3D打印牙科陶瓷材料在口腔修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

李昊，廖紅兵

（廣西醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔修復(fù)科，廣西 南寧）

0 引言

牙科陶瓷材料是一種生物惰性材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、生物相容性以及良好的耐磨、耐腐蝕性和類似天然牙的美學(xué)性能，因此，其在牙科修復(fù)材料中的應(yīng)用日漸廣泛[1-4]。常用的牙科陶瓷材料根據(jù)主要成分不同，可分為氧化鋁陶瓷、二硅酸鋰陶瓷、氧化鋯陶瓷、復(fù)合陶瓷等，在牙科全瓷修復(fù)體制作中，可采用不同的工藝加工，主要包括粉漿涂塑法、失蠟熱壓鑄造法等[5]。以這些傳統(tǒng)方法制作出滿足患者個性化需求的修復(fù)體，需依賴有充足經(jīng)驗的技師，且工藝流程耗時長，難以滿足日益增長的市場需求。近年來興起的計算機(jī)輔助設(shè)計與輔助制作（computeraided design/computer-aided manufacturing，CAD/CAM）技術(shù)，與傳統(tǒng)加工方法相比，雖然能簡化工藝流程，但其材料利用率不足，成本較高，因此在應(yīng)用中受到了一定限制。

3D打印技術(shù)也稱為增材制造技術(shù)或增量制造技術(shù)（additive manufacturing，AM），是建立在三維數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用連續(xù)分層打印及層層疊加，最終形成三維實體的技術(shù)[6]。3D打印技術(shù)在成型過程中無需使用刀具和模具，對原材料利用率接近100%，可大大降低生產(chǎn)成本，簡化生產(chǎn)工序，縮短制作周期，并制造出傳統(tǒng)成型工藝難以生產(chǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，具備傳統(tǒng)成型工藝無法比擬的優(yōu)勢[7，8]。目前常用于牙科陶瓷材料成型的3D打印技術(shù)，包括光固化快速成型技術(shù)、噴墨打印技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)/熔融技術(shù)等[9-11]，而光固化快速成型技術(shù)又包括立體光刻成型技術(shù)、數(shù)字光處理技術(shù)和基于光固化成型的掩膜投影技術(shù)[12-14]。氧化鋁陶瓷、二硅酸鋰玻璃陶瓷、氧化鋯陶瓷、復(fù)合陶瓷等常用的牙科陶瓷材料，均可用于3D打印[15，16]。

結(jié)合3D打印技術(shù)與陶瓷材料的優(yōu)點，應(yīng)用3D打印成型的陶瓷修復(fù)體治療口腔疾病，是目前口腔臨床醫(yī)療發(fā)展的熱門方向之一。本文主要闡述現(xiàn)階段3D打印牙科陶瓷材料在口腔修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，對其作一綜述。

1 在貼面修復(fù)中的應(yīng)用

貼面修復(fù)是采用粘結(jié)技術(shù)，對一定程度的牙齒表面缺損、著色牙、變色牙和畸形牙等，在保存活髓、少磨牙或不磨牙的情況下，用修復(fù)材料直接或間接粘結(jié)覆蓋，恢復(fù)牙體正常形態(tài)和改善其色澤的一種修復(fù)方法。與以往常用的烤瓷全冠類修復(fù)相比，瓷貼面修復(fù)可避免磨除患者大量的牙體組織[17]，并具有良好的邊緣適合度以及舒適度等[18]，因此受到了諸多患者的青睞。

Ioannidis等[19]通過比較光刻成型3D打印技術(shù)制作的氧化鋯超薄貼面、CAD/CAM技術(shù)制作的氧化鋯超薄貼面、熱壓鑄瓷（IPS e.max Press）超薄貼面的承載能力，發(fā)現(xiàn)三組貼面的承載能力均超過臨床中可能承受的負(fù)載力，而3D打印氧化鋯貼面的80%最大承載能力、開始斷裂時的載荷、貼面完全斷裂的荷載高于其他兩組，兩組氧化鋯貼面開始斷裂時的載荷、貼面完全斷裂的荷載及抗彎強(qiáng)度高于熱壓鑄瓷組，且斷裂形態(tài)的分布較為合理，這提示3D打印氧化鋯瓷貼面在臨床應(yīng)用中具有一定優(yōu)勢。

