聚醚醚酮在樁核修復中的應用進展*

譚穎 饒思晗 孫紀奎 于海洋

齲病、外傷常導致冠部牙體組織缺損[1]。當冠部剩余牙體組織不足一半時，通常需要在根管治療后，采用樁核系統(tǒng)為最終冠修復提供固位，并改變牙根原有的應力分布模式[2]。鑄造金屬樁核作為傳統(tǒng)的樁核材料，由于存在露金屬色、腐蝕、與根管壁間粘接強度低，并且其彈性模量遠高于牙本質，容易造成患牙根折等問題，已經(jīng)逐漸被纖維樁所取代[3]。與金屬樁相比，纖維樁克服了上述缺陷，不僅具有良好的美學和粘接性能，它的低彈性模量也能實現(xiàn)牙根內均勻的應力分布[4]。然而，口腔中的水分和反復的溫度變化會降低纖維樁的機械性能，導致?lián)锨鷱姸认陆?。當樁的撓曲強度過低時，應力易集中于樁與根部牙本質之間的粘接界面，引發(fā)粘接失敗[5]。此外，纖維樁多為預成樁，與根管的匹配性不佳，可能導致根管的過度預備和厚而不均勻的粘接層[6,7]。陶瓷樁具有高強度和高彈性模量（100-250GPa），常由于牙根內應力集中而引發(fā)根折。此外，陶瓷材料的脆性大，在根內一旦折斷就難以取出，在過度負荷下引發(fā)的修復失效多為不可修復失效[8]。因此，尋找與天然牙根管系統(tǒng)力學匹配性更為理想的樁核材料一直是學界的關注點。

1.聚醚醚酮的概述

聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）是一種芳香族半結晶線性熱塑性聚合物（圖1）。作為聚芳醚酮（PAEK）家族的一員，PEEK 由雙酚鹽和芳香二鹵化物經(jīng)親核取代而成。在Williamson 乙醚的參與下，雙酚鹽由添加鈉、堿金屬碳酸鹽或氫氧化物的雙酚原位生成。這種化學結構使PEEK 耐高溫、化學和自由基損傷，具有更高的強度以及與玻璃纖維、碳纖維等增強劑的相容性[9]。

圖1 聚醚醚酮的化學結構

作為一種高性能熱塑性聚合物，PEEK由于其卓越的機械性能、生物相容性、耐高溫和化學穩(wěn)定性，在口腔和骨科中得到了廣泛的應用[9,10]。PEEK具有很高的抗折性，彈性模量也與人牙本質十分接近，可以起到應力緩沖的作用而發(fā)揮減震能力，可能成為玻璃陶瓷和金屬的替代品[11,12]。此外，還可以通過加入并改變填料含量來調整PEEK的機械性能，如玻璃纖維加強聚醚醚酮（GFR-PEEK）、碳纖維加強聚醚醚酮（CFR-PEEK）等加強材料，以改變PEEK的彈性模量，并在一定程度上提高PEEK的力學強度，防止PEEK修復體出現(xiàn)力學強度不夠，抵抗應力的能力較差等問題。作為一種美觀、非金屬的功能性材料，PEEK易于加工成型，可用于制作多種口腔修復體，如固定義齒、活動義齒支架、口腔種植體、個性化基臺和上頜贗復體[13,14]。

2.聚醚醚酮樁的機械性能

2.1 彈性模量 理想樁材料的物理特性應該與牙本質相近，如彈性模量、抗壓強度和彎曲強度，從而與牙本質形成同質結構，構成樁—核—粘接劑—牙本質復合體，實現(xiàn)應力的均勻分布[15]。彈性模量作為樁材料的一個力學參數(shù)，會對牙根內的應力分布產(chǎn)生重要影響。

在過度負荷下，樁核系統(tǒng)修復的根管治療牙可能發(fā)生牙折。根據(jù)折斷部位不同可分為可修復失效與不可修復失效，當牙折發(fā)生在牙頸部冠方時稱為可修復失效，當牙折涉及到牙頸部根方時稱為不可修復失效[16]。相比于金屬樁和陶瓷樁，PEEK（3-4GPa）及其增強材料（CFR-PEEK18GPa，GFR-PEEK12GPa）的彈性模量與人類牙本質更加接近（表1）。有研究表明，具有低彈性模量的樁材料能將咬合應力更均勻地分布在牙本質和牙骨質界面，并將最大應力傳遞至牙頸部骨水平以上[17]。因此，PEEK及其增強材料用作樁核修復時，有減少根部牙本質內應力集中，減少根折的潛質，并在過度負荷下修復的牙齒發(fā)生斷裂時以可修復失效為主。

