口腔修復(fù)材料對(duì)牙本質(zhì)的磨損性能的研究

李晨曦 梁銳英 趙艷萍 徐艷麗 孟賀

口腔修復(fù)材料對(duì)牙本質(zhì)的磨損性能的研究

李晨曦 梁銳英 趙艷萍 徐艷麗 孟賀

目的研究牙色材料與天然牙本質(zhì)之間磨損性能的匹配情況。方法以牙本質(zhì)為研究對(duì)象，以實(shí)驗(yàn)組高度拋光的聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化鋯為摩擦劑，模擬口腔環(huán)境，利用微摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)，研究牙本質(zhì)與不同材料之間的摩擦磨損性能。采用掃描電鏡觀察表面形貌，粗糙度儀測(cè)粗糙度，維氏硬度儀測(cè)表面硬度，電子天平測(cè)磨損量。結(jié)果牙本質(zhì)與3 種材料粗糙度近似(Pgt;0.05)，硬度小于3 種材料(Plt;0.05)。牙本質(zhì)與3 種材料分別對(duì)磨后材料的磨損量大于牙本質(zhì)對(duì)照組的磨損量(Plt;0. 05)，牙尖牙本質(zhì)的磨損量與3 種材料及牙本質(zhì)的硬度值呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.840)。其中聚合瓷組的牙本質(zhì)磨損量與對(duì)照組最接近。結(jié)論不同材料對(duì)牙本質(zhì)均會(huì)造成不同程度的磨損，聚合瓷具有與牙本質(zhì)相近的耐磨性能。

口腔修復(fù)材料； 牙本質(zhì)； 磨損匹配性； 摩擦實(shí)驗(yàn)

理想的修復(fù)體應(yīng)該具有和牙體組織接近的耐磨性，既可以很好地發(fā)揮修復(fù)功能，又能保護(hù)天然牙的健康，不造成過度磨損[1]。在不斷的咀嚼過程中，由于摩擦作用牙釉質(zhì)會(huì)不斷磨耗而暴露出牙本質(zhì)，牙本質(zhì)也將參與咀嚼功能，且這種改變隨著年齡的增長(zhǎng)更加突顯。有研究顯示牙本質(zhì)暴露后牙齒磨耗速度明顯加快，對(duì)頜牙是冠修復(fù)體時(shí)磨耗更明顯[2]。本實(shí)驗(yàn)選取幾種具有代表性的口腔修復(fù)材料，與天然牙本質(zhì)進(jìn)行對(duì)磨，旨在尋找與牙本質(zhì)磨損性能更接近的修復(fù)材料。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

聚合瓷(松風(fēng)株式會(huì)社，日本)，玻璃陶瓷(VITA，德國(guó))，氧化鋯(深圳愛爾創(chuàng))，環(huán)氧樹脂(上海，新世紀(jì)齒科材料公司)，2 周內(nèi)拔除的上頜前磨牙(表面無磨耗，無齲損，無脫礦現(xiàn)象)。人工唾液采用ISO/TR 10271 標(biāo)準(zhǔn)制備(成分：NaCl：0.4 g； KCl：0.4 g； CaCl2·2H2O：0.795 g； NaH2PO4·H2O2：0.78 g ；Na2S·9H2O：0.005 g； Urea：1 g； Distilled Water：1 000 g)。微摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)(UMT-2，CETR，USA)，粗糙度儀(MarSurf M 300 C+RD 18 C, Mahr GmbH )，HVS-50Z型自動(dòng)轉(zhuǎn)塔數(shù)顯維氏硬度儀(上海，髙致精密儀器有限公司)，掃描電子顯微鏡(S-4800，日本日立公司)，拋光用金剛砂磨頭(DFS，德國(guó))，電子天平(Sartorius ME and SE Series，德國(guó))，超聲振蕩清洗器(SB-1000DT)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試件制備與分組 選取因正畸拔除的未磨耗前磨牙，拔除后立即放入生理鹽水，保存在4 ℃冰箱中[3]。磨取牙本質(zhì)牙尖40 個(gè)，隨機(jī)分為4 組(n=10)，包埋于白色環(huán)氧樹脂中，作為實(shí)驗(yàn)上試件，按實(shí)驗(yàn)機(jī)要求將上試件制作成d=3.1 mm，h=12 mm的銷形試樣[3]，對(duì)磨牙尖接觸端至少0.5 mm小平面，齒科專用拋光輪由粗到細(xì)依次拋光，超聲震蕩清洗后，保存于生理鹽水中。下試件為聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化鋯實(shí)驗(yàn)組試件各10 個(gè)，規(guī)格為15 mm×10 mm×5 mm平面試件；對(duì)照組(牙本質(zhì)組)片切天然牙頰側(cè)牙本質(zhì)10 個(gè)，厚度不小于2 mm，包埋于環(huán)氧樹脂中，規(guī)格同實(shí)驗(yàn)組，暴露天然牙至少5 mm×5 mm平面。所有下試件200～600 目碳化硅砂紙依次打磨后，分別用專用拋光磨頭拋光至最小粒度，超聲清洗，備用[3]。

