研究假設

(一) Fick’s First Law (二) Fick’s second law

第貳章文獻探討第一節填補牙材的演化

從西元1930年，各式各樣的材料開始被應用在移動性假牙的製作上，1937提出熱聚合樹脂Biolon商品來製作修補牙床(Prosthodontics gums)。到了1947年，一些用在製作臨時假牙的自聚式聚甲基丙烯甲酯樹脂( Polymethyl methacrylate ) 紛紛問市，在臨床上使用過後，發現聚甲基丙烯甲酯樹脂雖然有低的體積收縮度，但是有硬度不佳、容易斷裂與變色等問題，到了1960年代，學者以增加分子量形成共聚合物的觀點提出了乙烯聚乙基丙烯酸甲酯(Vinyl polyethyl methacrylate) 的材料²⁰。

1969年，針對聚合過程中發生的高放熱與收縮現象可能造成的牙髓刺激與尺寸改變，提出了不同化學結構的乙基亞胺衍生物( Ethyl imine derivatives ) 之材料Scutan，此材料聚合後放熱較低、有較低的體積收縮度與反應後較少的單體含量等優點，但是它不像共聚合物可任意添加材料，且表面硬度不佳，所以在市場上只風行一陣子²¹。

之後1980年推出了複合樹脂材料，宣稱以多種材料複合而成的結構，可以提供較高的斷裂強度，近幾年為了操作方便，出現了同時具有光聚合與自聚合的複合樹脂材料²²。

第二節複合式樹脂及聚合

複合式樹脂顧名思義就是由兩種以上不同化學物質單體聚合而成

的樹脂，而現今市售複合式樹脂材料都是經過調配好的原料及比例而成的商品，主要的原料包括 TEGDMA, UDMA, Bis-GMA等，不同的原料比例，會有不同的強度效果，列如增加Bis-GMA 的比例會增加混合樹脂的強度，但是改變此比例也降低樹脂的滲透能力²³。

現今聚合複合式樹脂的方式大部份為光聚式，所謂的光聚合複合樹脂通常使用 camphoroquinone 或 benzyl作為聚合起始劑，而三級胺 (amine)則作為加速劑。當聚合作用不完全時，除了影響樹脂本身的機械性質、體積穩定度、水份吸收及溶解度外，也造成邊緣染色及變色、二次蛀牙、釋出的單體與牙本質接觸，甚至對牙髓造成刺激²⁴。

一般牙科樹脂依聚合反應的發生方式，主要可分為三類，分別為自聚式 (autopolymerization)、熱聚式 (heat-polymerization) 及光聚式

(light-polymerization)。

如材料因素:包括樹脂的化學成分、填料的大小；光學因素:樹脂的色度、 oral epithelial KB cell) 與初代口腔纖維母細胞 (Primary human oral

fibroblast) 觀察三種聚合方式的樹脂釋出細胞毒性，其中自聚式的細胞毒性是最高的²⁹。

由以上文獻回顧可知三種聚合方式各有優缺點自聚式樹脂在顏色穩定度、橫向斷裂強度表現較佳，而光聚式樹脂在表面硬度、抗磨損力、

生物相容性方面表現較佳，此外如自聚式樹脂較其他聚合方式經濟，光聚式的聚合讓操作者有足夠的時間塑形，且光聚式操作方便，目前修補大部分是使用光聚式，所以本研究所使用的複合樹脂皆為光聚式樹脂。

第三節單體

溶

出、唾液分解與健康危害

Transform Infrared Spectrometer : FTIR)得到 55-72%的聚合程¹⁰。

2000 年 Huang 等針對自聚式、熱聚式、光聚式的樹脂泡水七天的釋出單體作一比較，顯示自聚式樹脂溶出量最高，熱聚式其次，而光聚式最低³⁰。

對於單體釋出量的檢測方法有傅立葉紅外線光譜法¹⁰、氣相色層分析法(Gas chromatography)¹⁶、高效能液相層析法(High performance liquid chromatography) ¹⁵與碳十四核磁共振法(Carbon- 14 Nuclear Magnetic Resonance : NMR)³¹，傅立葉紅外線光譜法偏向於定性分析，碳十四核磁共振法的設備昂貴，高效能液相層析技術較氣體色層分析廣為人使用。

除了溶出單體，研究更指出聚合好的樹脂於口腔環境中，有水解及酵素分解的反應¹⁴，如TEGDMA會與pseudocholinesterase (PCE)分解產生 methacrylic acid (MA) 以及triethylene glycol (TEG) ；Bis-GMA 會與 cholesterol esterase (CE) 分解產生methacrylic acid (MA)、bis-hydroxy –

propoxyphenyl propane (bis-HPPP)以及ethoxylated bisphenol A (E-bisPA)

