第三章 研究材料與方法
第三節 研究方法 …
1. 實驗分組設計：
A．將 5 顆牙齒先以 Fissure carbide bur 將牙根切除，再從牙齒咬合面依近遠
心方向縱切成兩半，只留下頰側的牙冠部分。
B.將 5 顆牙齒中取出一顆不經過酸蝕處理，當作對照組,其餘 4 顆牙齒為實
驗組以進行酸蝕處理。
C．酸蝕
實驗共分為二組：
對照組A：將牙齒的頰側牙冠，利用浮石粉( pumice power： Prophy-pol fine
particle, Myco Industries Inc.， Philadelphia， Pa.，U.S.A.) 打光(polish)10 秒，
再以牙科氣槍中的清水沖洗10 秒後再吹乾，不經酸蝕處理。之後利用裂痕磨針
(Fissure carbide bur)將牙冠水平平均分成三等分，留下中間三分之一的部分，再
將中間三分之一的部分再切割成五塊，表面積約為2mm x 2mm 。除牙齒頰側面
之外，其餘各面都塗以紅色指甲油，置於室溫下自然陰乾。
將中間三分之一的部分切割成五塊(表面面積大小為約 2mm x 2mm)。除了牙齒表
面之外，其於各面都塗上紅色指甲油，置於室溫下自然陰乾。接著再分別以2%、
30%、50%及 80%的磷酸酸蝕牙面 15 秒後(同一顆牙齒的五塊，用同一種濃度酸
蝕)，再以牙科用氣槍中的清水沖洗 10 秒，再使用不含油的氣槍吹乾。其分組見
表一。
其中材料或方法的選擇有以下的考量：
(1)牙齒:
依據 Arakwa 等的研究36可知牙釉質頰側面會因部位的不同，牙釉質 柱狀(enamel rod)排列亦不盡不同。因此本實驗選擇因矯正治療而拔除下來的人類小臼齒，選用頰側面中間三分之一的部位，確保牙釉
質的排列情形較一致。另外，將同一顆牙齒的頰側三分之一的部份
再切成五塊作不同浸泡時間的觀察，可以減少牙齒結構上的差異。
(2)指甲油的使用
：同一顆牙齒於切割成五塊之後，在進行酸蝕處理之前，先 在除頰側面外的其餘各面塗上指甲油，一可避免酸蝕劑跑到非頰側面而導致不必要的酸蝕效果，影響實驗的觀察；
二可防止浸泡在再礦化溶液時，鈣、磷等離子會從其它非
頰側面進入牙齒內部影響真正再礦化的情形。
(3)酸蝕劑的選擇
： 目前最廣泛在牙科使用的酸蝕材料-磷酸，作為酸蝕劑的 選擇。另外，根據王等1994 年的研究 14結果可知：不同的磷酸濃度在酸蝕牙釉質表面 15 秒後，在黏著強度
(bonding strength)可區分為三組，大小依序為 10%~60%，
5%及 70%，最小為 2%及 80%，因此本篇研究從中選出代
表濃度：2%、50%及 80%，另外加上目前臨床最常使用
的濃度30%，以這四種濃度作為實驗組，及不酸蝕作為一
對照組，之後的結果可以和 1994 年王等研究作一個對照
比較。
(4)酸蝕的時機
：本篇研究酸蝕的時間是根據1991 年王等17建議的時間15 秒 鐘作為統一的酸蝕時間。另外，為了避免在將牙齒切塊時所產生的碎屑進入酸蝕後的牙釉質中，導致堵塞牙面小孔而
響再礦化反應的進行，因此本實驗先將牙齒樣本切割完成、
表面碎屑沖洗乾淨後再作酸蝕。另外，非頰側面均塗上指甲油
以防止酸蝕劑不慎流到此區而導致不必要的酸蝕反應發生。
2. 樣本表面之觀察與分析
A. 不同濃度酸蝕過的牙齒先各取出一塊觀察，然後再分別浸泡在再礦化唾液
中，並放置在電磁加熱攪拌機中，維持37℃的恆溫。
B.共分為五個時間點觀察8,9：
1. 酸蝕 15 秒後尚未泡再礦化唾液前。
