3種高透明度氧化鋯的遮色性能分析

蔡毅超，江磊，鐘冰潔，陳潤(rùn)，程輝，于皓

傳統(tǒng)氧化鋯材料為一種高強(qiáng)度的口腔修復(fù)陶瓷材料，卻存在透明度不佳而無(wú)法直接應(yīng)用于前牙的問(wèn)題。因此，口腔美學(xué)修復(fù)需要兼顧全瓷修復(fù)體的強(qiáng)度和美觀，需通過(guò)在氧化鋯表面增加飾瓷來(lái)達(dá)到理想的美學(xué)效果[1]。然而，研究表明，隨著使用年限的增加，約25%的飾瓷-氧化鋯修復(fù)體因飾瓷崩裂而被拆除[2]。因此，有別于傳統(tǒng)的飾瓷-氧化鋯材料的高透明度，單層氧化鋯材料被研發(fā)且應(yīng)用于臨床美學(xué)修復(fù)治療之中[3]。

經(jīng)典的高透明度氧化鋯材料(3Y-TZP)由摩爾分?jǐn)?shù)3%的氧化釔和摩爾分?jǐn)?shù)90%以上的四方相氧化鋯組成。隨著氧化釔摩爾分?jǐn)?shù)的增加、氧化鋯材料的立方相增加，其半透明度也增加。當(dāng)氧化釔摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到5%時(shí)，立方相氧化鋯約為50%，這種氧化鋯被稱(chēng)為5Y-TZP或超透氧化鋯[4]。近年來(lái)出現(xiàn)的納米粒徑的高透明度氧化鋯(粒徑為100～300 nm)，其色彩學(xué)性能尤其是透明度尚存在爭(zhēng)議[5]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)全瓷材料的遮色效果進(jìn)行了多項(xiàng)研究。陳奕帆等[6]發(fā)現(xiàn)，全瓷冠對(duì)鈷鉻合金基底有良好的遮色性，雖然亮度和彩度有差別，但顏色一致性在臨床可接受范圍。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)對(duì)3種深色基底進(jìn)行氧化鋯全瓷冠修復(fù)后，修復(fù)體的透明度和色調(diào)得到明顯提升[7]。國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，透明度會(huì)隨著氧化鋯厚度的減少而增加，同時(shí)不同厚度的材料間存在明顯色差(color difference,ΔE)[8-9]。JEONG等[10]研究4種高透氧化鋯材料置于貴金屬、鈷鉻合金金屬及復(fù)合樹(shù)脂背景下的色彩學(xué)參數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)高透明度氧化鋯材料最終色彩學(xué)的表現(xiàn)會(huì)被基底色所影響。

在高透明度氧化鋯材料廣泛應(yīng)用于前牙美學(xué)修復(fù)和種植修復(fù)的現(xiàn)狀下，其透明度是否會(huì)隨著厚度的減小而增加尚未可知。此外，高透明度氧化鋯材料制作的修復(fù)體在何種厚度下能夠遮蓋色度較暗的氟斑牙、金屬基臺(tái)或金屬樁核的背景色也尚未可知。因此，本研究使用分光光度計(jì)檢測(cè)不同厚度的高透明度氧化鋯試件的透明度參數(shù)(transparency parameter，TP)，同時(shí)檢測(cè)不同厚度的超透和高透明度氧化鋯試件在模擬深牙本質(zhì)色(A3色)、模擬氟斑牙本質(zhì)色(C3色)、鈦基臺(tái)和金屬樁核背景色下的ΔE值，明確不同厚度的3種高透明度氧化鋯材料的透明度及其對(duì)不同背景色的遮色性能，報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和材料 分光光度計(jì)(Easyshade Ⅳ，德國(guó)Vita Zahnfabrik公司)；牙科數(shù)字化切削機(jī)(Organical Desktop 8)、超透氧化鋯(質(zhì)美美學(xué))和高透氧化鋯(質(zhì)美高透)(德國(guó)R+K CAD/CAM Technologie GmbH &Co.KG公司)；納米高透氧化鋯(鋯美高透，中國(guó)中新棠國(guó)業(yè)公司)；黑、白色標(biāo)準(zhǔn)色卡(美國(guó)潘通公司)；牙科充填樹(shù)脂(Z350，美國(guó) 3M公司)；鈦合金(Tritan，德國(guó)Dentaurum公司)；鈷鉻合金(Wirobond，德國(guó)Bego公司)。

