聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化锆与牙本质间磨损性能的匹配实验

吴晓虹，刘伟东

(丽水市人民医院 口腔科，浙江 丽水 323000)

牙冠由牙本质、牙釉质组成，牙釉质在外牙本质在内，当咀嚼食物时，牙釉质会不断被磨耗，可导致牙本质逐渐显露[1]。当牙本质参与咀嚼时，牙齿表面的磨损程度以及速度会比牙釉质更快，随着医学口腔领域中材料的不断更新发展，临床可选用的高性能修复材料越来越多。大量研究资料认为[2]，适合的修复材料应该与牙体的颜色、硬度等相似，尤其是磨损性能方面。目前，国内的研究主要集中于烤瓷金属材料及各种氧化锆等方面，对天然牙体的研究相对不足，并且上述研究主要侧重于试验参数的改变对结果的影响，而对不同种类材料的磨损机制和牙体不同磨损度在摩擦实验对材料的匹配度研究不足。本研究选择聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化锆三种常用口腔材料，并与牙本质进行磨损实验，评估何种材料的磨损性与牙本质最为相近，为临床修复材料的选择应用提供借鉴。

1 资料与方法

1.1 材料与仪器 选取2016年1月—2018年1月丽水市人民医院口腔外科因正畸拔除的双尖牙或埋伏阻生的第三磨牙88颗，齿表面均未有磨耗表现。磨牙拔除后于低温度进行保存。本研究所采用的修复材料分别为聚合瓷(松风Ceramage，福州维尔德义齿制作有限公司)，玻璃陶瓷(德国西诺德)，氧化锆(德国西诺德)，环氧树脂(湖北欣和安医疗器械有限责任公司)，根据ISO/TR 10271标准准备人工唾液。仪器应用微摩擦试验机(CETRUMT-2，北京亿诚恒达科技有限公司)，粗糙度仪(德国马尔MarSurf M300)，硬度测量仪(HVS-50Z，上海西光实业有限公司)，显微镜(电子扫描S-4800，日本日立公司内产)，抛光所应用的金刚砂磨头，超声震荡清洗器。

1.2 试件制作 取无磨耗牙，拔除后将其置入4℃生理盐水中，磨取牙本质牙尖共88个，平均分为4组各22个，用白色环氧树脂进行包埋，即制作上试件，根据实验机的具体要求制作式样，H为12 mm，D为3.0 mm。对磨牙尖部的接触位置约0.5 mm的平面进行抛光以及震荡清洗后于生理盐水进行保存。下试件共3组，每组22个，其中A组为聚合瓷试件，B组为玻璃陶瓷试件，C组为氧化锆试件，三组试件的规格均为15 mm3×12 mm3×5mm3，D组为牙本质组，将其制作为对照组，共22个，处理方式为对牙颊侧牙本质进行片切，厚度超过2 mm，于环氧树脂进行包埋，规格均为15 mm3×12 mm3×5 mm3，天然牙显露平面面积为5 mm2×5 mm2，对下试件进行砂纸打磨，并应用抛光磨头抛光达到最小粒度，震荡清洗并留用。

1.3 数据测量

1.3.1 硬度测量 应用自动转塔数显维氏硬度仪(HVS-50Z型)对下试件的表面显微硬度进行测量，测量负荷选择98 N，加载时间设定为15 s，各种材料表面分别随机选取10个点进行硬度测量，将10个测量值取平均值，得出此种材料的硬度值。

1.3.2 粗糙度测量 应用Mar Surf粗糙度测量仪对不同试件表面粗糙程度进行测量。取样长度n=5，扫描长度为4.0 mm，截止波长为0.8 mm。对每个试件抛光测量10次，计算出平均数值，即为此种材料的粗糙度。

1.3.3 质量损失量测量 用蒸馏水将本研究全部上试件清洗，清洗时间约8～10 min，然后应用二甲基酮，99%乙醇对上试件交替清洗三次，吹风机吹干，电子秤称重试件，实验结束后采用相同方法进行称重，并对质量损失量进行计算。摩擦实验：首先配置人工唾液，37℃下采用UMT-3微摩擦试验机对各试件进行销盘式往反摩擦实验，测试牙本质与聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化锆的摩擦磨损过程。实验机垂直截荷设置为15N，运动移位度为1mm，频率设置为2HZ，振动次数设置为5 500次。

1.4 表面形貌电镜扫描 对牙本质牙尖表面以及聚合类、玻璃陶瓷、氧化锆工作端表面磨斑形貌做电镜扫描。

2 结果

2.1 各种数据比较 各组试件的硬度由大到小为C组>B组>A组>D组，差异有统计学意义(P<0.05)。聚合瓷的硬度与牙本质无明显差异(P>0.05)，硬度最相近。牙本质与各组材料的粗糙度无明显差异(P>0.05)。各组的质量损失量由大到小依次为C组>B组>A组，差异具有统计学意义(P<0.05)，D组和A组的质量损失量无明显差异(P>0.05)。详见表1。