1.2.2 硬度測(cè)量 HVS-50Z型自動(dòng)轉(zhuǎn)塔數(shù)顯維氏硬度儀測(cè)量試件的表面維氏硬度。負(fù)荷采用98 N，時(shí)間15 s，每種材料表面選5 個(gè)點(diǎn)測(cè)量，取5 個(gè)測(cè)量值的平均值作為該材料的硬度值。

1.2.3 粗糙度檢測(cè) MarSurf 粗糙度儀測(cè)量試件的表面粗糙度。掃描長(zhǎng)度Lt=4.0 mm，截止波長(zhǎng)0.800 mm，取樣數(shù)目n=5。每個(gè)試件拋光面中心區(qū)域測(cè)10 次，取平均值為該試件的表面粗糙度。

1.2.4 摩擦實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用微摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行銷盤式往復(fù)摩擦實(shí)驗(yàn)[4]，測(cè)試天然牙本質(zhì)分別與3 種材料的摩擦磨損過程。文獻(xiàn)報(bào)道人工唾液介質(zhì)對(duì)摩擦實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響大，因此實(shí)驗(yàn)在人工唾液浸潤(rùn)下進(jìn)行。本研究設(shè)計(jì)垂直載荷為15 N[5]，摩擦運(yùn)動(dòng)方式為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，位移幅度1 mm，頻率2 Hz，循環(huán)次數(shù)5 000 次。

1.2.5 質(zhì)量損失量 將所有包埋后的牙本質(zhì)牙尖即上試件置于蒸餾水中清洗10 min，冷風(fēng)吹干，電子天平稱重(精確至0.001 mg)，實(shí)驗(yàn)后，經(jīng)相同程序稱重[6]，計(jì)算質(zhì)量損失量。

1.2.6 電鏡掃描表面形貌 掃描電鏡觀測(cè)牙本質(zhì)磨損實(shí)驗(yàn)后牙尖表面的磨斑及試件磨耗面微觀形貌。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 17.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)材料粗糙度、硬度及對(duì)磨物質(zhì)量損失量進(jìn)行單因素方差分析及兩兩比較。對(duì)與材料對(duì)磨引起的釉質(zhì)、牙本質(zhì)磨損量與硬度之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。檢驗(yàn)水準(zhǔn) α=0.05。

2 結(jié) 果

2.1 摩擦試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

2.1.1 材料的維氏硬度和粗糙度值 試件的硬度由小到大依次為牙本質(zhì)、聚合瓷、玻璃陶瓷、氧化鋯(表 1)。聚合瓷同牙本質(zhì)硬度最接近，玻璃陶瓷略高于聚合瓷，氧化鋯高于其他材料。單因素方差分析及兩兩比較，Plt;0.05，材料硬度不完全相同。使用SPSS 17.0軟件包對(duì)材料粗糙度進(jìn)行單因素方差分析及兩兩比較，Pgt;0.05，4 種材料間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

Tab 1 Hardness and roughness of the materials (n=5,±s)

2.1.2 牙本質(zhì)損失量 見表 2，對(duì)其進(jìn)行單因素方差分析，Plt;0.05，即4 組材料間的損失量不完全相同，兩兩比較可得牙本質(zhì)和聚合瓷組之間，Pgt;0.05，有研究認(rèn)為材料硬度越大，對(duì)天然牙的磨損越嚴(yán)重[7]。因此對(duì)牙本質(zhì)損失量與材料硬度之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，牙本質(zhì)組r=0.846，為高度相關(guān)，P=0.147gt;0.05，相關(guān)顯著。硬度和質(zhì)量損失間有一定的正向趨勢(shì)，即隨著硬度不同程度的增加，質(zhì)量損失量也增加。

表 2 牙本質(zhì)損失量

2.2 掃描電鏡結(jié)果

圖 1示牙本質(zhì)牙尖摩擦實(shí)驗(yàn)后的表面磨斑微觀形貌。圖 1A中摩擦面可見大量牙本質(zhì)小管開口，犁溝細(xì)小且淺,未見碎裂牙體組織；圖 1B中摩擦面有碎屑附于表面，犁溝細(xì)小且淺，牙本質(zhì)小管依稀可見；圖 1C中摩擦表面的磨斑清晰，呈現(xiàn)明顯的犁溝和碎屑；圖 1D中摩擦表面磨斑清晰，呈現(xiàn)明顯的犁溝和碎屑，在犁溝間可見裂紋和片狀剝脫；圖 1E為正常牙本質(zhì)表面形貌，未見明顯裂紋，表面光滑[8]。