15。

口腔中的環境複雜，牙科複合樹脂在口腔中除了處於潮濕的狀態外，還有多種酵素及微生物，因此釋出單體發生氧化或水解的機會更大，

也就更容易對細胞有不同程度影響。

溶出單體與分解後產物，與人體口腔有直接接觸之虞,且直接進入人體循環體系，對於健康造成的更大的引響，1999對於丙烯酸的動物實驗中，讓懷孕母鼠每天6小時吸入0~300ppm丙烯酸6~20天，發現會造成出生老鼠體重不足，也會造成慢性胃炎，引起過敏反應及改變代謝路徑³²，此外唾液與樹脂的反應機制、溶出樹脂單體經酵素反應後之產物物種及產量，對於人體健康影響甚巨¹⁵。

第四節物化性及毒性

(一)TEGDMA³³

Triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA)俗稱3G，在複合樹脂中可稀釋Bis-GMA、UEDMA的黏度，常溫下為輕微的紅褐色，分子量為

(inflammation)及過敏反應(allergic response)³²，此外MA經細胞內溶小體 (microsome)中的脫酸酯脢(carboxylesterase)水解作用，會生成甲醇，甲醇經氧化作用的結果可生成福馬林，可造成患者的過敏症(hypersensitivity)。

TEGDMA, UDMA, Bis-GMA這些由丙烯酸所衍生成的單體會發生水

解反應，產生丙烯酸³⁴，造成慢性胃炎及改變代謝途徑，且以不同的丙烯酸甲酯聚合物與口腔纖維母細胞培養，發現對細胞具有毒性³⁵。

2000年Cimpan等以牙科樹脂材料進行研究，結果發現隨著材料劑量的增加，人類淋巴球細胞株U-937發生細胞凋亡與細胞壞死的比例隨之增加³⁶，在1995年Ratanasathien等針對釋出單體作毒性比較，其中Bis-GMA 的毒性最高，UDMA次之，TEGDMA最低³⁷，雖然TEGDMA的毒性最低，

但在1988年Fujisawa等研究中指出，TEGDMA會誘發微粒體的脂質層進行過氧化反應³⁸，毒性更高的UDMA, Bis-GMA對人體的毒性危害可想而知。

第五節傳統萃取唾液中溶出物方法

傳統方法是利用有機溶劑將浸泡好之樹脂微量溶出物萃取出來，經離心、濃縮後，再以注射針取出唾液上清液。如 Larsen 等 1991年的研究就是將唾液樣本先離心後再取100 μL的唾液樣本上清液加上50 μL的乙醇進行液-液相萃取，經離心後以注射針取出上清液，之後再以液相層析儀來進行分析³⁹； Atkinson 等 2002年的研究是將經離心之後1mL的唾液樣本上清液加入1 mL的正己烷及1mL乙酸乙酯進行液-液相萃取，離心後以注射針取出上清液，再以氣相層析儀來進行分析⁴⁰。但是液-液萃取法是一種複雜且多步驟的前處理方式，容易造成樣品流失或受到污染，

此外，方法中使用有機溶劑，則會造成分析者的暴露，以及溶劑污染、

廢棄處理等問題。

第六節固相微萃取(Solid-Phase Microextraction)

^41~45

n：吸附在固定靜相上分析物之質量

間，同時不會有汙染纖維的問題⁴⁴，但對於揮發性低的分析物，即分配係

(4) 脫附時間 (5) 萃取溫度 (6) 攪拌之影響 (7) pH值 (8)動態脫附及靜

其中Polyacrylate (PA), Carbowax-divinylbenzene(CW/DVB),

Carbowax-templated resin (CW/TPR ) 纖維屬於極性纖維，主要用於萃取極性分析物；Polydimethylsiloxane (PDMS)纖維屬於非極性纖維，主要是

較大。

4. 萃取小分子量分析物，CAR/PDMS 是萃取效率最好的纖維。

5. 有塗布Carboxen 的纖維，萃取大分子量和有極性的分析物的效率較差。

6. CW/DVB 和 Polyacrylate 纖維最適合萃取大分子量和有極性的分析物。

所以在選擇纖維時應針對分析物的極性、分子量、揮發性等特性，選擇一較佳萃取纖維，而本研究中所分析的四種化學物質中，TEGDMA 較具揮發性且分子量低，故挑選 50 μmCW/TPR 為測試纖維，而 UDMA, Bis-GMA 較不具揮發性且分子量大，針對三種分析物極性、分子量差異大的特性，挑選 60 μmPDMS/DVB, 50/30 μmDVB/CAR/PDMS 為測試纖維，此外挑選與分析物分子結構式相似的 85 μmPolyacrylic 為測試纖維，