小時。
3.同第 2 項，浸泡在再礦化唾液中 24 小時。
4.同第 2 項，浸泡在再礦化唾液中 48 小時。
5.同第 2 項，浸泡在再礦化唾液中 72 小時。
C.再應用以下儀器觀察樣本表面顯微構造的變化：
1. 掃描式電子顯微鏡觀察：見圖一
原理是由電子槍 (electron gun) 發射電子束，經過一組磁透鏡 (condenser lens)
聚焦後，用遮蔽孔徑 (condenser aperture) 選擇電子束的尺寸(beam size)後，通過
一組控制電子束的掃描線圈，再透過物鏡 (objective lens) 聚焦，打在試片上，
在試片的上側裝有訊號接收器，用以擇取二次電子 (secondary electron) 或背向
散射電子 (backscattered electron) 成像。
牙面樣本使用雙面碳膠固定於掃描式電子顯微鏡的台座（holder）上，接著將
樣本放入樣本室中抽真空後，以放大50000 倍的倍率觀察整個樣本表面的變化。
2 . X 光光電子分析儀(XPS)分析：見圖二
原理是當X 光束照射物質時，物質原子的內層電子會被激發游離，接近
物體表面的游離電子可逃逸進入真空中，此為光電效應，這光電子將因物質元素
成份及化學態的不同而具有特定的動能，因此可藉以判定物質表面的元素成份與
化學態，一般ESCA 的 X 光源為鎂或鋁的 Kα X 光，能量分別為 1253.6 及 1486.6
面100 Å 內的原子。本實驗以鋁的 Kα 為光源，進行全區能譜及局部能譜表面元
素化學鍵結分析，以判別處理後牙面的鍵結情形。
3.低掠角 X 光繞射儀(GIXRD)：見圖三
原理是穩定之電壓及電流給 X 光管，使 X 光管產生 X 光照射在樣品上，由於
樣品中有適當的結晶原子面，會產生繞射從另一方向出來。若在此方向放一 X
光偵測器，則可得到 X 光的脈衝訊號，將此訊號計數並對時間微分得到 X 光的強
度，再將此強度信號送到記錄器輸出或電腦儲存。即 XRD 是利用 X 射線在晶體
中的繞射現象來分析材料的晶體結構、晶格參數、晶體缺陷、不同結構相的含量
及內應力的方法。這種方法是透過在一定晶體結構模型上，依據與晶體樣品產生
繞射後的 X 射線信號的特徵去分析計算出樣品的晶體及結構與晶格參數。
4. 原 子 力 顯 微 鏡 (AFM)： 見圖四
此儀器之特是使非導體檢體也可用掃描式顯微鏡觀測。此種顯微鏡與掃描
式穿隧電流顯微鏡最大的差別在於並非利用電子穿隧效應，而是利用原子之間的
凡得瓦力（Van Der Wals Force）作用來呈現 sample 的表面特性。
假設兩個原子中，一個是在懸桿（cantilever）的探針尖端，另一個是在樣本
的表面，它們之間的作用力會隨距離的改變而改變，當原子與原子很接近時，彼
此電子雲斥力的作用大於原子核與電子雲之間的吸引力作用，整個淨力表現為斥
力的作用。反之若兩原子分開有一定距離時，其電子雲斥力的作用小於彼此原子
核與電子雲之間的吸引力作用，整個淨力表現為引力的作用。
在原子力顯微鏡的系統中，是利用微小探針與待測物之間交互作用力，呈
現待測物表面之物理特性。在原子力顯微鏡中應用斥力與吸引力的原理發展出兩
種操作模式：
（1）利用原子斥力的變化而產生表面輪廓為接觸式原子力顯微鏡（contact
AFM），探針與試片的距離約數個 Å。
（2）利用原子吸引力的變化產生表面輪廓為非接觸式原子力顯微鏡
