112 年 國立臺灣大學臨床牙醫研究所乙組《牙科材料學》

此題主要在測試考生對於材料力學中應力-應變曲線 (stress-strain curve) 的基本認知，以及幾個重要力學參數的定義與在曲線上的相對位置。

解題步驟：
首先，我們需要繪製一條典型的金屬材料的應力-應變曲線，並標示出題目所問的四個名詞。

1. 應力-應變曲線 (Stress-Strain Curve)：

   • 橫軸代表應變 (Strain, $\epsilon$)，表示材料的變形程度。
   • 縱軸代表應力 (Stress, $\sigma$)，表示單位面積上所受的力。
   • 曲線通常會經過彈性變形區、屈服區、強化區，最後到達斷裂點。

2. 標示重要名詞：

   • (1) Elastic limit (彈性極限)：這是材料能夠在應力移除後恢復到原始形狀的最大應力值。在此點之後，材料會產生永久變形。在應力-應變曲線中，彈性極限通常非常接近比例極限 (proportional limit)，即曲線開始偏離直線的部分。
   • (2) Yield strength (屈服強度)：這是材料開始發生明顯塑性變形（永久變形）的應力值。對於許多材料，特別是延展性材料，屈服點可能不明顯，此時常以「0.2% offset yield strength」來定義，即從應變軸的 0.002 (或 0.2%) 處畫一條平行於彈性區直線的線，該線與應力-應變曲線的交點即為屈服強度。
   • (3) Ultimate strength (極限強度)：這是材料在單軸拉伸試驗中能夠承受的最大應力值。在達到此強度後，即使應力增加，材料的變形也會加速，應力-應變曲線會開始下降（此處的應力是指工程應力，真實應力會持續上升至斷裂）。
   • (4) Fracture strength (斷裂強度)：這是材料斷裂時所承受的應力值。

此題考驗考生對牙科印模材的分類、特性及其臨床應用的了解。牙科印模材是製作修復體、矯正器等牙科裝置的基礎，其選擇與操作對最終裝置的精確度至關重要。

解題步驟：
牙科印模材主要根據其化學性質、固化方式以及彈性與可塑性，可以分成兩大類：可逆性印模材 (Reversible impression materials) 和不可逆性印模材 (Irreversible impression materials)。

一、 可逆性印模材 (Reversible Impression Materials)
這類材料在加熱時會軟化變為可塑狀態，冷卻後則會凝固變硬。其名稱「可逆」即是強調其可重複加熱塑形的特性。

• 主要種類：

  • 不可溶性硫化物/氧化物體系 (Insoluble sulfur/oxide system)：例如，常用於製作牙科模型牙托的石膏 (Dental plaster/gypsum)。
  • 熱塑性聚合物 (Thermoplastic polymers)：例如，口內膏 (Impression paste)、牙托底襯材料 (Impression compound)。

• 特性：

  • 可重複加熱塑形。
  • 通常硬度較高，脆性較大，彈性較差。
  • 精度相對較低，不適合製作要求高精度的印模。

• 應用：

  • 牙托底襯 (Tray bordering/conditioning)：用於調整或加厚標準印模托盤的邊緣，使其更貼合口腔組織。
  • 製作暫時性牙冠或牙橋的印模：用於製作較簡單的臨時修復體。
  • 製作功能性印模 (Functional impression)：例如，用於製作全口義齒的基底。
  • 石膏：主要用於製作診斷模型 (diagnostic cast) 或工作模型 (working cast)。

二、 不可逆性印模材 (Irreversible Impression Materials)
這類材料一旦發生化學反應而固化後，就無法再次加熱軟化塑形，因此稱為「不可逆」。它們的固化是通過化學反應（如聚合、硫化、中和反應等）進行的。