表1 不同材料的彈性模量和泊松比

目前部分學者報道了關于PEEK樁的三維有限元分析，SametTekin[18]等人的研究發(fā)現(xiàn)，相比于玻璃纖維樁，PEEK樁能降低樁、樁的粘接界面和復合樹脂核中的應力，使牙根內應力分布更加均勻。其中，樁-牙本質粘接界面至關重要，它是在過度負荷下破壞開始的區(qū)域，該處應力集中可能導致粘接喪失，發(fā)生微滲漏，細菌侵入而引發(fā)修復失敗[19]；樹脂核中的應力過大則會增加核破裂甚至脫落的風險。關于PEEK的增強材料，Rajvi[20]等的試驗得出，CFR-PEEK樁比纖維樁在剩余牙本質中產(chǎn)生的應力更小，而GFRPEEK樁有著與纖維樁相似的應力分布，二者都可能成為樁核修復的替代材料。于豪等人[21]的研究則發(fā)現(xiàn)，PEEK樁和CFR-PEEK樁都能降低樁和其與牙本質粘接界面所受應力，而且使用CFR-PEEK樁時，樹脂核中的應力更小，牙根內應力分布更加均勻。

但是，三維有限元分析中使用的修復部位和口腔結構的模擬材料被認為是線彈性、均質、各向同性和理想粘結的，這與天然牙齒結構和支持組織并不完全相同（非均勻各向異性）。此外，目前關于PEEK及其增強材料在樁核修復中的參考數(shù)據(jù)仍然有限。因此，為了探討受力時PEEK樁修復的根管治療牙的應力分布，需要將研究結果與體外試驗和臨床評價進行綜合考慮。

2.2 抗折性 目前，關于PEEK 樁的抗折性研究主要集中在靜態(tài)的斷裂負荷試驗。Tekin等人的研究證實使用PEEK 樁能減少牙周膜和皮質骨上的應力[25]。Teixeira[16]等人分別對根管治療牙進行PEEK 樁核、納米陶瓷樁、鑄造金屬樁核以及納米混合樹脂復合材料定制的纖維樁修復，并觀察他們的抗折強度和失效模式。結果發(fā)現(xiàn)，PEEK 樁修復牙的抗折強度雖然低于鑄造金屬樁，但與其余組間不存在顯著差異。而且，PEEK 樁組多為可修復失效，鑄造金屬樁組多為不可修復失效，Merve[26]等人的研究也支持這一結論。然而，Haralur[27]等人的試驗得出，在熱循環(huán)和靜態(tài)負荷后，相比于纖維樁和陶瓷樁，PEEK 樁修復牙的抗折強度最高，這可能由于應力分布發(fā)生了改變：與玻璃纖維樁相比，PEEK樁中的應力值更低。

Merve[26]的試驗綜合考慮了不同樁核材料的長度直徑與抗折強度的關系。結果發(fā)現(xiàn)，不同于纖維樁和陶瓷樁，PEEK 樁的抗折強度與樁的長度直徑無明顯關系，在一定范圍內增加樁的長度和直徑對PEEK 樁的抗折強度沒有顯著影響，并且三者的抗折強度都明顯高于口內牙齒在正常咀嚼時所承受的負荷。因此，當所修復牙齒的抗折強度相同時，PEEK 樁核修復可能可以保留更多的根部牙本質。此外，當根管過度預備形成喇叭形根管時，由于根管壁薄而脆弱，在牙根薄弱的冠方更容易受到樁楔入力的影響，導致根折[28]。Kiriko[5]等人的研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)用PEEK樁和玻璃纖維套管修復喇叭形根管可以獲得理想的抗折強度，可能是一種合適的修復方式。

然而，目前試驗中的抗折強度是通過施加較大的靜態(tài)負荷來測定的，在口腔中的牙齒很少承受如此大的負荷，而是在咀嚼時反復承受較輕的力量[5]。因此，需要增加熱循環(huán)試驗和疲勞負荷試驗來進一步評估PEEK 樁的抗折強度。此外，各試驗所選取的受試對象不同、樁核尺寸不同、在實際臨床操作中也經(jīng)常受到唾液、血液的污染，在未來還需要進一步的研究來模擬真實的口腔環(huán)境。

