全鋯冠機(jī)械性能的研究現(xiàn)狀及與臨床應(yīng)用的關(guān)系

楊光美 王劍

口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院修復(fù)科 成都610041

以單一氧化鋯胚體為原料、通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）技術(shù)設(shè)計(jì)并制作的全解剖式的氧化鋯全冠因其優(yōu)良的物理化學(xué)性能和生物相容性廣泛應(yīng)用于口腔修復(fù)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的全鋯冠以3 mol%氧化釔穩(wěn)定的四方相氧化鋯（3 mol%yttrium-stabilized tetragonal zirconia，3Y-TZP）為主材料，包括白色氧化鋯、高強(qiáng)氧化鋯。這一類氧化鋯具有突出的機(jī)械性能，彎曲強(qiáng)度達(dá)900～1 200 MPa，斷裂強(qiáng)度達(dá)3 000～4 000 N，較飾面瓷氧化鋯、二硅酸鋰陶瓷、長(zhǎng)石質(zhì)陶瓷等均更佳[1]，但較低的半透性使其在美學(xué)修復(fù)中的應(yīng)用受限。

近年來(lái)，通過(guò)對(duì)添加劑含量的調(diào)整和加工方法的優(yōu)化制作出的仿真透明氧化鋯成為了全鋯冠研究的熱點(diǎn)。透明氧化鋯冠根據(jù)氧化釔含量和半透性的不同可分為高透氧化鋯、超透氧化鋯，在提升美學(xué)效果的同時(shí)損失了一定的機(jī)械強(qiáng)度。隨著市面上的氧化鋯材料種類日益增多，醫(yī)師需對(duì)它們進(jìn)行機(jī)械性能和美觀性能的綜合評(píng)價(jià)，再行臨床選擇與應(yīng)用。

硬度、彎曲強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度是最常見的全鋯冠機(jī)械性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。硬度是指全鋯冠局部抵抗硬物壓入其表面的能力；彎曲強(qiáng)度反映全鋯冠抵抗彎曲變形的能力；斷裂強(qiáng)度是指全鋯冠抵抗斷裂的能力[2]。在口內(nèi)使用過(guò)程中，全鋯冠的低溫老化會(huì)持續(xù)影響其機(jī)械性能，一定程度上決定著其使用壽命。全鋯冠自身的磨耗和對(duì)對(duì)頜牙的磨耗亦影響著最終的修復(fù)效果。從大量全鋯冠的相關(guān)研究中，可發(fā)現(xiàn)全鋯冠的機(jī)械性能與冠修復(fù)的每一步均有著密切聯(lián)系。因此，要充分發(fā)揮全鋯冠的機(jī)械性能優(yōu)勢(shì)，需結(jié)合臨床全流程進(jìn)行考量。本文擬以修復(fù)設(shè)計(jì)、加工制作、試戴、粘接和口內(nèi)使用的臨床修復(fù)步驟為線索，對(duì)全鋯冠的機(jī)械性能及其影響因素進(jìn)行整理歸納，為全鋯冠修復(fù)材料的選擇和臨床應(yīng)用提供參考。

1 全鋯冠機(jī)械性能在修復(fù)設(shè)計(jì)階段的考量

1.1 修復(fù)設(shè)計(jì)方面的考量

初次就診時(shí)，醫(yī)師需根據(jù)患者口內(nèi)情況，例如待修復(fù)牙的位置和數(shù)目、前后牙區(qū)對(duì)咀嚼和美觀的不同要求等，考慮能否使用全冠修復(fù)；同時(shí)，還需針對(duì)修復(fù)體如何設(shè)計(jì)、基牙是否滿足預(yù)備要求等問(wèn)題，與患者共同制定修復(fù)方案。Camposilvan等[3]的研究表明：傳統(tǒng)氧化鋯老化前后的強(qiáng)度均可達(dá)900～1 200 MPa，能滿足四單位及以上的橋修復(fù)。Jerman等[4]的研究顯示：同為透明氧化鋯，4 mol%氧化釔穩(wěn)定的四方相氧化鋯（4 mol%yttrium-stabilized tetragonal zirconia，4Y-TZP） 較5 mol%氧化釔穩(wěn)定的四方相氧化鋯（5 mol%yttrium-stabilized tetragonal zirconia，5Y-TZP）的機(jī)械性能更好，前者可用于包括磨牙在內(nèi)的三單位橋修復(fù)，而后者則適用于前后牙區(qū)單冠和前牙區(qū)三單位橋修復(fù)。后牙區(qū)需承擔(dān)約600～900 N的咬合力，因此不建議將強(qiáng)度較低的5Y-TZP用作后牙區(qū)的修復(fù)[5]。