• 主要種類：
  • 彈性印模材 (Elastic impression materials)：
    • 藻酸鹽 (Alginate)：為不可逆親水性膠體，由藻類萃取。
      • 特性：價格便宜，操作方便，彈性良好，能產生相當精確的印模，但尺寸穩定性較差，易乾燥收縮或吸水膨脹。
      • 應用：最常用於製作診斷模型、臨時修復體印模、矯正器印模、對精度要求不極高的活動義齒印模等。
    • 親水性橡膠 (Hydrocolloid)：
      • 可逆性親水膠體 (Reversible Hydrocolloid, Agar-agar)：雖然名為可逆，但其固化過程（膠凝）與融化（溶膠）的溫度範圍差異較大，操作相對複雜，現已較少使用。
      • 不可逆親水膠體 (Irreversible Hydrocolloid, Alginate)：如上所述。
    • 彈性體印模材 (Elastomeric Impression Materials)：

此題旨在探討牙本質黏合劑 (Dentin Bonding Agents, DBAs) 的演進歷程、不同世代的特點以及其在現代牙科修復中的廣泛應用。DBAs 是連接牙本質與複合樹脂修復材料的關鍵，其發展對提升修復體的邊緣密合性、降低術後敏感及延長修復體壽命有著決定性作用。

解題步驟：

一、 牙本質黏合劑的發展歷程 (Generations of Dentin Bonding Agents)

牙本質黏合劑的發展大致可分為幾個世代，每個世代的技術突破都旨在解決前一代的問題，例如：脫鹽過敏、邊緣滲漏、操作複雜性等。

• 第一代 (First Generation, 1970s)：

  • 概念：嘗試利用化學鍵結來黏合牙本質。
  • 成分：通常含有醛類（如戊二醛）、磷酸酯單體（如HEMA）或丙烯酸單體。
  • 問題：黏結力非常弱，主要以微滲透 (micromechanical interlocking) 為主，且容易引起術後敏感 (postoperative sensitivity) 和邊緣滲漏 (marginal leakage)。幾乎無法形成穩定的化學鍵結。

• 第二代 (Second Generation, 1980s)：

  • 概念：引入「底塗」(primer) 和「黏著劑」(adhesive) 的概念，嘗試改善與牙本質的潤濕性和微滲透。
  • 成分：底塗通常是親水性單體（如HEMA）與疏水性單體混合，以改善對濕潤牙本質的潤濕。黏著劑則為疏水性樹脂。
  • 問題：雖然比第一代稍有進步，但仍然存在邊緣滲漏和術後敏感的問題，黏結力仍不理想。其設計未充分考慮牙本質的濕潤特性。

• 第三代 (Third Generation, Late 1980s - Early 1990s)：

  • 概念：引入「全酸蝕」(total-etch) 的概念，透過酸蝕牙本質和牙釉質，然後塗佈一層具有親水性和疏水性基團的黏著劑（通常是多官能基單體），以形成化學鍵結和微滲透。
  • 成分：通常包含底塗和黏著劑兩部分，底塗含有親水性單體，黏著劑為疏水性樹脂。
  • 進步：黏結力有所提升，邊緣滲漏問題得到改善，術後敏感也相對減少。

• 第四代 (Fourth Generation, Mid-1990s)：

  • 概念：強調「全酸蝕」與「多功能黏著劑」，通常採用三瓶系統 (three-bottle system) 或兩瓶系統 (two-bottle system)。
  • 成分：
    • 三瓶系統：獨立的酸蝕劑、底塗 (primer)、黏著劑 (adhesive)。
    • 兩瓶系統：將底塗和黏著劑預混合。
  • 機制：酸蝕牙本質和牙釉質後，底塗滲透牙本質小管，黏著劑則與底塗及複合樹脂結合。
  • 進步：黏結強度和邊緣密合性顯著提高，是當時的黃金標準。

