齒科氧化鋯材料半透明性對比研究*

林 冰 邵翌鑫 王 博 陳劍鋒

人眼能夠通過顏色、亮度、半透明性、乳光等光學(xué)特征的細(xì)小變化來區(qū)別天然牙與修復(fù)體義齒[1]。因此，為了滿足患者對美觀的需求，制作的修復(fù)體應(yīng)力求與天然牙在形態(tài)結(jié)構(gòu)和光學(xué)特征等方面保持一致[2-6]，全瓷修復(fù)體系開始逐漸替代金瓷修復(fù)體系[2,7-9]。為了彌補(bǔ)氧化鋯材料低透光性的特點(diǎn)，氧化鋯內(nèi)冠經(jīng)常與長石質(zhì)飾面瓷聯(lián)合應(yīng)用以呈現(xiàn)更自然的外觀[10,11]，當(dāng)修復(fù)體內(nèi)冠的半透明性較好時(shí)，使用透明色粘接劑粘接修復(fù)完成后，牙齒反射的光中包含牙本質(zhì)的顏色，呈現(xiàn)出自然美觀的美學(xué)修復(fù)效果，使修復(fù)體自然地展現(xiàn)在天然牙列中[12]?？梢姽鈪^(qū)的波長范圍是380nm～780nm，對于氧化鋯材料這種具有半透明性的材料來說，透射率百分比（T%）是描述材料半透明性的最直接評價(jià)方法[13]。

1.材料與方法

本實(shí)驗(yàn)所研究的齒科氧化鋯材料樣品來自12家齒科材料制造公司,均為無色的初燒結(jié)鋯塊，（見表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)分組設(shè)計(jì)

1.1 主要設(shè)備 紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)（Perkin Elmer，Lambda 750S，United States），掃描電鏡（卡爾蔡司，SUPRA 55 SAPPHIRE,Germany），氧化鋯燒結(jié)爐（Zirkonzahn，Zironofen600,Italy），鑄瓷爐（Ivoclar Vivadent，EP600,Fürstentum Liechtenstein），離子鍍膜儀（EIKO，IB-3，Japan)，打磨機(jī)（Marathon，Multhi600，Korea），超聲波清洗機(jī)（潔盟清洗設(shè)備有限公司，JP-008，中國），高精度數(shù)顯卡尺（QST EXPRESS，中國），水砂紙（STARCKE，MATADOR WASSERFEST，Germany），金剛砂拋光磨頭（北苑特種陶瓷有限公司，中國），95%醫(yī)用酒精（山東利爾康醫(yī)療科技有限公司，中國）。

1.2 樣品制備[11]使用打磨機(jī)和金剛砂刀片從預(yù)燒結(jié)的氧化鋯鋯盤上低速切取尺寸為（12.50mm×12.50mm×0.63mm)±0.05mm大小的樣品。氧化鋯和壓鑄瓷塊樣品按照廠家推薦的程序燒結(jié)完成。二次燒結(jié)后的氧化鋯瓷片和壓鑄瓷塊樣品進(jìn)行低速打磨拋光和調(diào)整厚度。使用2500目、3000目、5000目、7000目水砂紙依次對樣品進(jìn)行精細(xì)拋光。流水沖洗后將其放入超聲波清洗機(jī)中，配合95%酒精溶液超聲清洗5min，洗凈后使用壓縮空氣吹干樣品并放入防塵袋中保存。樣品最終尺寸為（10mm×10mm×0.5mm)±0.05mm，（見圖1）。

圖1 制作完成的樣品

1.3 直接測量方法 根據(jù)儀器使用說明，對分光光度計(jì)Lambda 750S 設(shè)置如下主要參數(shù)：“測試范圍:780nm～380nm”“狹縫寬度：2nm”；資料間隔:1.00nm”“縱坐標(biāo)類型:%T”。將樣品放入分光光度計(jì)的測量夾具中。對各組5個(gè)樣品分別進(jìn)行測量，各個(gè)樣品重復(fù)測量3次并記錄數(shù)據(jù)，（見圖2）。

圖2 樣品夾具放置在紫外分光光度計(jì)中

1.4 掃描電鏡分析 使用離子鍍膜儀對不導(dǎo)電的氧化鋯樣品觀察面進(jìn)行噴金處理，根據(jù)儀器使用說明，鍍膜厚度為5nm～10nm，噴金時(shí)間為20min。處理過的樣品依次放入掃描電鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）觀察臺上，觀察放大20000 倍的樣品表面形貌，測量樣品晶粒尺寸范圍及對樣品進(jìn)行化學(xué)元素分析。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 使用SPSS 19.0 軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析及LSD 多重比較檢驗(yàn)，（P<0.05）。