圖 2示各組材料摩擦實(shí)驗(yàn)后的表面微觀形貌。圖 2A中摩擦面可見龜裂紋和片狀剝脫，犁溝細(xì)小且淺；圖 2B中摩擦面犁溝明顯，有碎屑附于表面；圖 2C中摩擦面犁溝較淺且稀疏，表面較平滑；圖 2D中摩擦面可見細(xì)長(zhǎng)劃痕，有碎屑附于表面[9]。

圖 1 各組摩擦實(shí)驗(yàn)后牙本質(zhì)牙尖的表面形貌

圖 2 摩擦實(shí)驗(yàn)后各組磨損區(qū)的表面形貌

3 討 論

牙體硬組織的生理磨耗是一個(gè)漸進(jìn)的過程，牙釉質(zhì)硬度高，脆性大，隨著摩擦接觸時(shí)間的增長(zhǎng)，在牙釉質(zhì)表面逐漸的引發(fā)疲勞裂紋，之后裂紋擴(kuò)展迅速，漸漸剝落，牙本質(zhì)暴露。相比于釉質(zhì)，牙本質(zhì)具有一定的彈性，硬度較低，因此一旦暴露，磨損進(jìn)程將會(huì)加快，出現(xiàn)牙本質(zhì)過敏，牙髓炎，顳頜關(guān)節(jié)紊亂等病癥。近年來口腔材料學(xué)的高速發(fā)展，越來越多種類的材料應(yīng)用于臨床，修復(fù)體長(zhǎng)期在口內(nèi)行使功能，選擇耐磨性與牙本質(zhì)相匹配的牙科修復(fù)材料至關(guān)重要。

松風(fēng)聚合瓷作為一種光固化類瓷樹脂材料，顯示出類似于瓷的一些獨(dú)特的特性，作為一種牙色材料，有多種型號(hào)可供選擇，燒結(jié)完成后具有同牙體相近的美學(xué)效果，其獨(dú)特的組成成分使其表面易于處理，具有非常好的粘接性。玻璃陶瓷作為一種新型修復(fù)材料，硬度及磨耗性能與釉質(zhì)相似，由于其色澤的多選擇性，擁有高度的美學(xué)效果并具有出色的生物相容性。氧化鋯作為一種應(yīng)用廣泛的修復(fù)材料，歸于其日臻成熟的技術(shù)手段，美學(xué)效果大大提升，在通透性及色澤方面與天然牙愈加接近[10-12]。此3 種材料均為臨床常用的美學(xué)修復(fù)材料，因此用于本次實(shí)驗(yàn)研究。

口腔咀嚼食物發(fā)生摩擦磨損運(yùn)動(dòng)時(shí)的咬合力、溫度、唾液、pH 等因素變化，均會(huì)對(duì)修復(fù)材料和牙本質(zhì)的耐磨性產(chǎn)生重大影響。因此，本測(cè)試是在 37 ℃，人工唾液中進(jìn)行，載荷、運(yùn)動(dòng)速度均模擬口腔生理環(huán)境，使測(cè)試結(jié)果更有可比性。體外試驗(yàn)評(píng)價(jià)與天然牙相匹配的口腔材料，其對(duì)磨物磨損量應(yīng)與牙本質(zhì)相接近[13]。

目前，在體外摩擦磨損實(shí)驗(yàn)時(shí)多半是將天然牙進(jìn)行水下切割、包埋等工藝，制作成近似平面的試件，通常采用天平稱重法(0.1 mg) 、失水法、以及激光共聚焦掃描顯微鏡掃描法對(duì)其磨損體積、磨損質(zhì)量、磨損面積以及磨損高度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量[13-15]。張潔等[16]采用失水法和稱重法分別測(cè)量牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)的質(zhì)量和密度，但僅適用于密度均勻材質(zhì)相同的試件塊，且誤差難以控制；鄭靖等[17]采用激光共聚焦掃描顯微鏡獲得平面試件的最大磨損深度及長(zhǎng)度，但對(duì)于非平面的復(fù)雜曲線和曲面而言，直線距離并不能真實(shí)反映其形態(tài)結(jié)構(gòu)。相較于上述2 種方法，本實(shí)驗(yàn)所用試件為形態(tài)復(fù)雜的曲面，且密度不均，考慮采用天平稱重法測(cè)質(zhì)量損失量更為直觀和準(zhǔn)確。