在評(píng)估基牙的條件時(shí)，相較二硅酸鋰陶瓷、長(zhǎng)石質(zhì)陶瓷等而言，硬度更高的全鋯冠能夠以更低的預(yù)備量達(dá)到足夠的強(qiáng)度[6]：在咬合面厚度為1.0 mm時(shí)，全鋯冠的斷裂強(qiáng)度與金屬烤瓷冠相當(dāng)[5]；厚度為0.8 mm時(shí)，全鋯冠的彎曲強(qiáng)度較其他全瓷材料更高，且在老化前后均大于800 MPa，可滿足臨床使用需求[7]；厚度為0.5 mm時(shí)，全鋯冠的斷裂強(qiáng)度高于二硅酸鋰陶瓷[8]，并在老化處理后依然具有可觀的抗折能力[9]?？偟膩?lái)說(shuō)，全鋯冠的強(qiáng)度隨咬合面厚度降低而減弱，而軸面厚度對(duì)其影響較小。在預(yù)備前應(yīng)做好咬合情況的評(píng)估，以確保預(yù)備后的咬合面具有足夠的空間。

臨床提示：醫(yī)師應(yīng)充分了解傳統(tǒng)全鋯冠和透明氧化鋯冠的適應(yīng)證，再為具體病例進(jìn)行修復(fù)設(shè)計(jì)。預(yù)備后的咬合面至少需要0.5～1.0 mm的空間。

1.2 全鋯冠材料選擇方面的考量

在設(shè)計(jì)好方案后，醫(yī)師需輔助患者進(jìn)行修復(fù)材料的選擇。多種多樣的商品化全鋯冠按臨床常用的分類方式可歸為傳統(tǒng)全鋯冠和透明氧化鋯冠兩類。傳統(tǒng)氧化鋯的高強(qiáng)度得益于氧化釔的添加，它可使氧化鋯的晶相組成達(dá)到四方相與單斜相的平衡。當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變能夠傳遞破壞處的殘余應(yīng)力，使裂紋擴(kuò)展更加困難，即相變?cè)鲰g效應(yīng)[7]。透明氧化鋯中的氧化釔含量升高、立方相增加，使瓷塊的透明度和抗水熱老化能力更好，同時(shí)削弱了相變?cè)鲰g?；谏鲜鲈?，氧化鋯的強(qiáng)度往往隨著透明度的升高而降低，如同一品牌（如愛爾創(chuàng)、Upcera等）的傳統(tǒng)氧化鋯的彎曲強(qiáng)度為1 143 MPa，仿真超透氧化鋯的彎曲強(qiáng)度則為530 MPa[9]。即使氧化釔含量相同，不同品牌氧化鋯的機(jī)械性能也有差異。Almansour等[10]對(duì)3種氧化釔含量為4.5～6.0 mol%的氧化鋯進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度從高到低依次為卓美（Copran）（847.8±20.7）MPa、拉瓦（Lava）（732.4±25.5）MPa、卓瓷（Ceramill）（685.7±32.6）MPa。

臨床提示：應(yīng)根據(jù)修復(fù)需要，參考彎曲強(qiáng)度進(jìn)行材料的選擇。傳統(tǒng)氧化鋯為900～1 200 MPa，透明氧化鋯為500～900 MPa。

2 加工制作對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

根據(jù)臨床提供的修復(fù)設(shè)計(jì)單和印模、模型，廠家或技工室對(duì)所選材料進(jìn)行包括切削、研磨、燒結(jié)、染色等在內(nèi)的CAD/CAM加工制作。其中，燒結(jié)過(guò)程中溫度、時(shí)間、環(huán)境、材料、人工條件等共同作用，影響著全鋯冠的機(jī)械性能。傳統(tǒng)氧化鋯在1 400℃或1 550℃、120 min條件下燒結(jié)均可達(dá)到最高強(qiáng)度，而溫度高于1 600℃后強(qiáng)度降低[11]；高強(qiáng)氧化鋯在1 550℃、180 min條件下燒結(jié)所得強(qiáng)度最大，為（1 604.10±139.52）MPa[12]。隨著椅旁一次修復(fù)的發(fā)展，快速氧化鋯燒結(jié)技術(shù)能夠縮短燒結(jié)時(shí)間至1 h內(nèi)。Jansen等[13]的研究顯示：快速燒結(jié)對(duì)傳統(tǒng)和透明氧化鋯的強(qiáng)度均無(wú)明顯影響。以1 580℃恒溫?zé)Y(jié)20 min后氧化鋯的強(qiáng)度、透光性和邊緣適應(yīng)性即可滿足臨床需求[14]。因此，開發(fā)可使用快速燒結(jié)技術(shù)加工的氧化鋯材料、探究現(xiàn)有氧化鋯材料的快速燒結(jié)條件成為新的研究趨勢(shì)。