1.2 方法

1.2.1 氧化鋯試件的制備 將3種高透明度氧化鋯材料的A2色鋯塊(成分如表1所示)，按照廠(chǎng)家的說(shuō)明書(shū)要求在牙科數(shù)字化切削機(jī)上加工成直徑為7 mm的圓形氧化鋯試件，厚度分別為0.8、1.2和1.6 mm。9個(gè)實(shí)驗(yàn)組，每組試件制作5片，共切削45片氧化鋯試件，分組信息如表2所示。試件均按照各個(gè)廠(chǎng)家說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行終燒結(jié)后拋光備用。

表1 3種高透明度氧化鋯材料成分表Tab.1 Composition of three highly translucent zirconias tested

表2 3種高透明度氧化鋯材料試件分組Tab.2 Grouping of three highly translucent zirconias tested

1.2.2 背景的制備 將A2、A3和C3色的3M充填樹(shù)脂分別在模具上制成直徑8 mm、厚度4 mm的背景后拋光備用，其中A2色樹(shù)脂背景與A2色氧化鋯材料匹配為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照組，A3色樹(shù)脂背景模擬深色牙本質(zhì)，C3色樹(shù)脂背景模擬氟斑牙牙本質(zhì)[11]。將鈦合金和鈷鉻合金分別在模具上制成直徑8 mm、厚度4 mm的背景后拋光備用，模擬臨床中應(yīng)用鈦基臺(tái)和金屬樁核修復(fù)時(shí)的情況。

1.2.3 透明度參數(shù)的檢測(cè) 將試件置于標(biāo)準(zhǔn)黑白色色卡上，將分光光度計(jì)的測(cè)試頭緊貼試件中心，分別測(cè)量每個(gè)試件的L*、a*和b*值，重復(fù)測(cè)量3次，取均數(shù)并記錄，其中黑背景下測(cè)的為L(zhǎng)B、aB和bB，白背景下測(cè)的為L(zhǎng)W、aW和bW。按照以下公式計(jì)算各組試件的TP值[10]：

1.2.4 氧化鋯材料遮色性能的檢測(cè) 將每個(gè)試件依次置于A2色、A3色、C3色、鈦合金和鈷鉻合金背景上，分別測(cè)量每個(gè)試件的L*、a*和b*值，重復(fù)測(cè)量3次，取均數(shù)并記錄，按照以下公式分別計(jì)算各個(gè)試件A2背景與其他背景的ΔE[10]：

(ΔL=LA2-LA3/C3/鈦/鈷鉻，Δa=aA2-aA3/C3/鈦/鈷鉻，Δb=bA2-bA3/C3/鈦/鈷鉻)

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)比較組間差異(α=0.05)，當(dāng)P<0.05時(shí)，采用SNK-q檢驗(yàn)進(jìn)行兩兩比較(α=0.05)。

2 結(jié) 果

2.1 高透明度氧化鋯材料的TP值 各組的TP值和ΔE值如表3和表4所示，各組的TP值經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示：對(duì)所有受測(cè)材料來(lái)說(shuō)，3組氧化鋯材料的TP值均隨厚度的增加而降低，0.8 mm厚度的試件TP值最高，且X組、Y組和Z組的差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；1.2 mm厚度的3種材料的TP值差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；1.6 mm厚度的試件TP值最低，X組、Y組和Z組的差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。3種高透明度氧化鋯試件的TP值均隨厚度的增加而降低(圖1)，同種材料間差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表3 不同厚度的高透明度氧化鋯的TP值Tab.3 TP values of highly translucent zirconias with different thickness

表4 不同厚度的3種高透明度氧化鋯在不同背景下的ΔE值Tab.4 ΔE values of three highly translucent zirconias under different backgrounds

2.2 高透明度氧化鋯材料的遮色能力 統(tǒng)計(jì)分析比較各組A2背景與其他4種背景產(chǎn)生的ΔE值，結(jié)果顯示，各組試件將A2背景更換為其他背景色時(shí)產(chǎn)生的ΔE值均<2.7(圖2)。在同種材料同樣厚度的情況下，只有Y2和Y3組將背景更換為深牙本質(zhì)色、氟斑牙本質(zhì)色、鈦合金和鈷鉻合金背景色時(shí)產(chǎn)生的ΔE值差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，而X3組在背景為深牙本質(zhì)色、鈦合金和鈷鉻合金背景時(shí)產(chǎn)生的ΔE值<1.2，但是A3組在背景色換為氟斑牙背景C3色時(shí)，ΔE值介于1.2～2.7。Z1、Z2和Z3組A2背景更換為A3和鈦合金背景時(shí)產(chǎn)生的ΔE值<1.2，然而在背景色換為氟斑牙C3和鈷鉻合金背景色時(shí)，ΔE值則介于1.2～2.7。

