荧光和拉曼光谱在医用树脂聚合过程在线监控中的应用

摘要：

聚合树脂是新的高分子材料，正逐步取代汞合金，成为人造牙齿的主要材料。聚合树脂的性能取决于聚合状态。为了使树脂的聚合达到最佳状态，以满足人造牙齿对材料的要求，我们需要对其的聚合过程实时监控。荧光和拉曼光谱是现阶段最受业界欢迎的一种方法，以实现对树脂聚合过程进行实时在线无损监控。

方法：

荧光光谱方法

样品：Dentsply International公司的TPH3微矩阵恢复性树脂，光源：4mW 473nm蓝色激光；检测器：B&W TEK公司BTC112线阵CCD阵列光谱仪；光谱范围：200-1050nm；积分时间：40ms。

图1（a）TPH3树脂聚合过程中的荧光光谱变化；（b）自然状态和聚合状态下牙科树脂的荧光强度比较

图1（a）是TPH3树脂在120s的聚合过程中的荧光光谱的变化，光谱采集的间隔时间为1s。我们可以清晰的看到TPH3的荧光信号在聚合过程中逐渐降低。除此之外，我们还可以看到荧光光谱的光谱形状也在发生着改变。这一现象在图1（b）中能够得到更直观的显示。荧光光谱在三个特征波段（514-524nm，545-555nm，585-595nm）随着聚合的过程逐渐发生改变。以上数据可以明确的说明，伴随着聚合状态的改变，树脂的荧光光谱也在发生着变化，而采用荧光光谱可以作为监控树脂聚合状态的有效方法和手段。图1（a）是TPH3树脂在120s的聚合过程中的荧光光谱的变化，光谱采集的间隔时间为1s。我们可以清晰的看到TPH3的荧光信号在聚合过程中逐渐降低。除此之外，我们还可以看到荧光光谱的光谱形状也在发生着改变。这一现象在图1（b）中能够得到更直观的显示。荧光光谱在三个特征波段（514-524nm，545-555nm，585-595nm）随着聚合的过程逐渐发生改变。以上数据可以明确的说明，伴随着聚合状态的改变，树脂的荧光光谱也在发生着变化，而采用荧光光谱可以作为监控树脂聚合状态的有效方法和手段。

2.拉曼光谱方法

样品：Dentsply International公司的TPH3微矩阵恢复性树脂，光源：300mW 785nm激光；检测仪器：B&W TEK公司MiniRam便携式拉曼光谱仪；光谱范围：225-3100cm-1；积分时间：40ms。

图2.（a）TPH3牙科树脂聚合前后拉曼光谱的变化；（b）聚合过程中拉曼和荧光信号的线性度验证

图2（a）可以看出TPH3树脂聚合前后，其拉曼信号在1610cm-1和1640cm-1处有明显的相对强度变化，通过拉曼信号相对强度的变化能够很好的表征牙科树脂在聚合前后的状态的改变。图2（b）进一步阐述了牙科树脂聚合状态的改变和拉曼信号变化的线性一致性。

结论：

采用荧光和拉曼光谱监控牙科树脂在聚合过程中的聚合度变化是一种方便，快速，准确的方法。该方法可以对聚合过程实时监控，无损快速，不影响反应状态。实验结果显示荧光和拉曼光谱对树脂聚合过程的监控有非常大的发展潜力。