（non-contact AFM），探針與試片約數十個 Å 到數百個 Å 的距離。
原子力顯微鏡之探針尖端與樣品表面接觸時，利用探針與樣品間凡得瓦爾
作用力的關係得知樣品表面的起伏高低與幾何形狀，所使用的探針通常長度只有
幾微米(μm)，直徑小於 100 埃(Å)，位於 100～200μm 長的懸臂末端。 利用一
低功率雷射打在懸臂(cantilever)末端，當探針與樣品非常接近時，兩者之間產生
的作用力會使懸臂彎曲或偏斜，利用一組感光二極體測量低功率雷射反射角度的
變化，當探針掃瞄樣品表面時隨著樣品表面的起伏，反射的雷射光會有角度變
化，然後由系統測量二極體電流因雷射光角度變化所產生的改變來推算懸臂彎曲
的程度，輸入電腦計算後就能產生樣品表面三度空間的影像37。
以原 子 力 顯 微 鏡 (AFM)觀察經再礦化後牙齒表面晶粒大小及表面粗糙
度變化情形，以表面輪廓分析儀進行三維酸蝕處理後表面輪廓分析，藉由毫微
刻痕測試(nanoindenter)進行酸蝕處理後牙齒表面的硬度量測，此硬度計使用修正
面積後之壓子(indenter)，以設定速度、增加壓力的方式壓入試片，而能得到牙齒
表面的硬度量測圖形。
第四章 實驗結果
第一節 掃瞄式電子顯微鏡(SEM)的觀察
圖五至圖九為各組電子顯微鏡觀察表面放大 50000 倍後的圖片，結果敘述
如下：
(1)圖五為 A 組(對照組)，圖五(a)為未經酸蝕和浸泡前的觀察，即是牙釉質只打
光磨亮後的表面外觀，可以看到表面光滑及晶體不明顯。經浸泡再礦化溶液
後，可看到表面有大量的晶體不規則排列後的沉積，顯示牙面即使未被酸蝕處
理過，但浸泡在過飽和的再礦化溶液中其表面仍然有類似再礦化的反應發生。
見圖五(a)(b)(c)(d)(e)。
(2)圖六為 B 組，圖六(a)為 2%的磷酸酸蝕後的表面外觀，可以看到氫氧磷灰石晶
體及很多和晶體大小類似的孔洞形成，隨著浸泡時間的增加，亦可看到表面有
大量的晶體不規則排列後的沉積，且晶體排列越來越多且緻密，同時孔洞也有
逐漸減少的趨勢。另外，圖六(e)所沉積的晶體其大小較原先圖六(a)的大。
(3)圖七為 C 組，圖七(a)為 30%的磷酸酸蝕後的表面外觀，可以看到氫氧磷灰石
晶體及很多孔洞形成，孔洞相較於B1 來說明顯大很多，30%的磷酸也是牙科
臨床上最常使用的濃度，因此形成的孔洞較大可利於樹脂的流入以達到機械性
的固位(mechanical lock retention)。隨著浸泡時間的增加，亦可看到表面有大量
的晶體不規則排列後的沉積，且晶體排列越來越多且緻密，同時孔洞也有逐漸
減少的趨勢。
(4)圖八為 D 組，(a)為 50%的磷酸酸蝕後的表面外觀，可以看到氫氧磷灰石晶體
及很多孔洞形成，孔洞大小和 C1 類似，都比 B1 大很多。隨著浸泡時間的增
加，亦可看到表面有大量的晶體不規則排列後的沉積。(e)沉積的晶體呈現細
長形，和其它組不太一漾。
(5)圖九為 E 組，(a)為 80%的磷酸酸蝕後的牙齒表面，呈現整片牙釉質剝落的情
況。跟1994 年王等14的矯正托架經拉力測試脫離牙面後的牙面類似。隨著浸
泡時間的增加，亦可看到表面有大量的晶體不規則排列後的沉積。此外，再礦
化的晶體呈現塊狀，見圖(c)。且表面的缺陷較其它組來說仍然較多，見圖(e)。
(6)從剛酸蝕後的表面綜合來看，A1 呈現表面光滑及晶體不明顯，B1、C1 及
D1 呈現很多孔洞，其中 C1 及 D1 的孔洞比 B1 明顯較大。E1 呈現整片牙釉
質剝落的情況。