108 年 國立臺灣大學口腔生物科學研究所《生物醫學材料》

接觸角是衡量固體表面潤濕性（wettability）的重要參數，其定義為液滴在固體表面上，液體與固體、液體與氣體介面三者交會處，液體表面與固體表面所形成的夾角。

在生醫材料的應用中，接觸角具有以下重要意義：

1. 表面性質的評估：接觸角直接反映了材料表面的化學組成、表面能以及表面粗糙度。親水性材料（接觸角小）通常表示其表面能較高，容易被水潤濕，這對於細胞黏附、組織生長以及藥物傳遞等生物反應至關重要。疏水性材料（接觸角大）則不易被水潤濕。
2. 細胞黏附與生長：大多數細胞在生長過程中需要附著在固體表面，潤濕性良好的材料（低接觸角）能更好地促進細胞的黏附、鋪展和增殖，這對於組織工程支架、植入物表面改性等應用至關重要。

彈性係數（Elastic Modulus），又稱楊氏係數（Young's Modulus），是材料力學中的一個基本參數，用來描述材料在受外力作用時抵抗形變的能力。它定義為在彈性範圍內，應力（Stress, $\sigma$）與應變（Strain, $\epsilon$）的比值：

$E = \frac{\sigma}{\epsilon}$

在生醫材料領域，彈性係數代表了材料的剛度（stiffness），即材料抵抗拉伸或壓縮變形的難易程度。其意義如下：

1. 力學匹配與組織整合：許多生醫材料需要與人體組織（如骨骼、軟骨、血管）相匹配。人體組織具有特定的力學特性，如果植入材料的彈性係數與周圍組織差異過大，可能會導致應力遮蔽（stress shielding）現象。例如，過於剛硬的金屬植入物（如人工髖關節的股骨柄）會承受大部分的應力，導致依賴於應力刺激生長的骨骼發生退化，這就是應力遮蔽。因此，選擇彈性係數與目標組織相近的材料，有助於實現良好的力學匹配，促進組織的整合與長期穩定性。
2. 植入物的功能性：不同的生醫材料應用需要不同的力學性能。

Tensile bond test 和 shear bond test 是兩種常用的測試材料與基材之間黏接強度的力學測試方法，在口腔生醫材料領域，它們常被用來評估牙科黏接劑、複合樹脂與牙齒結構（如牙釉質、牙本質）之間的黏接強度。這兩種測試方式的主要區別在於施加載荷的方向和應力類型：

1. Tensile Bond Test (拉伸黏接測試)

• 測試原理：在這種測試中，載荷（力）是沿著黏接界面法線方向（垂直於黏接表面）施加的，目的是將兩種材料沿著黏接界面拉開。
• 應力類型：主要產生的是拉伸應力（Tensile Stress）。
• 測試設置：通常將黏接的樣品（例如，將圓柱形的複合樹脂圓柱體黏接到牙齒切片上）固定在萬能試驗機（Universal Testing Machine, UTM）的夾具上，夾具沿著軸向移動，對黏接界面施加拉伸力，直到黏接失效。
• 優點：
  • 能直接模擬某些臨床情況下的拉伸載荷，例如咬合力中的拉伸分力。
  • 理論上，測試結果能較直接地反映材料的拉伸黏接強度。
• 缺點：
  • 樣品製備和載荷施加可能較困難，要求樣品對準精確，否則容易產生彎曲應力（bending stress），影響測試結果的準確性。
  • 在實際應用中，純粹的拉伸載荷較少見，更多的是複合應力。

2. Shear Bond Test (剪切黏接測試)

• 測試原理：在這種測試中，載荷是平行於黏接界面施加的，目的是使兩種材料沿著黏接界面發生滑動或剪切。
• 應力類型：主要產生的是剪切應力（Shear Stress）。
• 測試設置：
  • Micro-shear test：將一小段複合樹脂（如細絲狀）黏接到牙齒表面，然後用一個小鉤子或刀片平行於表面施加剪切力，將樹脂從表面上剪切下來。
  • Push-out/Pull-out test：在這種變體中，材料（如牙冠或填充物）被置入一個孔洞中，然後從一側施加壓力，將材料從孔洞中推（push-out）或拉（pull-out）出，這也會在黏接界面產生剪切應力。

骨整合（Osseointegration）是指人工植入物（例如牙科植體）的表面與周圍的活體骨組織之間，在微觀層面上建立起一種直接、穩固的結構性連結，且沒有纖維組織層阻隔的現象。這個術語最早由瑞典學者Per-Ingvar Brånemark及其團隊在研究鈦金屬（Titanium）的生物學特性時提出，並成功應用於臨床。

對於牙科植體而言，骨整合代表的意義非常重大，主要體現在以下幾個方面：

1. 植體穩定性與固定：骨整合是牙科植體能夠在口腔內長期穩固地承受咀嚼力（咬合力）的根本原因。一旦植體與骨組織形成直接接觸和整合，植體就能被牢固地固定在顎骨中，如同天然牙齒的牙根一樣。
2. 功能恢復：通過骨整合實現的穩定固定，使得植體能夠作為支撐，承載義齒（如牙冠、牙橋或全口假牙），從而恢復患者的咀嚼功能、發音功能以及美觀。
3. 生物相容性與組織反應：骨整合的發生，證明了植體材料（尤其是表面處理過的鈦金屬）具有優異的生物相容性。