ΔE：色差。圖2 不同厚度的3種高透明度氧化鋯在不同背景下的ΔE值Fig.2 ΔE values of highly translucent zirconias under different backgrounds

3 討 論

目前臨床應(yīng)用的牙科氧化鋯材料可以分為3代：第一代氧化鋯材料為經(jīng)典3Y-TZP，因其具有900～1 200 MPa的高強(qiáng)度而被應(yīng)用于多單位全瓷修復(fù)體底冠的制作，但其透明度不佳[12]。氧化鋯全瓷材料的透明度與氧化鋯材料的粒徑、晶粒和基質(zhì)的折射率不匹配以及單斜晶、四方相、立方相的折射率不同有關(guān)，這些因素導(dǎo)致光線(xiàn)被散射，使其透明度降低[13]。為了改善經(jīng)典3Y-TZP的透明度，第二代氧化鋯材料降低了Al2O3添加劑的含量并減少材料的孔隙率，從而提高了透明度[14]；第三代則在第二代的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了氧化釔的含量，從而增加了燒結(jié)后氧化鋯材料中立方晶相的比例，降低了光通過(guò)時(shí)雙折射的發(fā)生，顯著提高了材料的透明度[15]。然而，由于立方晶相無(wú)法進(jìn)行應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g，導(dǎo)致5Y-TZP的強(qiáng)度和韌性降低[16]。因此，5Y-TZP材料無(wú)法應(yīng)用于多單位的固定橋修復(fù)。近年，有文獻(xiàn)表明[5]，將3Y-TZP的晶粒尺寸降低到納米級(jí)，可在提高透明度的同時(shí)保持強(qiáng)度和韌性，這種氧化鋯材料被稱(chēng)為納米氧化鋯材料，其透明度的提高是通過(guò)光線(xiàn)在高密度納米顆粒間的直線(xiàn)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的[4]。上述高透明度的氧化鋯材料對(duì)深色背景的遮色能力是臨床應(yīng)用亟待解決的問(wèn)題。因此本研究選用了具有代表性的3種高透明度氧化鋯材料進(jìn)行檢測(cè)。TP代表一定均勻厚度下在黑白背景上的ΔE，常用于評(píng)價(jià)材料的透明度[17]。因此，本研究選用TP值來(lái)比較3種材料的透明度隨厚度變化的情況。

隨著厚度的增加，3種高透明度氧化鋯的TP值均下降。當(dāng)厚度達(dá)到1.6 mm時(shí)，超透氧化鋯的TP值最高，納米高透氧化鋯次之，高透氧化鋯最低。3種高透明度氧化鋯材料的透明度均與厚度呈負(fù)相關(guān)，與文獻(xiàn)[8-9]的研究結(jié)果一致。但本研究中，當(dāng)材料厚度為0.8 mm時(shí)，高透氧化鋯材料(質(zhì)美高透)和納米高透氧化鋯材料(鋯美高透)的TP值超過(guò)超透氧化鋯材料的TP值。這種情況可能與不同氧化鋯的粒徑大小及成分有關(guān)。本研究使用的納米級(jí)高透氧化鋯材料的平均粒徑為300 nm。研究表明，為了使整體氧化鋯材料更加透明，必須消除來(lái)自大粒徑材料的光散射。內(nèi)部光散射可能來(lái)自多個(gè)方面，如孔隙、不同的晶相、不完全燒結(jié)、雜質(zhì)、缺陷和晶界等[18]。雖然立方相含量的增加使得超透氧化鋯材料(質(zhì)美美學(xué))晶體具有較高透明度，但也有研究表明，立方相晶體粒徑較大會(huì)導(dǎo)致氧化鋯材料光散射增加，從而導(dǎo)致透明度降低[19-20]，這歸因于四方相晶體固有的雙折射特性。不同晶態(tài)方向折射率的各向異性，使相鄰的不同晶態(tài)的四方相晶體在晶界處發(fā)生反射和折射，導(dǎo)致入射光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而降低透明度[21]。以往的研究表明，1 mm厚度的牙本質(zhì)的TP值為16.4，而1 mm厚度的牙釉質(zhì)的TP值為18.7[22]。本研究中的3種氧化鋯材料在0.8 mm厚度時(shí)均接近牙本質(zhì)或者牙釉質(zhì)的透明度；而當(dāng)厚度為1.2 mm時(shí)，3種高透明度的氧化鋯材料的TP值均<15。提示在應(yīng)用高透明度氧化鋯材料進(jìn)行美學(xué)修復(fù)時(shí)，如果基牙顏色正常，其修復(fù)體厚度應(yīng)該控制在0.8 mm為宜。

