高半透性氧化鋯基底的不同處理對(duì)鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響

張穎， 胡丹丹， 黃皓寧， 駱小平

南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院，南京市口腔醫(yī)院修復(fù)科，江蘇 南京（210008）

隨著牙科計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制作（computer aided design and computer aided manufac?turing，CAD/CAM）技術(shù)的廣泛應(yīng)用，氧化鋯陶瓷因其優(yōu)異的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能以及良好的生物相容性而被普遍應(yīng)用于臨床修復(fù)［1］。常壓下純氧化鋯有三種晶體形態(tài)：?jiǎn)涡本啵ㄊ覝刂? 170 ℃）、四方晶相（1 170～2 370 ℃）和立方晶相（2 370 ℃以上）。典型的3 mol%釔部分穩(wěn)定四方氧化鋯（3Y?TZP）由3 mol%的釔和＞90%的四方相氧化鋯組成，隨著釔含量增加，氧化鋯的立方相及半透性增加［2］。近年來(lái)，牙科氧化鋯陶瓷半透性增加，擴(kuò)大了其在修復(fù)中的適應(yīng)癥范圍；但要滿足前牙的美學(xué)修復(fù)仍需通過(guò)飾瓷來(lái)調(diào)節(jié)［3?4］。已有研究表明，氧化鋯基底與飾瓷的結(jié)合強(qiáng)度是決定修復(fù)效果的關(guān)鍵，目前臨床上常用氧化鋁噴砂及涂覆結(jié)合層來(lái)增強(qiáng)氧化鋯與飾瓷間的結(jié)合強(qiáng)度，但國(guó)內(nèi)外的研究對(duì)其效果結(jié)論并不一致。本實(shí)驗(yàn)旨在探討噴砂及結(jié)合層的應(yīng)用對(duì)氧化鋯與飾瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響，為臨床提高氧化鋯全瓷修復(fù)體的結(jié)合強(qiáng)度提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料 KATANA 氧化鋯（STML，Kura?ray Noritake Dental，日本）；VITA VM9 Base Dentine瓷粉（VITA Zahnfabrik，德國(guó)）；氧化鋁噴砂劑（120 μm，南昌飛馬鑄粉廠，中國(guó)）；自凝樹(shù)脂（上海新世紀(jì)義齒基托樹(shù)脂粉，中國(guó)）；SiC 砂紙（Matador，德國(guó)）。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 筆式噴砂機(jī)（Easyblast，Bego，德

國(guó)）；數(shù)控超聲波清洗器（KQ?250DE，昆山超聲儀器有限公司，中國(guó)）；烤瓷爐（Programat P700，Ivoclar，列支敦士登）；萬(wàn)能測(cè)試機(jī)（Synergie 100，MTS Sys?tems，美國(guó)）；體視顯微鏡（SMZ1500，Nikon，日本）；激光掃描共聚焦顯微鏡（laser scanning confocal mi?croscope，LSCM）（LSM800，Zeiss，德國(guó)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 試件制備 使用CAD/CAM 系統(tǒng)從預(yù)成氧化鋯坯體中按廠商規(guī)定收縮比例切削出所需尺寸的瓷塊，燒結(jié)后高10 mm、直徑為10 mm 的圓柱形氧化鋯塊30 個(gè)，用400、600、800、1 000、1 200 目的SiC 砂紙打磨。打磨后試件置于去離子水中超聲清洗10 min，吸水紙擦干。

1.2.2 表面處理及分組 將試件隨機(jī)分為4 組（n＝7），①C 組（對(duì)照組）：瓷塊致密燒結(jié)后打磨，燒結(jié)程序如表1 所示；②S 組（噴砂組）：瓷塊致密燒結(jié)后打磨，距離氧化鋯表面10 mm，0.5 MPa 的壓力下，垂直噴砂15 s，超聲清洗干燥；③B 組（結(jié)合層組）：瓷塊致密燒結(jié)后打磨，蘸取VITA VM9 Base Dentine 液在氧化鋯表面輕刷2 個(gè)來(lái)回，使其表面覆蓋有一薄層均勻的瓷粉，放入烤瓷爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)程序見(jiàn)表1，燒結(jié)后瓷層記為飾瓷1；④SB 組（噴砂＋結(jié)合層組）：瓷塊致密燒結(jié)后打磨，按S 組方法噴砂，清洗干燥后按B 組方法涂覆結(jié)合層，放入烤瓷爐內(nèi)燒結(jié)。剩余2 個(gè)試件其中一個(gè)進(jìn)行噴砂處理，觀察噴砂前后氧化鋯的表面形貌。