2.結(jié)果

2.1 直接測量法分析結(jié)果12組樣品可見光區(qū)透射率測量結(jié)果（見表2）。12組樣品透射率LSD多重比較檢驗(yàn)結(jié)果（見表3）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知,鑄瓷材料與氧化鋯材料在可見光區(qū)的平均透射率存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，IPS e.max Press壓鑄瓷塊在可見光區(qū)的平均透射率明顯高于氧化鋯材料。11種氧化鋯材料的可見光區(qū)平均透射率從高到低排序?yàn)椋篤ITA HT White>Vitang YZ>Besmile·Bojingci TT>Zirkonzahn HT>XTcera X-CERA ST>Besmile HT>AiditeHT>Zotion HT>Upcera ST>Noritake NW-STML>Wieland Dental T。

表2 12組樣品可見光區(qū)透射率測量結(jié)果

表3 12組樣品透射率的多重T檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 SEM 分析結(jié)果12 組樣品在20000 倍時(shí)的SEM 圖像（見圖3)。利用SEM 系統(tǒng)測量工具在圖像中隨機(jī)選取100個(gè)清晰飽滿晶粒進(jìn)行晶粒尺寸測量，測量結(jié)果具有代表性，能反映出晶粒尺寸范圍。照片經(jīng)觀察及測量發(fā)現(xiàn)：I 組樣品的氧化鋯晶粒尺寸在300nm～1100μm 間浮動(dòng)，其他10 組樣品的氧化鋯晶粒尺寸在50nm～900nm 間浮動(dòng)，為納米級氧化鋯晶粒。A 組、E 組、I 組樣品中含有較多未長大的氧化鋯晶粒（<50nm）。C 組、K 組樣品中見氧化鋯晶粒緊密排列，極少有孔隙形成；A 組、B 組、D組、H 組、J 組樣品中較少有孔隙形成，孔隙直徑約50nm～200nm；E組、F組、G組樣品中有較多的孔隙形成，孔隙直徑約100nm～300nm；I 組樣品中有較多的大尺寸孔隙形成，孔隙直徑約300nm～750nm。H 組樣品中可以明顯觀察到氧化鋯晶粒成球形，晶粒尺寸比其他組更均勻，大部分長大的氧化鋯晶粒尺寸在400nm～700nm 間浮動(dòng)。L 組樣品中可以觀察到不規(guī)則排列的片層狀二硅酸鋰晶體及明顯的孔隙。

圖3 12組樣品20000倍SEM圖像

2.3 齒科氧化鋯材料成分分析結(jié)果11種齒科氧化鋯材料所含主要元素及元素的質(zhì)量百分比平均值（wt%）如表4 所示。在被測量的11 組齒科氧化鋯材料中，測量樣品的主要成分為：氧化鋯ZrO2、氧化釔Y2O3、氧化鋁Al2O3、氧化鉿HfO2。

表4 11種齒科氧化鋯材料所含元素的質(zhì)量百分比平均值（wt%）

3.討論

該研究對11種齒科氧化鋯材料和1種二硅酸鋰玻璃陶瓷材料的半透明性水平進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)樣品均選用無色的氧化鋯瓷塊，排除了顏色對材料半透明性的影響[14]。本實(shí)驗(yàn)所選擇的樣品，可以直觀的比較常用國產(chǎn)齒科氧化鋯材料與進(jìn)口齒科氧化鋯材料在半透明性方面的差別，相對客觀的評價(jià)了國產(chǎn)齒科氧化鋯材料半透明性的發(fā)展水平，彌補(bǔ)了國產(chǎn)齒科氧化鋯材料半透明性研究數(shù)據(jù)的空白。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)外學(xué)者普遍使用半透明參數(shù)（Translucency Parameters，TP）來評價(jià)齒科氧化鋯材料的半透明性[2,11,14]。然而，直接測量法是評價(jià)材料半透明性較直觀和準(zhǔn)確的方法。由于測量設(shè)備的要求，使用透射率百分比（T%）來評估齒科氧化鋯材料半透明性的數(shù)據(jù)較少[1,12,15,16]。以往的研究對國產(chǎn)齒科氧化鋯材料缺乏關(guān)注，并且實(shí)驗(yàn)對象設(shè)置較少，一般設(shè)置4～6組，各組3～5個(gè)樣品[12,15,16]。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更客觀，本實(shí)驗(yàn)共設(shè)置12組、各組5個(gè)樣品，總計(jì)60個(gè)測量樣品，并對測量樣品的表面進(jìn)行了精細(xì)拋光處理，降低了表面粗糙度對半透明性測量造成的誤差。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，各個(gè)樣品經(jīng)反復(fù)多點(diǎn)多次測量，具有較高的臨床指導(dǎo)意義。

