聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化鋯與牙本質(zhì)間磨損性能的匹配實(shí)驗(yàn)

吳曉虹，劉偉東

(麗水市人民醫(yī)院 口腔科，浙江 麗水 323000)

牙冠由牙本質(zhì)、牙釉質(zhì)組成，牙釉質(zhì)在外牙本質(zhì)在內(nèi)，當(dāng)咀嚼食物時，牙釉質(zhì)會不斷被磨耗，可導(dǎo)致牙本質(zhì)逐漸顯露[1]。當(dāng)牙本質(zhì)參與咀嚼時，牙齒表面的磨損程度以及速度會比牙釉質(zhì)更快，隨著醫(yī)學(xué)口腔領(lǐng)域中材料的不斷更新發(fā)展，臨床可選用的高性能修復(fù)材料越來越多。大量研究資料認(rèn)為[2]，適合的修復(fù)材料應(yīng)該與牙體的顏色、硬度等相似，尤其是磨損性能方面。目前，國內(nèi)的研究主要集中于烤瓷金屬材料及各種氧化鋯等方面，對天然牙體的研究相對不足，并且上述研究主要側(cè)重于試驗(yàn)參數(shù)的改變對結(jié)果的影響，而對不同種類材料的磨損機(jī)制和牙體不同磨損度在摩擦實(shí)驗(yàn)對材料的匹配度研究不足。本研究選擇聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化鋯三種常用口腔材料，并與牙本質(zhì)進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，評估何種材料的磨損性與牙本質(zhì)最為相近，為臨床修復(fù)材料的選擇應(yīng)用提供借鑒。

1 資料與方法

1.1 材料與儀器 選取2016年1月—2018年1月麗水市人民醫(yī)院口腔外科因正畸拔除的雙尖牙或埋伏阻生的第三磨牙88顆，齒表面均未有磨耗表現(xiàn)。磨牙拔除后于低溫度進(jìn)行保存。本研究所采用的修復(fù)材料分別為聚合瓷(松風(fēng)Ceramage，福州維爾德義齒制作有限公司)，玻璃陶瓷(德國西諾德)，氧化鋯(德國西諾德)，環(huán)氧樹脂(湖北欣和安醫(yī)療器械有限責(zé)任公司)，根據(jù)ISO/TR 10271標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備人工唾液。儀器應(yīng)用微摩擦試驗(yàn)機(jī)(CETRUMT-2，北京億誠恒達(dá)科技有限公司)，粗糙度儀(德國馬爾MarSurf M300)，硬度測量儀(HVS-50Z，上海西光實(shí)業(yè)有限公司)，顯微鏡(電子掃描S-4800，日本日立公司內(nèi)產(chǎn))，拋光所應(yīng)用的金剛砂磨頭，超聲震蕩清洗器。

1.2 試件制作 取無磨耗牙，拔除后將其置入4℃生理鹽水中，磨取牙本質(zhì)牙尖共88個，平均分為4組各22個，用白色環(huán)氧樹脂進(jìn)行包埋，即制作上試件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)機(jī)的具體要求制作式樣，H為12 mm，D為3.0 mm。對磨牙尖部的接觸位置約0.5 mm的平面進(jìn)行拋光以及震蕩清洗后于生理鹽水進(jìn)行保存。下試件共3組，每組22個，其中A組為聚合瓷試件，B組為玻璃陶瓷試件，C組為氧化鋯試件，三組試件的規(guī)格均為15 mm3×12 mm3×5mm3，D組為牙本質(zhì)組，將其制作為對照組，共22個，處理方式為對牙頰側(cè)牙本質(zhì)進(jìn)行片切，厚度超過2 mm，于環(huán)氧樹脂進(jìn)行包埋，規(guī)格均為15 mm3×12 mm3×5 mm3，天然牙顯露平面面積為5 mm2×5 mm2，對下試件進(jìn)行砂紙打磨，并應(yīng)用拋光磨頭拋光達(dá)到最小粒度，震蕩清洗并留用。