根據(jù)推薦的標(biāo)準(zhǔn)[23]，當(dāng)材料置放于兩種背景下的ΔE值<1.2時(shí)，可視為該種材料具有極佳的遮色能力；ΔE值為1.2～2.7時(shí)，可視為該材料具有較好的色彩兼容性，說(shuō)明該材料具有較好的遮色能力；ΔE值>2.7時(shí)，可視為該材料的遮色能力較差。

本研究中，各組試件將A2背景更換為其他背景色時(shí)產(chǎn)生的ΔE值均<2.7，表明3種高透明度氧化鋯材料在0.8、1.2和1.6 mm厚度下均具有較好的遮色能力。在同種材料同樣厚度的情況下，只有Y2組和Y3組將背景更換為深牙本質(zhì)色、氟斑牙本質(zhì)色、鈦基臺(tái)金屬和鈷鉻金屬背景色時(shí)產(chǎn)生的ΔE值差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其值為1.2～2.7，說(shuō)明其具有一定的遮色能力，但無(wú)法完全遮住背景色。因此可以認(rèn)為，1.2 mm以上厚度的高透明度氧化鋯材料應(yīng)該在針對(duì)背景色進(jìn)行染色后，應(yīng)用于深牙本質(zhì)色、氟斑牙、鈦基臺(tái)和金屬樁核等情況。本研究中，X3組將背景更換為深牙本質(zhì)色、鈦合金和鈷鉻合金背景時(shí)產(chǎn)生的ΔE值<1.2，提示超透氧化鋯(質(zhì)美美學(xué))雖然在厚度達(dá)到1.6 mm時(shí)具有極佳的遮色能力，但卻無(wú)法完全遮住氟斑牙C3的背景色(ΔE為1.2～2.7)。Z1、Z2和Z3組A2背景更換為A3和鈦合金背景的時(shí)產(chǎn)生的ΔE值<1.2，提示納米高透氧化鋯材料(鋯美高透)對(duì)于A3色淺色牙本質(zhì)以及鈦基臺(tái)的背景具有較好的遮色能力，但卻無(wú)法完全遮住氟斑牙C3和金屬樁核的背景色(ΔE為1.2～2.7)。本研究中，納米高透氧化鋯材料(鋯美高透)在0.8 mm的厚度上有最小的ΔE值(ΔE值<1.2)，表明納米高透氧化鋯在應(yīng)用于前牙種植修復(fù)時(shí)對(duì)金屬基臺(tái)的遮色能力較好，這可能與納米高透氧化鋯材料(鋯美高透)的粒徑小(300 nm)、材料較為致密、發(fā)生的散射多于透射有關(guān)。研究表明，對(duì)于密度高、純度高的氧化鋯材料，隨著晶粒尺寸的減小和厚度的增加，為了達(dá)到類(lèi)似于牙釉質(zhì)的透明度，納米晶體3Y-TZP結(jié)構(gòu)是必要的，并且材料厚度與氧化鋯材料的粒徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[4]。

研究表明，氧化鋯材料的透明度雖然主要與厚度有關(guān)，但不能忽略高透明度氧化鋯材料的本身以及粘接樹(shù)脂水門(mén)汀顏色的影響[24-25]。本研究結(jié)果與之一致。高透明度氧化鋯材料應(yīng)用于氟斑牙時(shí)，可能需要通過(guò)輔助漂白治療，以獲得最佳的美學(xué)效果[26]。另外，也可通過(guò)增加修復(fù)體厚度(如>1.6 mm)來(lái)達(dá)到遮蓋氟斑牙背景色的目的。對(duì)于種植修復(fù)使用的鈦基臺(tái)、前牙金屬樁以及深牙本質(zhì)色，超透氧化鋯和高透氧化鋯均能起到一定的遮色作用，但同時(shí)也需要后期對(duì)修復(fù)體進(jìn)行染色來(lái)保證修復(fù)體的美學(xué)效果。

本研究具有一定的局限性，作為體外實(shí)驗(yàn)研究無(wú)法完全模擬患者口腔內(nèi)的情況。另外，本研究?jī)H研究了厚度對(duì)高透明度氧化鋯材料的透明度和遮色性能的影響，并未考慮粘接樹(shù)脂水門(mén)汀的可能影響[25]，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

綜上所述，當(dāng)高透明度氧化鋯材料應(yīng)用于氟斑牙、深牙本質(zhì)色、鈦基臺(tái)和金屬樁核等深背景色情況進(jìn)行美學(xué)修復(fù)時(shí)，修復(fù)體在1.2～1.6 mm范圍內(nèi)才具有較好的遮色能力，但同時(shí)也應(yīng)輔助以漂白、外染色等處理，才能達(dá)到最佳美學(xué)效果。