2 在冠橋修復(fù)中的應(yīng)用

全冠是應(yīng)用最為廣泛的口腔修復(fù)體，其覆蓋整個牙冠表面，可用于恢復(fù)牙體缺損的形態(tài)、功能和美觀，還可用作固定橋的固位體[20]。隨著打印制作方法的改進(jìn)以及陶瓷材料研究的深入，3D打印陶瓷材料在制作全瓷冠及全瓷固定橋方面的技術(shù)日益成熟。

2009年，Ebert等[21]用直接噴墨打印技術(shù)成功制作出氧化鋯全瓷單冠。該學(xué)者制作了一種氧化鋯材料的陶瓷懸濁液（27%的固體含量），然后用經(jīng)過改良的噴墨打印機(jī)制作牙冠，得到一種橫截面結(jié)構(gòu)相對均勻、氣孔級別小于微米、抗壓強(qiáng)度為763MPa、平均斷裂韌性為6.7MPam（0.5）的氧化鋯全冠，該打印方法存在噴嘴堵塞、噴墨精度難以控制、難以制作固定橋等復(fù)雜修復(fù)體等局限性[21]。2013年，?zkol等用改良噴墨打印技術(shù)制作氧化鋯陶瓷冠，并后續(xù)燒結(jié)致密，制造出了強(qiáng)度堪比冷等靜壓成型的氧化釔增韌氧化鋯，并通過研究對比不同固相含量的氧化鋯陶瓷漿料，從粒徑、粘度、表面張力、液滴的分布、形狀等因素分析總結(jié)了氧化鋯陶瓷漿料的配制方法，制造出相對密度達(dá)96%、抗彎強(qiáng)度達(dá)834MPa的陶瓷冠橋修復(fù)體[22]。2018年，丁桐桐在熔融沉積實驗平臺上，用紫外激光器系統(tǒng)替換了原來的熔融噴頭系統(tǒng)，另加載了刮料鋪粉升降平臺，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行光固化樹脂基陶瓷漿料的配備,以樹脂基溶劑與納米氧化鋯陶瓷溶質(zhì)組成漿料，以低聚物、單體、光引發(fā)劑與其他助劑組成樹脂基溶劑，形成適合成型的陶瓷漿料配方并打印全冠，為3D打印全瓷冠技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了一定基礎(chǔ)[23]。王偉娜等[24]進(jìn)行了基礎(chǔ)與臨床研究，以立體光固化3D打印、數(shù)控切削等不同技術(shù)制作氧化鋯全瓷修復(fù)體，并比較修復(fù)效果，觀察到3D打印的氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠不同部位的精度分別達(dá)到了切削氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠的制作精度；3D打印的氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠的邊緣適合性達(dá)到了臨床普遍接受的120μm以內(nèi)，且與切削氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠的邊緣、內(nèi)部適合性無統(tǒng)計學(xué)差異；對患者進(jìn)行修復(fù)治療后可見3D打印全瓷冠在口內(nèi)就位良好，在后續(xù)隨訪中無不適，表明3D打印制作的氧化鋯全瓷冠橋在精度、邊緣適合性等方面能獲得滿意的效果。

3 在種植修復(fù)中的應(yīng)用

口腔種植修復(fù)是一種以植入骨組織內(nèi)的下部結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)來支持、固位上部修復(fù)體的修復(fù)缺失牙的方式；它采用人工材料（如金屬、陶瓷等）制成種植體，經(jīng)手術(shù)方法植入組織內(nèi)獲得骨組織牢固的固位支持，通過特殊的裝置和方式連接支持上部的牙修復(fù)體[20]。其中，個性化根形種植體可最大限度地保存牙槽骨量，簡化手術(shù)操作，同時使種植體周圍骨的應(yīng)力分布更符合生理，在口腔種植領(lǐng)域具有重要的發(fā)展前景[25,26]。而與金屬鈦相比，氧化鋯材料的光滑表面可減少組織的炎癥反應(yīng)，從而利于組織再生[27]。