1.3 數(shù)據(jù)測量

1.3.1 硬度測量 應(yīng)用自動轉(zhuǎn)塔數(shù)顯維氏硬度儀(HVS-50Z型)對下試件的表面顯微硬度進(jìn)行測量，測量負(fù)荷選擇98 N，加載時間設(shè)定為15 s，各種材料表面分別隨機(jī)選取10個點(diǎn)進(jìn)行硬度測量，將10個測量值取平均值，得出此種材料的硬度值。

1.3.2 粗糙度測量 應(yīng)用Mar Surf粗糙度測量儀對不同試件表面粗糙程度進(jìn)行測量。取樣長度n=5，掃描長度為4.0 mm，截止波長為0.8 mm。對每個試件拋光測量10次，計(jì)算出平均數(shù)值，即為此種材料的粗糙度。

1.3.3 質(zhì)量損失量測量 用蒸餾水將本研究全部上試件清洗，清洗時間約8～10 min，然后應(yīng)用二甲基酮，99%乙醇對上試件交替清洗三次，吹風(fēng)機(jī)吹干，電子秤稱重試件，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采用相同方法進(jìn)行稱重，并對質(zhì)量損失量進(jìn)行計(jì)算。摩擦實(shí)驗(yàn)：首先配置人工唾液，37℃下采用UMT-3微摩擦試驗(yàn)機(jī)對各試件進(jìn)行銷盤式往反摩擦實(shí)驗(yàn)，測試牙本質(zhì)與聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化鋯的摩擦磨損過程。實(shí)驗(yàn)機(jī)垂直截荷設(shè)置為15N，運(yùn)動移位度為1mm，頻率設(shè)置為2HZ，振動次數(shù)設(shè)置為5 500次。

1.4 表面形貌電鏡掃描 對牙本質(zhì)牙尖表面以及聚合類、玻璃陶瓷、氧化鋯工作端表面磨斑形貌做電鏡掃描。

2 結(jié)果

2.1 各種數(shù)據(jù)比較 各組試件的硬度由大到小為C組>B組>A組>D組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。聚合瓷的硬度與牙本質(zhì)無明顯差異(P>0.05)，硬度最相近。牙本質(zhì)與各組材料的粗糙度無明顯差異(P>0.05)。各組的質(zhì)量損失量由大到小依次為C組>B組>A組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，D組和A組的質(zhì)量損失量無明顯差異(P>0.05)。詳見表1。

表1 牙本質(zhì)與各組材料的粗糙度、硬度及質(zhì)量損失量比較

2.2 表面形貌電鏡掃描結(jié)果 牙本質(zhì)及牙尖在摩擦實(shí)驗(yàn)以后的磨斑形貌，牙本質(zhì)牙尖摩擦面可示牙本質(zhì)大量小管開口，犁溝較淺并且細(xì)小。未發(fā)現(xiàn)牙體的破裂組織，A組可見其表面有碎屑，犁溝較淺且細(xì)小，牙本質(zhì)小管尚可顯示；B組可見摩擦實(shí)驗(yàn)后其表面有較清晰的磨斑、犁溝，碎屑均較明顯；C組可見摩擦實(shí)驗(yàn)后其表面磨斑較清晰，犁溝碎屑均較明顯。

3 討論

牙釉質(zhì)于牙冠表面附著，極為堅(jiān)硬，但隨著與修復(fù)體不斷地摩擦接觸，其表面會出現(xiàn)疲勞裂隙，久之裂隙可迅速擴(kuò)展、剝落，最終顯露牙本質(zhì)。牙本質(zhì)的彈性高于牙釉質(zhì)，但硬度相對不足，牙本質(zhì)顯露后，磨損度會進(jìn)一步加速，并可引發(fā)牙髓炎等相關(guān)疾病。隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，口腔材料種類越來越多，因此選取與牙本質(zhì)耐磨性匹配的修復(fù)材料極為重要[3]。