Vagkopoulou、Kim[17，18]等學(xué)者認(rèn)為，晶粒尺寸的大小影響材料的半透明性，擁有較小晶粒尺寸的齒科氧化鋯材料具有更高的半透明性。當(dāng)晶粒尺寸在納米級別時(shí)，由孔隙引起光散射的影響會顯著降低。大于50nm的孔隙會引起明顯的光散射，當(dāng)孔隙直徑在光的波長范圍內(nèi)時(shí)，具有最大散射率。因此，當(dāng)多晶材料的晶粒尺寸小、尺寸均勻且孔隙率及孔隙直徑小時(shí)，其顯示出高透射率[17，18]。本實(shí)驗(yàn)中，通過對晶粒尺寸的觀察分析發(fā)現(xiàn)，I組樣品同時(shí)存在較小的納米級氧化鋯晶粒和較大的微米級氧化鋯晶粒，并含有較多未長大的氧化鋯晶粒，導(dǎo)致晶粒排列不緊密，出現(xiàn)較多的孔隙，且多數(shù)孔隙直徑較大，部分孔隙直徑達(dá)300nm以上，使氧化鋯材料表現(xiàn)出較低的透光率。在半透明性相對較高的樣品中，C組、D組、J組樣品晶粒間緊密排列，孔隙極少且直徑較??；擁有最高透射率的H組樣品中的晶粒呈球形，晶粒尺寸比其他組更均勻?yàn)?00nm～700nm，晶粒尺寸的均勻性可能是影響氧化鋯材料半透明性的重要原因。E組、F組、G組樣品雖然晶粒間孔隙較多，但是G組表現(xiàn)出較高的透光率；晶粒分布較好的A組、B組、K組樣品透光率卻較低。本實(shí)驗(yàn)觀察到的二硅酸鋰玻璃陶瓷晶體排列不規(guī)則，存在較多孔隙，是二硅酸鋰玻璃陶瓷中半透明性較低的材料，但是其半透明性仍然遠(yuǎn)高于具有高半透明性的氧化鋯材料，這反映出材料本身之間半透明性差距。

齒科氧化鋯材料與其他齒科陶瓷材料相比，具有高強(qiáng)度、高抗斷裂性、高斷裂韌性和高維氏硬度的優(yōu)勢。當(dāng)氧化釔（Y2O3）的含量在3mol時(shí)，齒科氧化鋯材料表現(xiàn)出最佳的綜合力學(xué)性能[19]。本實(shí)驗(yàn)通過對材料的成分分析發(fā)現(xiàn)，與3.0wt%（Y）相比，Y元素的質(zhì)量百分比平均值為A組3.5wt%、B組3.23wt%、E組3.22wt%，Y2O3含量相對偏高；I組2.41wt%、K組2.37wt%，Y2O3含量相對偏低，這五組樣品表現(xiàn)出相對較低的透光率。C組樣品中所含Y元素為2.87wt%，在電鏡觀察中，C組與K組晶粒分布相似，但是在透光率方面相差較大。在齒科氧化鋯材料中添加有約0.25 wt%的氧化鋁（Al 0.13wt%），它能有效的防止齒科氧化鋯材料的低溫降解（Low Temperature Degradation，LTD）。在透光率較低A組與B組中添加了較少的Al2O3，Al元素的質(zhì)量百分比平均值為A組0.06wt%、B 組0.06wt%。G 組中添加的Al2O3（0.04wt%）最少，但是添加了較多的HfO2（Hf 2.93wt%），雖然晶粒的分布中有較多的孔隙形成，但是仍然具有較好的半透明性。HfO2含量較少的三組中Hf元素的質(zhì)量百分比平均值為E組2.2wt%、J組2.26wt%、K組2.16wt%，這三組中透光率較好的J組添加的Y含量更接近3.0wt%。