附表 2-2 為四種測試纖維的使用溫度以及操作時間 ⁴⁶。

長，吸附量並不會再增加。

數K會隨著溫度上升而降低，故樣本吸附量會下降。成攪動的方式有magnetic stirring、vortex mixing、fiber moving、sonication 等，而以magnetic stirring較常應用在固相微萃取上⁴⁴。

(7) pH值⁴⁵

(8) 動態脫附及靜態脫附⁴⁸

本濃度求得。

(七) 固相微萃取法於生物檢體的應用

固相微萃取技術除了環境分析上的應用外，應用於基質複雜的生物檢體時由固相微萃取所衍生出的頂空固相微萃取法由於固定靜相僅於樣本頂部空間來進行萃取，避免了樣本基質污染纖維同時亦能保護並延長纖維使用壽命。

目前固相微萃取法於生物檢體的技術最常應用於藥物分析以及刑事科學上的應用，如從尿液檢體中檢驗 MDMA、安非他命藥物濫用的情形

50；從血液樣本中檢測酒精中毒以及麻醉劑的使用⁵¹；從血漿及唾液樣本

中檢測類固醇及安眠藥⁵²；以及牛乳中戴奧辛的汙染等，由以上的應用例子可知 SPME 對於生物檢體的檢測方法是多元且可行的，牙科材料的危害評估相關研究略顯不足，以 SPME 的特性應用於唾液檢體檢測，是可行的，2004年Ortengren等針對HQ(Hydroquinone monomethyl ether)、

bisphenol-A(4,4-Isopropylidenediphenol)、TEGDMA、EGDMA(Ethylene glycoldimethacrylate)、MMA(Methyl acrylate)、MA(Methacrylic)六種低分子物質開發SPME-GC-MS方法，而主要高分子量材質UDMA、Bis-GMA 無法同時分析，以HPLC結合SPME進行分析是較適合的⁵³。

第貳章圖表附錄

圖2-1 TEGDMA, UDMA, Bis-GMA結構圖

圖 2-2 固相微萃取裝置分解圖(SUPELCO 2000)⁴⁷

圖 2-3 SPME-HPLC Chamber 圖解 ⁴⁹

針頭刺穿墊片伸出纖維進行收回纖維並針頭插入伸出纖維進入收回纖維並

萃取抽離注射針頭 HPLC Interface Chamber 進行脫附抽離針頭

圖 A 為吸附過程圖 B 為脫附過程圖 2-4 固相微萃取操作圖解⁴⁹

Commercially available SPME fibers

Stationary phase and film thickness Abbreviation General application ( analyte type ) Polydimethylsiloxane (100 µm) PDMS Non-polar, volatile Polydimethylsiloxane (30 µm) PDMS Non-polar, volatile and semi-volatile Polydimethylsiloxane (7 µm) PDMS Non-polar, semi-and non-volatile Polydimethylsiloxane-divinylbenzene(65 µm) PDMS-DVB Polar

Polyacrylate (85 µm) PA Polar, general use Carboxen-polydimethylsiloxane (75、85 µm) CAR-PDMS Volatile, gaseous, trace analysis Carbowax-divinylbenzene (65、75 µm) CW-DVB Polar, volatile (low temperature limit) Carbowax-templated resin (50 µm) CW-TPR Polar, HPLC

Divinylbenzene-carboxen-PDMS (50/30 µm) DVB-CAR-PDMS Broad range of polarities from C

to C

表2-1 市售固相微萃取纖維(Supelco,SPME application Guide.1999)⁴⁶

Source：Supelco,SPME application Guide. 1999

表2-2 各種測試纖維的耐受溫度 ⁴⁶

Stationary Phase Film

Thickness pH Maximum Temp

Recommended Operating Temp

Conditioning Temp

Time

(Hrs.)

PDMS 100µm 2-10 280 ℃ 200-280 ℃ 250 ℃ 0.5

PDMS/DVB 65 µm 2-11 270 ℃ 200-270 ℃ 250 ℃ 0.5

PA 85 µm 2-11 320 ℃ 220-310 ℃ 300 ℃ 2

CW/TPR 50 µm 2-11 260 ℃ 200-250 ℃ 220 ℃ 0.5

DVB/CAR/PDMS 50/30 µm 2-11 270 ℃ 230-270 ℃ 270 ℃ 1

第叁章材料設備與方法

第一節儀器設備與試藥

(一) 試藥

1.乙醇(Ethanol): Anhydrous 99.5%, NASA, Lot : 014937( Fair Lawn, New Jersey, USA.)