2.3 抗老化性 老化是指高分子材料在加工、貯存和使用過程中由于內外因素的綜合作用，其物理、化學性質和力學性能逐漸變差的現(xiàn)象。由于口腔環(huán)境潮濕并且冷熱交替，修復材料難以避免會受到水分和溫度變化的影響。玻璃纖維樁是玻璃和樹脂的化合物，在樁體內部存在許多界面，樁和樹脂核之間也存在粘接界面。當樁核內部存在大量界面時，水分更可能導致樁核的抗彎強度下降，引發(fā)修復失效[29]。而PEEK 具有低水溶性和高穩(wěn)定性，同時一體式設計消除了樁核之間的粘接界面，在浸水情況下PEEK 樁未出現(xiàn)抗彎強度下降，降低了修復失敗的風險[5]。此外，Ibrahim[30]等人的研究發(fā)現(xiàn)，相比于纖維樁和鈦樁，PEEK 樁能更好地承受熱負荷應力，在樁-牙本質界面中能夠形成較低的溫度梯度。而具有低熱導率的玻璃纖維樁則產(chǎn)生了更高的溫度梯度，隨著時間的推移，這種差異會引發(fā)樁松動，導致修復失效[31]?，F(xiàn)有文獻表明，PEEK 及其復合材料不僅在體溫下的含水環(huán)境中具有長期穩(wěn)定性，也不會受到蒸汽或伽馬射線輻照滅菌的影響。

3.聚醚醚酮樁的粘接性能

為了獲得樁—核—粘接劑—牙本質復合體，不僅要求樁材料具有與牙本質相似的物理特性，還需要樁與根管壁之間以及樁核之間實現(xiàn)良好的粘接。與預成纖維樁相比，PEEK 材料可以通過CAD/CAM 或注塑成型技術設計制作一體式樁核，提高了樁與根管壁之間的摩擦力，并使二者之間的粘接層薄而均勻[32]。但是，由于PEEK 材料的表面能較低而且表面改性困難，在過度負荷下其失效模式與脫粘密切相關，實現(xiàn)PEEK 樁和根管壁的良好粘接可能仍是一項挑戰(zhàn)[33,34]。

在合適的表面處理后，Merve[7]等人分別測定了PEEK 樁、纖維樁和鑄造金屬樁的表面粗糙度和拉伸粘接強度，發(fā)現(xiàn)硫酸酸蝕處理的PEEK 樁組獲得了最高的拉伸粘接強度。一方面，樁的拉伸粘接強度與表面形貌有關。硫酸酸蝕后，PEEK 樁的粗糙表面具有一些不規(guī)則的凸起和凹陷，有利于PEEK 樁和樹脂粘接劑的粘接。另一方面，樁的表面粗糙度也是影響粘接效果的一個重要因素，我們常通過表面處理來增加樁體表面的粘接面積和微粗糙度[35]。Silthampitag[36]等人的研究認為材料的表面形貌對粘接力的影響可能大于材料的表面粗糙度。在Merve[7]等的研究中，盡管PEEK 樁的表面粗糙度低于纖維樁和金屬樁，但它的拉伸粘接強度最高，說明酸蝕可能導致PEEK 樁表面產(chǎn)生了化學和微觀形態(tài)變化，從而改善了樹脂粘接劑的極性和滲透性[37]。

然而，酸蝕不一定是PEEK 樁最佳的表面處理方式。硫酸酸蝕能對組織造成損害而具有極大的危險性，長期來看，其處理表面的穩(wěn)定性也尚不明確[7]。為了確保安全，這種處理方法既不能在椅旁進行，也不能由口腔技師操作，只能由生產(chǎn)商提前完成。此外，PEEK 樁還有其他的表面處理方式，如二氧化硅涂層、噴砂、激光、非等離子體處理或它們的組合[38]。Caglar[38]對PEEK 樁進行了不同的表面處理，發(fā)現(xiàn)除酸蝕外，對樁表面進行噴砂和非等離子體處理同樣可以顯著提高樁的推出粘接強度。而且，當測量樁的粘結強度時，推出試驗比線性剪切試驗或微拉伸試驗更有效，更具臨床相關性[39]。?ulhao?lu[40]等人對PEEK 的標準試樣進行了不同的表面處理后，測定樣品的表面特性及其與樹脂的剪切粘接強度。結果發(fā)現(xiàn)，酸蝕、激光照射和噴砂的剪切粘接強度均大于10MPa，都可以作為PEEK材料可行的表面處理方式。

PEEK 材料的組成也會影響樁的粘接強度。改性PEEK（Bio-HPP）是一種含有20% 陶瓷填料的PEEK，具有良好的生物相容性、機械性能、美學性能和較低的菌斑附著性[41]。而且，Bio-HPP與復合樹脂材料之間具有較高的的粘接強度。有文獻證明，使用樹脂粘接劑時，Bio-HPP 與牙本質結合良好[42]。這可能由于樹脂粘接劑與加入PEEK基體中的陶瓷填料反應且結合良好，有助于樁-牙本質之間獲得足夠的粘結強度[43]。樁-根管壁之間以及冠-牙本質之間的良好結合也能降低牙根頸部的應力集中，補償邊緣微滲漏[44]。

