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跨領域的合作–牙醫師與機械學者

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張志玲｜《科學發展》特約文字編輯（文字整理）

為有效控制「樹脂的收縮應力」，成功大學口腔醫學研究所所長兼附設醫院口腔醫學部主任莊淑芬教授與該校機械工程學系固體力學組陳元方教授合作，以數位影像相關測量法（digital image correlation，以下簡稱DIC）進行樹脂收縮實驗。他們發現樹脂固化時是向心收縮，若以藍光固化樹脂須考慮照光強度與照光方向，例如以100毫瓦功率的光照射10秒後再以800 ~ 1,000毫瓦照射20秒，就可降低牙齒受到的收縮應力並改善微滲漏現象。

牙齒修復時以複合樹脂做為填補材料，再以光進行聚合反應固化的方式廣受歡迎。主要是因為牙醫師在車磨牙齒時可保留更多齒質，也可讓患者重建美觀自然的齒列，然而其術後效應卻使患者普遍感到困擾。

複合樹脂是由樹脂單體、陶瓷或矽膠填料等材料所組成，因為添加了光聚合起始劑和激發劑，所以經由鹵素燈或LED等光源所發射的藍光照射後會產生聚合反應，進而迅速固化完成治療。可是樹脂本身因向心收縮的聚合反應會使固化後的體積減少2 ~ 5％，導致牙齒與材料間產生縫隙，造成牙齒敏感與二次蛀牙，尤其是收縮時會破壞牙齒與樹脂的填補界面，導致牙體結構變形，甚至斷裂。

有鑑於此，牙醫學界多年來提出各種方法，如改變窩洞外形、改變聚合技術、搭配不同材料等，試圖找出減少樹脂聚合收縮及咬合時產生的應力。

莊教授在探討窩洞形態、層次填補等技術對樹脂聚合收縮的影響時，想到若能檢測甚至看到樹脂聚合收縮時的變形，應能提出更有效的方法。於是他邀請了陳元方教授以DIC進行樹脂的收縮量測實驗。

他們在二級窩洞的樹脂填補聚合過程中，分別以90度與45度的光照方向及以固定光、步階光強度等參數變異做比較，量測了聚合收縮形態的差異；再利用DIC計算找到收縮中心，藉由收縮中心位置的改變探討光照對整體收縮變形的影響；另以顯微鏡觀測牙齒填補界面被破壞與微滲漏的發生，以做為形變量測分析的依據等。

實驗結果顯示，在不同窩洞外形上進行的樹脂填補，其聚合收縮的量變化與方向都不相同；樹脂充填量與殘留齒質的韌度也會影響牙齒與樹脂的變形量；窩洞的底部是高主應力承受區，至於填補與襯底材料的收縮率，對聚合收縮應力有很大的影響。

莊教授表示，臨床上對於樹脂聚合收縮所造成的種種術後問題始終無法有效改善，這項研究結合數值分析與實驗的結果，有助於發展複合樹脂或復形等各種新技術。研究結果也確認可應用DIC測量牙齒修復時的微小收縮形變或應變，除建立新的材料力學研究方法外，也可延伸應用至生醫材料的探討，是跨領域合作的最佳範例。

資料來源

《科學發展》2015年10月，514期，82 ~ 83頁

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