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，IPS e.max Press 壓鑄瓷塊的可見光區(qū)平均透射率可達(dá)到38.90%±1.55%。在臨床應(yīng)用中，對于輕度變色的基牙，需要使用帶遮色效果的樹脂粘接劑進(jìn)行粘接。以往的研究認(rèn)為[20]，樹脂粘接劑會使鑄瓷修復(fù)體變色，這是造成美學(xué)效果改變主要原因。2018年P(guān)rieto[21]等學(xué)者認(rèn)為，齒科用樹脂粘接劑（義獲嘉 Variolink N 高度美學(xué)瓷貼面粘接套裝，Bleach XL 帶遮色效果的漂白色）雖然在修復(fù)體粘接完成時(shí)可以獲得良好的遮色效果，但經(jīng)過長時(shí)間的熱老化作用，粘接樹脂出現(xiàn)顏色改變。經(jīng)過本實(shí)驗(yàn)的研究，當(dāng)需要修復(fù)的前牙為中重度四環(huán)素牙、金屬樁核等基牙顏色較深時(shí)，選擇半透明性合適的氧化鋯基核貼面既具有一定的遮色能力，又能較好的恢復(fù)美學(xué)效果，比如貝施美·鉑晶瓷牌TT 特透瓷塊、VITA牌HT White 瓷塊，都具有較高的半透明性。但是，當(dāng)患者的美學(xué)期望過高時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

由于材料機(jī)械強(qiáng)度的限制，臨床推薦標(biāo)準(zhǔn)氧化鋯內(nèi)冠的厚度為0.5mm，全鋯全瓷修復(fù)體的臨床推薦厚度為1mm，上飾瓷的雙層氧化鋯全瓷修復(fù)體的臨床推薦厚度為1.5mm～2mm[11]。不斷提高氧化鋯材料半透明性的最終目的是拋棄飾面瓷的使用。在美觀方面，隨著氧化鋯陶瓷半透明性的提高和分層彩色氧化鋯陶瓷進(jìn)入市場，可以依據(jù)基牙的顏色和齒科氧化鋯材料的半透明性作為參考，選擇顏色及半透明性與基牙相近的氧化鋯材料。如果拋棄飾面瓷，選用全鋯全瓷修復(fù)體，這樣既能滿足顏色的和諧統(tǒng)一，又能采用更保守的牙齒預(yù)備設(shè)計(jì)，較小的修復(fù)空間既能滿足修復(fù)體強(qiáng)度的要求又能保留更多健康的牙體組織。具有較高半透明性的全鋯全瓷修復(fù)體既能表現(xiàn)出良好的美學(xué)效果，又能解決氧化鋯內(nèi)冠與飾面瓷的瓷分層問題。飾面瓷雖然相對美觀，但是Geminiani[22]等學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)飾面瓷的厚度超過2mm時(shí)，修復(fù)體斷裂破壞機(jī)率增加，金瓷修復(fù)體的失敗率高于全瓷修復(fù)體，而且賤金屬基底比貴金屬基底的失敗率更高。學(xué)者們不斷探索通過界面二氧化碳（CO2）激光照射、摻鉺釔鋁石榴石（Er：YAG）激光照射等提高飾面瓷與氧化鋯基核結(jié)合強(qiáng)度的方法，并收獲了一定效果[23]。但是Lundberg[24]等學(xué)者認(rèn)為，物理學(xué)測試所檢測到的強(qiáng)度增加是否具有臨床意義，還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。增加結(jié)合界面無疑是增加了全瓷修復(fù)失敗的潛在風(fēng)險(xiǎn)，眾多研究表明，全鋯全瓷修復(fù)體的廣泛應(yīng)用是全瓷修復(fù)的發(fā)展趨勢。作為反應(yīng)美學(xué)效果的一個(gè)重要指標(biāo)，了解所使用材料的半透明性十分必要。

綜上所述，Ivoclar Vivadent 公司生產(chǎn)的IPS e.max Press易美壓鑄瓷塊的半透明性高于本實(shí)驗(yàn)所測量的其他氧化鋯材料的半透明性。半透明性較高的VITA HT White 瓷塊的氧化鋯晶粒形態(tài)尺寸均勻，是各國材料需要進(jìn)一步研究靠攏的目標(biāo)。齒科氧化鋯材料的半透明性受晶粒尺寸、晶粒分布及添加氧化物的質(zhì)量等因素相互影響。在臨床應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)基牙的位置、顏色、半透明性及修復(fù)空間等因素選擇半透明性相適應(yīng)的齒科氧化鋯材料進(jìn)行修復(fù)。