1.2.3 氧化鋯表面飾瓷制備及試件包埋 采用粉漿涂塑法使用自制精密模具堆塑瓷粉，震蕩除水，在氧化鋯表面堆塑成高度為2 mm、直徑為5 mm 的圓柱形飾瓷，記為飾瓷2，以上操作均為同一位操作者完成。飾瓷堆塑成形后，將鋯?瓷試件放入烤瓷爐內(nèi)焙燒，燒結(jié)程序見(jiàn)表1?？紤]飾瓷燒結(jié)收縮，采用數(shù)顯式游標(biāo)卡尺測(cè)量三次取平均值的方法確定最終直徑。將氧化鋯試件用自制模具進(jìn)行自凝樹(shù)脂包埋。

表1 本實(shí)驗(yàn)所使用氧化鋯及飾瓷的燒結(jié)程序Table 1 Sintering process of zirconia and Veneering porcelain used in this study

1.2.4 氧化鋯基底與飾瓷的平行剪切強(qiáng)度測(cè)試 將包埋好的試件固定于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的剪切夾具內(nèi)，調(diào)整加載頭的位置，使其與鋯?瓷結(jié)合界面緊密貼合（圖1），加載速率設(shè)置為0.5 mm/min，記錄瓷層斷裂時(shí)的加載值F（N）。按公式P＝F/S 計(jì)算出剪切強(qiáng)度值，其中P 為鋯?瓷界面剪切強(qiáng)度值（MPa），F(xiàn) 為鋯?瓷分離時(shí)的加載值（N），S 為飾瓷與氧化鋯粘接面積（mm2）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件分析得到的剪切數(shù)據(jù)，用均數(shù)± 標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。采用單因素方差分析比較各組試件的剪切強(qiáng)度值，組間兩兩比較采用LSD 檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 噴砂前后氧化鋯的表面形貌

LSCM 下觀察噴砂前后氧化鋯的表面形貌，結(jié)果顯示噴砂前氧化鋯表面較為光滑，可見(jiàn)打磨形成的痕跡，噴砂后的氧化鋯表面較為粗糙。見(jiàn)圖2。

Figure 1 Schematic diagram of paral?lel shear bond strength test圖1 平行剪切強(qiáng)度測(cè)試示意圖

Figure 2 Surface morphology of zirconia before and after sandblasting displayed（LSCM，×10）圖2 噴砂前后氧化鋯表面形貌（LSCM，×10）

2.2 剪切強(qiáng)度值比較

各組試件剪切強(qiáng)度值見(jiàn)表2。四組試件組間剪切強(qiáng)度值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝12.285，P＜0.001）。其中，與C 組比較，S 組、B 組的剪切強(qiáng)度值均無(wú)顯著差異（S組：P＝0.862，B組：P＝0.081）；而SB 組的剪切強(qiáng)度值高于C 組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.001）。S組與B組比較，剪切強(qiáng)度無(wú)顯著差異（P＝0.862）。SB 組剪切強(qiáng)度最高，其與S 組、B 組相比，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（S 組：P＝0.001，B 組：P＜0.001）。

表2 各組試件剪切強(qiáng)度值比較Table 2 Comparison of shear bond strength values of each group n＝7

2.3 斷裂模式觀察

氧化鋯基底與飾瓷界面主要分為三種破壞類(lèi)型，①內(nèi)聚破壞：飾瓷內(nèi)部發(fā)生斷裂，氧化鋯基底表面被飾瓷完全覆蓋；②混合破壞：部分飾瓷殘留于氧化鋯基底表面；③粘接破壞：飾瓷完全從氧化鋯基底表面剝脫，幾乎無(wú)飾瓷殘留。各組試件剪切強(qiáng)度測(cè)試后飾瓷破壞類(lèi)型均以混合破壞為主，詳細(xì)分類(lèi)見(jiàn)表3。體視顯微鏡下觀察顯示，各組試件飾瓷破壞類(lèi)型以混合破壞為主，氧化鋯基底大部分裸露，飾瓷殘留量較少。見(jiàn)圖3。

表3 各組試件剪切強(qiáng)度測(cè)試后飾瓷破壞類(lèi)型Table 3 Failure types of veneering porcelain in each group after shear bond strength test n＝7

Figure 3 Typical fracture morphologies of each group after shear bond strength test圖3 各組試件剪切強(qiáng)度測(cè)試后的典型斷裂形貌圖