本研究中所采用的各種材料硬度方面，由大到小為氧化鋯>玻璃陶瓷>聚合瓷>牙本質(zhì)，聚合瓷的硬度和牙本質(zhì)最為相近，玻璃陶瓷較釉質(zhì)略高, 氧化鋯則明顯大于其他材料。聚合瓷為樹脂瓷類材料，口腔修復(fù)時具有和牙體相似的外觀效果，處理聚合瓷表面難度較低，粘接性較為突出。玻璃陶瓷的硬度與牙釉質(zhì)相似，大量研究資料顯示[4]，聚合瓷是牙體缺損修復(fù)比較理想的材料，氧化鋯為牙科新型修復(fù)材料，硬度、韌度較高，相關(guān)研究認(rèn)為[5]，氧化鋯與牙體的顏色，通透度高度相似。玻璃陶瓷在摩擦損耗后表面粗糙度較低，結(jié)構(gòu)致密，內(nèi)部孔隙相對較少，生物相容性佳。

本研究中，各種材料粗糙度方面，牙本質(zhì)與氧化鋯、玻璃陶瓷、聚合瓷的粗糙度無明顯差異。硬度與材料磨損量呈正相關(guān)系, 硬度越高，材料越耐磨,相關(guān)研究將摩擦系數(shù)作為材料摩擦學(xué)性能的重要觀察指標(biāo)，并認(rèn)為其水平值越小，摩擦性能越好,摩擦系數(shù)與材料接觸面粗糙度有關(guān)[6-7]；摩擦系數(shù)的變化主要由于粗糙度提高，進(jìn)一步造成材料表面塑性變形，改變了摩擦副滑動面間的狀態(tài)和表面形貌，使摩擦界面更粗糙，摩擦系數(shù)指標(biāo)值增加[8]。

唾液、PH值以及溫度等條件均是影響牙本質(zhì)及相關(guān)修復(fù)材料耐磨性的重要影響因素[9]，故本研究在對各種材料進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)時，均在模擬人體口腔唾液及溫度的環(huán)境下進(jìn)行，最大程度地降低實(shí)驗(yàn)干擾因素。因此本研究所應(yīng)用的材料試件均為密度不均勻且復(fù)雜形態(tài)面，并對各種材料和牙本質(zhì)的質(zhì)量丟失應(yīng)用天平稱重進(jìn)行測量。

相關(guān)研究資料已對牙本質(zhì)、牙釉質(zhì)的密度、質(zhì)量通過應(yīng)用稱重法、失水法進(jìn)行測量，但此類方法僅適用密度均勻且相同材質(zhì)的試件，誤差無法調(diào)控[10-11]；另有研究應(yīng)用激光共聚焦顯微鏡對材質(zhì)進(jìn)行掃描，并獲取了試件平面的磨損長度及深度，但無法反應(yīng)非平面復(fù)雜曲面，曲線的形態(tài)結(jié)構(gòu)[12]。

質(zhì)量損失量方面，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，修復(fù)材料的硬度越高，牙本質(zhì)損失量越大，進(jìn)一步證明了在口腔咀嚼過程中修復(fù)體高硬度會導(dǎo)致對頜牙的高磨耗量。通過長時間高應(yīng)力摩擦實(shí)驗(yàn)的磨損過程后，牙本質(zhì)表面可發(fā)現(xiàn)疲勞裂隙，并且呈逐漸擴(kuò)展趨勢，剝落裂隙上的微粒，可在牙本質(zhì)表面形成大小不等的磨斑凹坑，脫落微粒再次壓入材料表面，其所受應(yīng)力傳導(dǎo)至表面以下，導(dǎo)致表面下的分子鍵斷裂，進(jìn)而微破壞區(qū)形成，出現(xiàn)表面接觸區(qū)疲勞磨損犁溝形成。

本研究中D組與A組的磨損主要為粘著磨損及疲勞磨損方式，同時伴有磨粒磨損，B組與C組主要為磨粒磨損，同時伴有粘著磨損。因此可以認(rèn)為，牙本質(zhì)和各種材料之間磨損時，通常為多種磨損方式并存，單一磨損方式的存在，會引發(fā)其他方式的磨損的出現(xiàn)。最終可以認(rèn)為牙本質(zhì)牙尖和聚合瓷的磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果與D組磨損方式最相似。

綜上所述，聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化鋯三種材料對牙本質(zhì)均可造成一定程度的磨損，而當(dāng)修復(fù)體磨損嚴(yán)重且牙本質(zhì)已顯露出的情況出現(xiàn)時，修復(fù)材料應(yīng)選用聚合瓷，其與牙本質(zhì)的耐磨性相似。