• 第五代 (Fifth Generation, Late 1990s)：

  • 概念：簡化操作步驟，將底塗和黏著劑整合為一瓶，稱為「一瓶式全酸蝕系統」(one-bottle total-etch system)。
  • 成分：包含親水性單體（如HEMA）和疏水性單體，以及光聚合引發劑。
  • 機制：酸蝕後，直接塗佈此瓶黏著劑，它能滲透牙本質小管並與複合樹脂結合。
  • 進步：操作簡便，減少了人為誤差，黏結性能與第四代相當。
  • 問題：由於親水性單體（如HEMA）可能吸收水分，長時間後可能導致黏結強度下降或水解。

• 第六代 (Sixth Generation, Early 2000s)：

  • 概念：進一步簡化，並嘗試解決第五代的問題，提出「自蝕模式」(self-etch mode)。
  • 類型：
    • 自蝕黏著劑 (Self-etch adhesives)：不需預先酸蝕，黏著劑本身含有酸性單體（如 10-MDP, PCCB），能同時蝕刻和滲透牙本質，後續再塗佈黏著劑。
    • 延遲酸蝕黏著劑 (Delayed-etch adhesives)：先用酸蝕劑蝕刻，沖洗後不乾燥，直接塗佈黏著劑。
  • 進步：減少了術後敏感，操作步驟更簡便，對濕度不敏感。

此題考查考生對光聚合複合樹脂固化過程影響因素的理解。光聚合複合樹脂是現代牙科修復中最常用的材料之一，其最終性能（如強度、硬度、邊緣密合性、色澤穩定性等）很大程度上取決於聚合的完整程度。

解題步驟：

光聚合複合樹脂的聚合過程是通過光引發劑吸收特定波長的光能，產生自由基，進而引發單體（如 Bis-GMA, UDMA, TEGDMA 等）發生鏈式聚合反應，形成三維網狀結構的高分子聚合物。聚合程度 (Degree of Conversion, DoC) 指的是單體轉化為聚合物的比例。多種因素會影響聚合程度，主要包括：

1. 光源特性 (Light Source Characteristics)：

   • 光強度 (Light Intensity)：光強度的強度直接影響自由基的產生速率。光強越高，聚合速率越快，但過強的光強可能導致表面聚合過快而內部聚合不足，或產生過多熱量。
   • 光波長 (Light Wavelength)：複合樹脂中的光引發劑（如樟腦醌 Camphorquinone, CQ）對特定波長的光最敏感。傳統的鹵素燈發光譜較寬，而 LED 燈（發光二極體）則能發出特定波長的光（如 470 nm 左右），以更有效地激發引發劑。若光源波長與引發劑吸收峰不匹配，聚合效率會顯著降低。
   • 曝光時間 (Exposure Time)：足夠的曝光時間是確保單體充分聚合的關鍵。曝光時間不足會導致聚合不完全，尤其是在較深或較厚的修復體中。

2. 複合樹脂的成分與結構 (Composition and Structure of Composite Resin)：

   • 光引發劑的濃度與類型 (Concentration and Type of Photoinitiator)：引發劑的濃度影響自由基的生成速率。過高或過低的濃度都不利於最佳聚合。不同類型的引發劑對光的敏感度不同。
   • 單體的類型與比例 (Type and Proportion of Monomers)：
     • 黏度 (Viscosity)：高黏度的單體（如 Bis-GMA）聚合速率較慢，但形成的聚合物網絡結構穩定。低黏度的單體（如 TEGDMA）有助於提高流動性，加速聚合，但可能導致聚合收縮增加。
     • 官能基數量 (Number of Functional Groups)：含有多個雙鍵（如 UDMA）的單體能形成更緊密的交聯網絡，提高聚合程度和材料性能。
   • 填料的類型、粒徑與含量 (Type, Particle Size, and Content of Fillers)：

此題考查考生對牙科黏著劑（或稱黏固劑，dental cements）的分類、特性及其臨床應用的掌握。牙科黏著劑在牙科修復和贋復領域扮演著多重角色，從臨時固定到永久黏結，從墊底保護到封填窩洞，其應用非常廣泛。

