 0 1M组ME D 6 1 0M J PJ 5 D e n t a J e tS t r a t a s y s1,7,7三甲基双环2.2.1 庚-2-基丙烯酸酯(2 1.7 2 8%)三环癸烷二甲醇双丙烯酸酯(9.2 9 7%)双酚A环氧丙烯酸酯低聚物(7.9 8 6%)2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(T P O)未注明2 1 5 4 9-0 9 1 3 5338 口腔医学研究2 0 2 3年9月第3 9卷第9期1 a:弯曲强度测试件;1 b:压缩强度测试试件;1 c:邵氏D硬度测试试件图1 力学性能测试标准试件F i g.1 S t a n
23、d a r d s p e c i m e n s f o r m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s t e s t.2 a:三点弯曲测试;2 b:压缩强度测试;2 c:邵氏D硬度测试图2 力学性能测试过程图F i g.2 D i a g r a m o f m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e t e s t.3 a:细胞毒性测试试件;3 b:浸提液测试图3 细胞毒性测试试件和浸提液测试图F i g.3 S p e c i m e n s f o r c y t o t o x i c i t y t e
24、 s t a n d l e a c h a t e t e s t.个试件上至少相隔6 mm测量5个硬度值,并计算其平均值。1.3.4 细胞毒性试件的制备和测试 按照I S O 1 0 9 9 3-5(2 0 0 9)标准使用36代的人牙龈成纤维细胞进行浸提液测试,分析3 D打印光敏树脂的细胞毒性。按照I S O 1 0 9 9 3-1 2(2 0 1 2)将实验试件设计为半径为6 mm,高为2 mm的圆盘,然后分别使用WAN F A B D C 2 0、T-C R D-1 4 1和ME D 6 1 0进行打印(图3 a)。使用高压蒸汽灭菌器进行灭菌。将含1 0%胎牛血清的-MEM培养基作为
25、浸提介质,以表面 积/体 积 萃 取 率3 c m2/m L制 备 浸 提 液,在(3 72)静态条件下孵育(2 42)h。浸提后,将部分浸提液用含1 0%F B S 的-MEM培养基进行稀释,使得其最终浓度为原液的1 0 0%和5 0%。以-MEM完全培养基作为阴性对照组。将对数生长期的人牙龈成纤维细胞细胞悬液以每孔1 0 0 L接种于9 6孔板,每组设置4个复孔,然后置于3 7、5%C O2培养箱中培养2 4 h。待细胞贴壁并形成半融合单层细胞后,用各浓度的浸提液(每孔1 0 0 L)置换原培养基,并置于培养箱中孵育2 4 h(图3 b)。用新鲜培养基(每孔1 0 0 L)置换浸提液,并向
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