因此，當選擇適當?shù)谋砻嫣幚矸绞胶蚉EEK 材料組成時，PEEK 及其增強材料能與樹脂粘接系統(tǒng)獲得良好的粘接效果，可能是樁核材料的一種理想選擇。然而，樁與牙本質之間的粘接強度還受到粘接強度試驗設計、粘接劑系統(tǒng)以及樁核制作方式（預成、定制）等因素的影響。由于缺乏標準化，很難實現(xiàn)粘結強度試驗設計（拉伸、微拉伸、推出和剪切）之間的相關性；盡管如此，無論采用哪種試驗類型，都可以評價受檢材料的粘結質量[45]。目前研究的局限性在于，缺乏有關PEEK 樁長期粘接性能的研究，以及真實口腔環(huán)境和老化對其粘接效果的影響。在未來，需要進一步開展粘接強度試驗，并結合臨床研究，尋找更適合PEEK樁的粘接方式。

4.聚醚醚酮樁的生物相容性

Fovet等的電耦實驗表明，碳纖維樁也可能發(fā)生腐蝕反應，在粘接碳纖維樁時需保證根管的清潔與干燥[46]。PEEK及其復合材料具有生物相容性和生物惰性。因為PEEK表面疏水，化學性質不活潑，在其表面難以吸附蛋白質。因此，在軟硬組織中以塊狀形式存在的PEEK不會導致不良反應或離子成分的釋放[47]。此外，目前尚無體外研究證明PEEK對人體具有細胞毒性或致突變性，體內研究提示PEEK不會對成纖維細胞和成骨細胞產(chǎn)生毒性。然而，目前關于PEEK樁的生物相容性的體內外實驗仍然缺乏，在其于臨床廣泛應用前還亟待進一步研究。

5.聚醚醚酮樁的其他性能

PEEK 材料具有透射性且無鐵磁性，在進行核磁共振成像（MRI）和X 光檢查時幾乎不會造成偽影，避免由于圖像扭曲變形而影響診斷[47]。然而，PEEK 呈乳白色或灰白色，透光性較差，作為樁核材料進行前牙修復可能難以滿足較高的美學要求，可以通過粘合復合樹脂、飾面、調色等方法進行修飾。對于PEEK 的增強材料，由于碳纖維呈黑色，玻璃纖維呈白色或半透明色，相比于CFR-PEEK甚至PEEK，GFR-PEEK 樁可能可以獲得更好的美學效果。

6.聚醚醚酮樁的臨床應用

目前，關于PEEK 作為樁核材料的臨床病例比較有限，都獲得了滿意的修復效果。胡靜[48]等人報告了數(shù)字化制作PEEK 樁核，配合全瓷冠修復上前牙外傷一例。作者采用數(shù)字化技術，設計制作了PEEK 樁核和二氧化鋯全瓷內冠進行修復，獲得了滿意的治療效果。Zoidis[49]等人則采用改性PEEK樁核（Bio-HPP）和二硅酸鋰陶瓷冠完成了一例上前牙修復。Zoidis 等人選擇了傳統(tǒng)的注塑成型技術制作PEEK 樁核，制作的樁核具有高精度和與根管的良好匹配性。在修復完成后的三年隨訪期內，患者的修復效果良好，未出現(xiàn)脫粘或其他的修復失效。Galgali[50]等人報告了CAD/CAM 銑削PEEK樁核聯(lián)合烤瓷冠修復下頜前磨牙一例，并在修復完成后一周、一個月以及三個月對患者進行隨訪，在隨訪期內作者未報道修復并發(fā)癥的出現(xiàn)。

此外，關于PEEK 樁核修復的長期療效以及應用于后牙時的修復效果評價仍然缺乏，在真實口腔環(huán)境中長期的冷熱循環(huán)和咀嚼負荷會對其修復效果造成什么影響還亟待研究。因此，在未來，需要結合體外研究和動物實驗，綜合考慮患者對修復效果和治療成本的要求，對PEEK 在樁核修復中的應用進行進一步探討。

7.總結與展望

PEEK 的彈性模量與牙本質相近，還具有優(yōu)異的生物相容性和抗老化性，可能是一種合適的樁核替代材料。在美學區(qū)應用時，PEEK 樁的美學性能和粘接性能有待提高，需要進行一定的處理以獲得理想的修復效果。目前，PEEK 在樁核修復中的研究主要集中在體外試驗，其廣泛應用尚需更多動物實驗和臨床評價的結論支持。