3 討 論

一項(xiàng)平均隨訪時(shí)間為4.9 年的臨床回顧性研究發(fā)現(xiàn)氧化鋯全瓷固定修復(fù)體臨床成功率為89%［5］。氧化鋯全瓷修復(fù)體臨床失敗的主要原因?yàn)檠趸?飾瓷界面分層和飾瓷剝落［6］，其發(fā)生崩瓷的風(fēng)險(xiǎn)比金屬烤瓷修復(fù)高［7］。因此，氧化鋯基底與飾瓷的結(jié)合強(qiáng)度是決定修復(fù)效果的關(guān)鍵。影響氧化鋯?飾瓷界面結(jié)合強(qiáng)度的因素包括：氧化鋯和飾瓷熱膨脹系數(shù)不匹配、殘余熱應(yīng)力、氧化鋯與飾瓷彈性模量差異、瓷燒結(jié)收縮、潤(rùn)濕條件差以及瓷內(nèi)部缺陷等［8?9］。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在氧化鋯基底的表面處理方面做了大量的研究，如氧化鋁噴砂、機(jī)械打磨、激光蝕刻、熱酸蝕等增加氧化鋯表面粗糙度的技術(shù)；還有以增強(qiáng)化學(xué)結(jié)合力為主的表面硅涂層技術(shù)、應(yīng)用襯里瓷材料等，均取得了較好的效果，氧化鋯與飾瓷的結(jié)合強(qiáng)度得到了顯著提升［10?13］。目前臨床上常用氧化鋁噴砂及涂覆結(jié)合層來(lái)增強(qiáng)氧化鋯與飾瓷間的結(jié)合強(qiáng)度，但是對(duì)于噴砂及結(jié)合層的應(yīng)用是否能增強(qiáng)鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道結(jié)果并不一致［15?18］。

本實(shí)驗(yàn)中使用的氧化鋯為日本可樂(lè)麗公司的則武KATANA 超透氧化鋯，其配套飾瓷為CERABI?EN ZR 氧化鋯內(nèi)冠用飾面陶瓷材料，本課題組前期實(shí)驗(yàn)對(duì)該瓷粉與KATANA 氧化鋯之間的剪切強(qiáng)度做了研究，方法同本實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，得到的剪切強(qiáng)度值為（21.61±3.40）MPa，與本實(shí)驗(yàn)對(duì)照組直接堆塑VITA VM9 Base Dentine 飾瓷相比無(wú)顯著差異，因此可以排除應(yīng)用不同品牌的瓷粉對(duì)鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響。

鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度取決于氧化鋯基底與飾瓷的機(jī)械嵌合和化學(xué)結(jié)合［8］，機(jī)械結(jié)合是通過(guò)表面處理粗化氧化鋯表面，使得氧化鋯基底與飾瓷間形成微機(jī)械嵌合。本研究中氧化鋯基底與飾瓷之間的結(jié)合是利用機(jī)械結(jié)合，氧化鋁噴砂是表面粗化方法中最為簡(jiǎn)便、有效的方法，但仍存爭(zhēng)議。有研究表明噴砂雖可增加氧化鋯表面粗糙度，但對(duì)增強(qiáng)氧化鋯基底與飾瓷的結(jié)合強(qiáng)度無(wú)顯著效果［19］。本實(shí)驗(yàn)中，單純噴砂組剪切強(qiáng)度值與對(duì)照組相比無(wú)顯著性差異，故認(rèn)為單獨(dú)噴砂處理不能顯著增強(qiáng)氧化鋯與飾瓷結(jié)合強(qiáng)度。

釔部分穩(wěn)定氧化鋯的化學(xué)成分較為穩(wěn)定，在900～1 000 ℃的飾瓷燒結(jié)溫度下仍保持很好的化學(xué)穩(wěn)定性。為了提高鋯?瓷界面的結(jié)合力，有學(xué)者提出在氧化鋯基底與飾瓷之間構(gòu)建一個(gè)適宜的介于二者彈性模量之間的功能梯度層，降低鋯?瓷之間的彈性模量差異，從而抵消彎曲應(yīng)力，增強(qiáng)化學(xué)結(jié)合，降低飾瓷的剝脫率［20］。目前關(guān)于提高鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度的研究集中于氧化鋯基底表面二氧化硅涂層以及襯里瓷的應(yīng)用。襯里瓷應(yīng)用于鋯?瓷表面可增加鋯?瓷表面潤(rùn)濕性。VITA VM9 Base Dentine飾瓷的主要成分為SiO2（60%～64%）、Al2O3（13%～15%）、K2O（7%～10%）、Na2O（4%～6%）；以同品牌襯里瓷VITA VM9 Effect Bonder 為例，其主要成分與飾瓷相同，僅成分比例不一。本實(shí)驗(yàn)中薄涂飾瓷燒結(jié)后作為結(jié)合層，與對(duì)照組相比，剪切強(qiáng)度較低，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；可以認(rèn)為VITA VM9 Base Dentine 飾瓷中ZrO2含量（0%～1%）較VITA VM9 Effect Bonder（5%～8%）少，燒結(jié)后不能與氧化鋯基底產(chǎn)生很好的融合反應(yīng)。后續(xù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)對(duì)應(yīng)用VITA VM9 Effect Bonder 襯里瓷材料后的鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比研究。