本研究采用質(zhì)量損失量結(jié)合硬度、粗糙度、摩擦系數(shù)和磨斑形貌對(duì)磨損匹配性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，牙本質(zhì)損失量隨材料硬度增大而增加。這提示在咀嚼過程中修復(fù)體硬度的增大，會(huì)導(dǎo)致對(duì)頜牙的磨耗量加大，從而對(duì)天然牙產(chǎn)生非生理性過度磨耗[18]。摩擦系數(shù)的改變，主要因?yàn)榇植诙仍龃?，使材料表面出現(xiàn)塑性變形，改變了摩擦副滑動(dòng)面間的狀態(tài)和表面形貌，使摩擦界面變得更為粗糙，導(dǎo)致摩擦系數(shù)的增加[15]。從質(zhì)量損失量可以看出對(duì)照組牙本質(zhì)損失量較低，其余依次為聚合瓷，玻璃陶瓷，氧化鋯。

從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高應(yīng)力作用下的摩擦磨損運(yùn)動(dòng)后，牙本質(zhì)表面產(chǎn)生疲勞裂紋并擴(kuò)展，裂紋上的微粒剝落下來，表面上形成深淺不同、大小不一的磨斑狀凹坑，脫落下來的微粒可重新壓入材料表面，表面所受的力傳至表面下引起表面下分子鍵的斷裂，發(fā)生表面下的微破壞區(qū)，引起表面破壞，使物體表面發(fā)生的磨損為疲勞磨損，也可在兩界面間形成磨損顆粒，引起表面擦傷，形成犁溝，即發(fā)生磨粒磨損。兩界面之間有較大的粘著力時(shí)，在運(yùn)動(dòng)過程中一種物質(zhì)表面發(fā)生破損，破損碎屑融合到對(duì)方的表面，即為粘著磨損。對(duì)照組和聚合瓷組磨損方式以疲勞磨損和粘著磨損為主，伴磨粒磨損，玻璃陶瓷組和氧化鋯組以磨粒磨損為主，伴粘著磨損。由此可見，材料與牙本質(zhì)的磨損過程，通常是幾種磨損形式同時(shí)存在，而且一種磨損發(fā)生后會(huì)誘發(fā)其他形式的磨損，或者以一種磨損形式為主，伴隨其他形式的磨損[19]，其中聚合瓷與牙本質(zhì)牙尖在磨損過程中與對(duì)照組的磨損方式最為接近。

松風(fēng)聚合瓷作為一種光固化類瓷樹脂材料，顯示出類似于瓷的一些獨(dú)特的特性，具有天然牙的美學(xué)效果，其硬度及磨耗性能與牙本質(zhì)相似，因此，修復(fù)體的對(duì)頜牙若是磨耗嚴(yán)重已暴露牙本質(zhì)時(shí)，則修復(fù)體宜選用聚合瓷作為修復(fù)材料。

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(收稿： 2016-09-19 修回： 2016-11-18)

Wearmatchingperformanceofdentalrestorationmaterialsoppositingtodentine

LIChenxi,LIANGRuiying,ZHAOYanping,XUYanli,MENGHe.

063000Tangshan,SchoolofStomatology，NorthChinaUniversityofScienceandTechnology，China

Objective: To compare the wear resistance between dentin and dental restoration materialinvitro.MethodsThe friction and wear behaviors of natural tooth dentin respectively against highly polished polymer ceramic,glass ceramic and zirconia were investigated in an artificial saliva test environment by UMT-2 friction and wear testing machine. Worn surface morphology was observed by scanning electron microscopy(SEM),roughness was measured by roughness instrument,the rigidity value was weighed by electronic balance.ResultsThe roughness of the 3 materials was similar to that of dentin(Pgt;0.05), the rigidity of dentin was less than that of the 3 materials(Plt;0.05). After friction and wear test, the abrasion quantity of dentin respectively against the 3 materials was less than that of the materials(Plt;0.05). There was positive correlation between the wear loss and the hardness of the 3 materials and dentin(r=0.846). The mass loss of the dentin against Poly Ceramic after grinding abrasion was the closest among the 3 materials.ConclusionDifferent materials have varying degrees abrasion against dentine.The Polymer Ceramic has closer abrasion performance with dentin than the other 2 materials.

Dentalrestorativematerial;Dentin;Wearmatchingperformance;Frictionandweartest

清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(編號(hào): SKLTKF15B15)

063000 唐山, 華北理工大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院

梁銳英 E-mail: lry110@126.com

R783.1

A

10.3969/j.issn.1001-3733.2017.01.005