Osman等利用數(shù)字光處理3D打印技術(shù)制作出個性化氧化鋯口腔種植體，檢測了種植體精度、表面形貌、晶相結(jié)構(gòu)、表面粗糙度，并測試了力學(xué)系性能，結(jié)果顯示打印的種植體精度均方根為0.1mm、粗糙度算術(shù)平均值為（1.59±0.41）μm、粗 糙 度 均 方 根 值 為（1.94±0.47）μm，具有足夠的尺寸精度，該種植體晶相為典型的釔穩(wěn)定四方向氧化鋯，抗彎強(qiáng)度接近傳統(tǒng)方式制作的陶瓷種植體。劉奇博等[28]在種植手術(shù)前用激光選區(qū)燒結(jié)聯(lián)合冷等靜壓技術(shù)制備氧化鋯個性化根形種植體，并評價個性化種植體的制作精度，對植體表面形態(tài)進(jìn)行表征，測試主要機(jī)械性能及生物相容性，觀察到打印的種植體具有良好的精度、力學(xué)性能及生物相容性，并且能在動物拔牙窩內(nèi)的種植體-骨界面形成良好的骨整合。這些研究提示，3D打印氧化鋯種植體可為口腔個性化種植的發(fā)展提供有力的技術(shù)支持，為未來種植體設(shè)計和制作提供新思路。

4 在頜面部骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用

頜面部骨缺損不僅影響患者的咀嚼、發(fā)音、進(jìn)食等功能，而且還可能嚴(yán)重影響患者的身心健康。在缺損部位放置人工骨植入物，是頜面部骨缺損修復(fù)治療的重要方法，可避免組織移植療法的供體部位缺損、組織數(shù)量有限等缺點。然而，傳統(tǒng)的植入物標(biāo)準(zhǔn)件不能精確匹配患者的骨缺損部位，在手術(shù)過程中對植入物加工修改又會延長手術(shù)時間，增加手術(shù)失敗風(fēng)險，易導(dǎo)致修復(fù)效果不理想，相比之下，使用計算機(jī)輔助設(shè)計與3D打印制作的骨植入物可以最大化匹配患者的缺損部位，縮短手術(shù)時間，改善臨床效果[29]。3D打印牙科陶瓷材料因其理化性能、生物相容性佳，并可經(jīng)改性從而具備骨傳導(dǎo)性，誘導(dǎo)長入材料孔隙內(nèi)的間充質(zhì)細(xì)胞骨向分化，且不會導(dǎo)致細(xì)胞的無限增殖，在制備骨缺損修復(fù)植入物方面具有良好的應(yīng)用前景[29]。

周琦琪等[29]通過3D打印成形技術(shù)制作了雙相陶瓷化骨粉/聚乙烯醇組織工程骨支架以及納米羥基磷灰石/聚乙烯醇組織工程骨支架，并通過體外、動物實驗檢測對比兩種支架的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、生物學(xué)特性等，發(fā)現(xiàn)3D打印的雙相陶瓷化骨粉/聚乙烯醇支架孔徑為（240-600）μm、孔隙率為（49.43±8.21）%，抗折性良好，與納米羥基磷灰石/聚乙烯醇支架相比，更利于細(xì)胞附著生長，在動物頜骨缺損部位更利于骨鈣素等成骨相關(guān)因子表達(dá)，并加速骨缺損部位的骨改建愈合速度。Lopez等[30]以3D打印制備β-磷酸三鈣生物活性陶瓷支架，植入兔下頜骨節(jié)段性缺損模型中，并觀察缺損部位骨組織生長情況，觀察到3D打印的生物活性陶瓷支架可在植入8周后，使下頜骨節(jié)段性缺損恢復(fù)到與天然骨相似的水平。這些研究提示，3D打印陶瓷材料制備的植入材料可能為頜面部骨缺損修復(fù)提供可行的治療方案。

盡管在口腔修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用3D打印陶瓷材料仍存在一些問題，例如，在打印技術(shù)難度、力學(xué)性能、燒結(jié)成品收縮率等方面有待進(jìn)一步改善[8]，但目前已能應(yīng)用該技術(shù)制備多種陶瓷修復(fù)體，如貼面、冠橋、種植體、頜骨植入物等。相信隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展以及陶瓷材料的改進(jìn)，3D打印牙科陶瓷材料將在口腔臨床醫(yī)學(xué)中獲得更廣泛的應(yīng)用[31]。