本實(shí)驗(yàn)中噴砂+結(jié)合層組的剪切強(qiáng)度值最高，表明噴砂與涂覆結(jié)合層相結(jié)合可增加鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度。Saka 等［21］研究發(fā)現(xiàn)噴砂后應(yīng)用襯里材料可以改善氧化鋯基底與飾瓷之間的結(jié)合強(qiáng)度，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。噴砂后氧化鋯表面更為粗糙，表面積增加，預(yù)燒結(jié)薄層飾瓷作為結(jié)合層，薄層飾瓷滲透嵌合在噴砂形成的孔隙中，產(chǎn)生機(jī)械滯留，使兩者結(jié)合得更加緊密，薄層飾瓷（飾瓷1）與堆塑的飾瓷（飾瓷2）成分相同，燒結(jié)后形成牢固的化學(xué)結(jié)合，顯著改善了鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度。然而關(guān)于結(jié)合層與氧化鋯基底之間是否存在化學(xué)結(jié)合仍需通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明。

體式顯微鏡下觀察鋯?瓷界面破壞模式以混合破壞為主，飾瓷殘留量少，氧化鋯基底大部分裸露。本實(shí)驗(yàn)中內(nèi)聚破壞的試件斷裂發(fā)生在飾瓷內(nèi)部，不能代表界面結(jié)合強(qiáng)度，因而不能用于統(tǒng)計(jì)分析。存在內(nèi)聚破壞可能是由于堆塑飾瓷技術(shù)問(wèn)題、粉液比失調(diào)等原因。氧化鋯表面飾瓷殘留量少，說(shuō)明氧化鋯表面潤(rùn)濕性較差，飾瓷1 與飾瓷2結(jié)合緊密，兩者間的結(jié)合強(qiáng)度大于飾瓷1 與氧化鋯基底間的結(jié)合強(qiáng)度，當(dāng)剪切力垂直施加于鋯?瓷界面，飾瓷1 隨飾瓷2 從氧化鋯表面斷裂。

目前測(cè)試氧化鋯基底與飾瓷間界面結(jié)合強(qiáng)度的方法有三點(diǎn)彎曲和平行剪切強(qiáng)度測(cè)試等。根據(jù)IS09693 標(biāo)準(zhǔn)，金瓷界面結(jié)合力的檢測(cè)常用三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測(cè)試，但是全瓷基底材料脆性較大，因此三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測(cè)試不適用于脆性的陶瓷系統(tǒng)［22］。平行剪切強(qiáng)度測(cè)試是以剪切力的形式，加載頭平行加載于兩種材料的結(jié)合界面，界面應(yīng)力集中小，是較為理想的結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)方法［23］。同時(shí)，剪切力是固定修復(fù)體最常受到的應(yīng)力，本實(shí)驗(yàn)中采用平行剪切強(qiáng)度測(cè)試方法對(duì)鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試結(jié)果能相對(duì)真實(shí)地反應(yīng)氧化鋯基底與飾瓷界面結(jié)合強(qiáng)度的大小。

本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，氧化鋯基底進(jìn)行噴砂處理后薄涂飾瓷作為結(jié)合層，可提高鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度；單獨(dú)噴砂處理或薄涂飾瓷作為結(jié)合層不能顯著提高鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度，對(duì)臨床應(yīng)用具有參考意義；但是噴砂＋結(jié)合層提高鋯?瓷結(jié)合強(qiáng)度的機(jī)制尚未清楚，薄涂飾瓷作為結(jié)合層是否與氧化鋯基底間產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合以及結(jié)合形式需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究證明。

【Author contributions】Zhang Y performed the experiments and wrote the article. Hu DD and Huang HN revised the article. Luo XP de?signed the study and reviewed the article. All authors read and ap?proved the final manuscript as submitted.