2.乙腈(Acetonitrile): HPLC solvent, J.T. Baker, Lot:

A36808 ( Phillipsburg, New Jersey, USA.)

3. TEGDMA (Triethylenglykol-dimethacrylat): 95%, ALDRICH, Lot: 09004BC-184(Aldrich Chemie Gmbh, Riedstr. 2, D-89555.

Steinheim, Germany)

4. UDMA (Urethane dimethacrylate):Shinnakamura Kagaku.

(Wakayama, Japan)

5. Bis-GMA (2, 2-bis [4(2-hydroxy-3-methacryloyloxy-propyloxy) -phenyl] propane): Shinnakamura Kagaku. (Wakayama, Japan)

6.硫酸(Sulfuric acid)：ACS Grade, 96.4 %, Tedia, Lot：703029 (Tedia Co., Fairfield, OH 45014 USA)

7.氫氧化鈉(Sodium hydroxide)：ACS Grade, 50.4 %, Fisher, Lot：920682-24(Fisher Scientific, Fair Lawn, New Jersey 07410 USA)

8. 複合樹脂 Tetric Ceram 顏色 B3 廠商: Ivoclar Vivadent AG ( FL-9494 Schaan, Liechtenstein)

9.複合樹脂 Palfique Estelite 顏色 A2 廠商: Tokuyama dental (Norwalk, Connecticut, USA)

2.偵測器機型 : Perkin Elmer 785A UV/VIS Detector (Norwalk, Connecticut, USA)

3. 層析管柱：25 cm x 4.6 mm , 5 μm SUPELCO C-18 (Supelco Co., Bellefonte, PA 16823 USA)

4.SPME-HPLC Interface: 250 μL chamber interface (Supelco Co., Bellefonte, PA 16823 USA)

5. pH Meter：pH/mv/Temp meter, SP-701；(Suntex Instruments Co.,Taiwan R.O.C)

6. 微量注射器 syringe：10 µL、50 µL、500 µL、1000 µL, glass；

(Hamilton Co., Reno, Nevada 89502 USA)

7. 固相微萃取採樣器 SPME holder：Supelco 57330-U；(Supelco

Co., Bellefonte, PA 16823 USA)

8. 固相微萃取纖維 SPME fiber： 85 µm PA, Supelco 5-7306；

(Supelco Co., Bellefonte, PA 16823 USA)

9. 固相微萃取纖維 SPME fiber：50 µm CW/TPR, Supelco 57315；(Supelco Co., Bellefonte, PA 16823 USA)

10. 固相微萃取纖維 SPME fiber：50/30 µm DVB/CAR/PDMS, Supelco 57348-U；(Supelco Co., Bellefonte, PA 16823 USA) 11. 固相微萃取纖維 SPME fiber：60 µm PDMS/DVB, Supelco 57317；(Supelco Co., Bellefonte, PA 16823 USA)

12. 加熱攪拌器：Barnstead/Thermolyne, SP46925；(Dubuque, Iowa, 52001 USA)

15. 玻璃滴管：Pasteur pipette, glass； (Kimble Glass Inc., USA) 16. Pipette：Transferpipette 100~1000 µl；(Brand GMBH Co., Germany)

17. Micro-Pipette：Fixed Volume Micropipette 1000 µl；(Socorex ISBA S.A., Switzerland)

18. 定量瓶 volumetric flack：10、25、50、100 mL, glass；(Brand GMBH Co., Germany)

19. 定量天平 Electronic Balance：AY220 220 g~0.1 mg(Shimadzu Co., Japan)

20. 0.45μm HPLC- NYLON 濾紙:Lida Manufacturing Corp.

(9115 Avenue Kenosha, WI)

21. 2.5mL 塑膠注射針筒；台灣特浦股份有限公司高雄縣大寮鄉華中路 40 號

22. 樹脂可見光聚合機: Visible Light Curing Unit；Visilux 2(3M), model 5520AA (St. Paul, MN 55144-1000 West Germany) 23. LC-MS 機型: LCQ DECA XP^plus，廠商: Thermo Finnigan (Milan, Italy)

第二節儀器參數條件

(一) HPLC 條件：

在文檔中複合式樹脂之唾液中釋出物固相微萃取高效液相層析儀分析方法研究 (頁 21-0)

第貳章 文獻探討 第一節 填補牙材的演化

第二節 複合式樹脂及聚合

第三節 單體