解題步驟：

牙科黏著劑的分類方式有多種，常見的是根據其化學成分、固化機制以及臨床用途來劃分。這裡我們從化學成分和主要功能來進行分類。

一、 主要類別與特性

1. 氧化鋅酚類黏著劑 (Zinc Oxide-Eugenol Cements, ZOE)

   • 成分：主要由氧化鋅粉末與丁香酚（eugenol）液體混合而成。
   • 特性：
     • pH 值較低（酸性），有鎮靜止痛作用，對牙髓刺激較小。
     • 固化後較軟，抗壓強度和抗彎強度較低，尺寸穩定性好。
     • 具備一定的抗菌性。
     • 不適用於黏結複合樹脂修復體，因為丁香酚會抑制複合樹脂的自由基聚合，影響其固化。
   • 應用：
     • 臨時黏固劑 (Temporary luting agent)：用於臨時固定金屬牙冠、牙橋等。
     • 窩洞墊底劑 (Temporary cavity liner/base)：用於保護牙髓，尤其是在較深的窩洞中。
     • 臨時填補材料 (Temporary filling material)：用於製作臨時性填補。
     • 印模材料：例如，用於全口義齒的邊緣印模。

2. 玻璃離子黏著劑 (Glass Ionomer Cements, GICs)

   • 成分：主要為氟鋁矽酸玻璃粉末（酸性玻璃）和聚丙烯酸水溶液（酸）。
   • 固化機制：酸鹼反應 (acid-base reaction)，形成離子鍵結。
   • 特性：
     • 具有良好的生物相容性，對牙髓刺激小。
     • 能釋放氟離子，具有防齲作用。
     • 黏結力較強，尤其對牙釉質和牙本質有良好的黏結性（需要適當的表面處理）。
     • 抗壓強度和抗彎強度中等，但脆性較大，抗磨損性不如複合樹脂。
     • 吸濕性較強，易受水分影響。
   • 應用：
     • 黏固劑 (Luting agent)：黏結金屬冠、金屬烤瓷冠、某些陶瓷冠、矯正托槽等。
     • 窩洞墊底劑 (Liner/Base)：尤其適用於深窩洞，提供氟離子釋放和保護。
     • 修復材料 (Restorative material)：用於 Class II、III、V 窩洞的修復，特別是兒童牙科和對抗齲有需求的區域。
     • 窩洞封填劑 (Fissure sealant)。
     • 牙周夾板 (Periodontal splinting)。

3. 聚羧酸酯黏著劑 (Polycarboxylate Cements)

   • 成分：主要為氧化鋅粉末和聚丙烯酸水溶液。
   • 固化機制：酸鹼反應，氧化鋅中的金屬離子與聚丙烯酸鏈形成離子鍵。
   • 特性：
     • 對牙髓刺激小，生物相容性好。
     • 黏結力較強，特別是對金屬。
     • 抗壓強度中等，但較 ZOE 和 GIC 穩定。
     • 黏稠度較高，操作性相對較差。
   • 應用：
     • 黏固劑 (Luting agent)：主要用於黏結金屬修復體（如金屬牙冠、金屬嵌體）。

4. 樹脂類黏著劑 (Resin Cements)

   • 成分：主要為甲基丙烯酸酯單體（如 Bis-GMA, UDMA, TEGDMA 等），常含有填料。
   • 固化機制：通常為光聚合 (light-cured)、化學聚合 (chemically-cured) 或雙重聚合 (dual-cured)。
   • 特性：
     • 抗壓強度和抗彎強度非常高，硬度大，耐磨損性好。
     • 尺寸穩定性極佳，吸水性低。
     • 黏結力強，特別是與經過處理的牙釉質、牙本質以及陶瓷、金屬等修復體表面。
     • 薄的黏結層厚度 (low film thickness)，有利於修復體的精確就位。