表1 牙本质与各组材料的粗糙度、硬度及质量损失量比较

2.2 表面形貌电镜扫描结果 牙本质及牙尖在摩擦实验以后的磨斑形貌，牙本质牙尖摩擦面可示牙本质大量小管开口，犁沟较浅并且细小。未发现牙体的破裂组织，A组可见其表面有碎屑，犁沟较浅且细小，牙本质小管尚可显示；B组可见摩擦实验后其表面有较清晰的磨斑、犁沟，碎屑均较明显；C组可见摩擦实验后其表面磨斑较清晰，犁沟碎屑均较明显。

3 讨论

牙釉质于牙冠表面附着，极为坚硬，但随着与修复体不断地摩擦接触，其表面会出现疲劳裂隙，久之裂隙可迅速扩展、剥落，最终显露牙本质。牙本质的弹性高于牙釉质，但硬度相对不足，牙本质显露后，磨损度会进一步加速，并可引发牙髓炎等相关疾病。随着医疗技术的不断发展，口腔材料种类越来越多，因此选取与牙本质耐磨性匹配的修复材料极为重要[3]。

本研究中所采用的各种材料硬度方面，由大到小为氧化锆>玻璃陶瓷>聚合瓷>牙本质，聚合瓷的硬度和牙本质最为相近，玻璃陶瓷较釉质略高, 氧化锆则明显大于其他材料。聚合瓷为树脂瓷类材料，口腔修复时具有和牙体相似的外观效果，处理聚合瓷表面难度较低，粘接性较为突出。玻璃陶瓷的硬度与牙釉质相似，大量研究资料显示[4]，聚合瓷是牙体缺损修复比较理想的材料，氧化锆为牙科新型修复材料，硬度、韧度较高，相关研究认为[5]，氧化锆与牙体的颜色，通透度高度相似。玻璃陶瓷在摩擦损耗后表面粗糙度较低，结构致密，内部孔隙相对较少，生物相容性佳。

本研究中，各种材料粗糙度方面，牙本质与氧化锆、玻璃陶瓷、聚合瓷的粗糙度无明显差异。硬度与材料磨损量呈正相关系, 硬度越高，材料越耐磨,相关研究将摩擦系数作为材料摩擦学性能的重要观察指标，并认为其水平值越小，摩擦性能越好,摩擦系数与材料接触面粗糙度有关[6-7]；摩擦系数的变化主要由于粗糙度提高，进一步造成材料表面塑性变形，改变了摩擦副滑动面间的状态和表面形貌，使摩擦界面更粗糙，摩擦系数指标值增加[8]。

唾液、PH值以及温度等条件均是影响牙本质及相关修复材料耐磨性的重要影响因素[9]，故本研究在对各种材料进行相关实验时，均在模拟人体口腔唾液及温度的环境下进行，最大程度地降低实验干扰因素。因此本研究所应用的材料试件均为密度不均匀且复杂形态面，并对各种材料和牙本质的质量丢失应用天平称重进行测量。

相关研究资料已对牙本质、牙釉质的密度、质量通过应用称重法、失水法进行测量，但此类方法仅适用密度均匀且相同材质的试件，误差无法调控[10-11]；另有研究应用激光共聚焦显微镜对材质进行扫描，并获取了试件平面的磨损长度及深度，但无法反应非平面复杂曲面，曲线的形态结构[12]。

质量损失量方面，本研究结果发现，修复材料的硬度越高，牙本质损失量越大，进一步证明了在口腔咀嚼过程中修复体高硬度会导致对颌牙的高磨耗量。通过长时间高应力摩擦实验的磨损过程后，牙本质表面可发现疲劳裂隙，并且呈逐渐扩展趋势，剥落裂隙上的微粒，可在牙本质表面形成大小不等的磨斑凹坑，脱落微粒再次压入材料表面，其所受应力传导至表面以下，导致表面下的分子键断裂，进而微破坏区形成，出现表面接触区疲劳磨损犁沟形成。

本研究中D组与A组的磨损主要为粘着磨损及疲劳磨损方式，同时伴有磨粒磨损，B组与C组主要为磨粒磨损，同时伴有粘着磨损。因此可以认为，牙本质和各种材料之间磨损时，通常为多种磨损方式并存，单一磨损方式的存在，会引发其他方式的磨损的出现。最终可以认为牙本质牙尖和聚合瓷的磨损实验结果与D组磨损方式最相似。

综上所述，聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化锆三种材料对牙本质均可造成一定程度的磨损，而当修复体磨损严重且牙本质已显露出的情况出现时，修复材料应选用聚合瓷，其与牙本质的耐磨性相似。