臨床提示：適當(dāng)?shù)剡x擇快速燒結(jié)技術(shù)既能保證全鋯冠的機(jī)械性能，又能提高臨床效率。

3 試戴對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

3.1 調(diào)磨對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

制作好的全鋯冠送回臨床后，在患者復(fù)診時(shí)進(jìn)行試戴，并做一定的調(diào)磨、拋光及上釉處理。臨床調(diào)磨使全鋯冠表面粗糙度增加，從生物力學(xué)穩(wěn)定性和摩擦磨耗性能2方面影響著全鋯冠的機(jī)械性能。為了減少調(diào)磨對(duì)氧化鋯機(jī)械性能的影響，可選用更細(xì)粒度的調(diào)磨工具和低速手機(jī)。Lai等[15]的研究發(fā)現(xiàn)：調(diào)磨全鋯冠材料所用的砂紙粒度越低，調(diào)磨后的彎曲強(qiáng)度和抗老化性能越好。相對(duì)于傳統(tǒng)金剛砂車針，超聲振動(dòng)輔助調(diào)磨的產(chǎn)熱更低，處理后的全鋯冠表面質(zhì)地均一、摩擦磨耗性能更佳，可減少對(duì)天然牙的磨耗[16]。因此，具有較小切磨粒徑、低剪切力等優(yōu)勢(shì)的超聲振動(dòng)輔助調(diào)磨成為全鋯冠調(diào)磨的新選擇。

臨床提示：采用粒度在320目以上（即孔徑為50μm以內(nèi)）的調(diào)磨工具配合低速手機(jī)可使全鋯冠的機(jī)械性能更佳。

3.2 拋光、上釉對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

調(diào)磨后對(duì)全鋯冠進(jìn)行拋光可消除其表面單斜相、增加強(qiáng)度，同時(shí)降低表面粗糙度，使全鋯冠獲得更好的摩擦磨耗性能。拋光效果受拋光速度、工具和步驟的影響。Chavali等[17]研究得出：以15 000 r·min-1進(jìn)行拋光可得到更佳的光澤度。市面上有多種氧化鋯拋光套裝可供選擇，如德國(guó)EVE、固美，美國(guó)Diashine，日本松風(fēng)，瑞士科爾等。Tang等[18]對(duì)多種品牌的氧化鋯材料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)使用德國(guó)EVE、固美拋光的氧化鋯表面粗糙度更小。相比含金剛砂顆粒的拋光工具而言，含碳化硅顆粒的拋光工具效果更佳[19]。多步驟從粗到細(xì)的拋光可達(dá)到更好的拋光效果，每一步的拋光時(shí)間應(yīng)在30～180 s不等。以Diashine拋光套裝為例，其拋光分為4步：綠色金剛砂陶瓷車針（1 000 r·min-1，60 s），藍(lán)色中等金剛砂橡膠預(yù)拋光杯（8 000 r·min-1，60 s），灰色細(xì)金剛砂橡膠拋光杯（8 000 r·min-1，60 s），配合馬毛刷的細(xì)金剛砂拋光膏（9 000 r·min-1，30 s）[20]。

與上釉相比，拋光后的全鋯冠不僅彎曲強(qiáng)度更高[21]，其自身磨耗及對(duì)對(duì)頜牙的磨耗也更少[22]。從機(jī)械性能方面考慮，不建議將上釉作為常規(guī)的表面處理方式。在美學(xué)需要的情況下，選用分層自身上釉的方式較噴涂釉瓷上釉更不易造成氧化鋯的磨耗[23]。

臨床提示：全鋯冠可選用氧化鋯專用拋光套裝，或者以2 N的拋光壓力、15 000 r·min-1的速度使用金剛砂橡膠磨頭進(jìn)行拋光，必要時(shí)再行上釉處理。

4 粘接對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

4.1 粘接面的處理對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

經(jīng)過(guò)試戴及咬合調(diào)整，在對(duì)全鋯冠形態(tài)、顏色、咬合等方面滿意的情況下，即可準(zhǔn)備粘接。對(duì)粘接面進(jìn)行的噴砂處理可影響全鋯冠的機(jī)械性能。Coti?等[24]的研究顯示：燒結(jié)后再噴砂可使全鋯冠的彎曲強(qiáng)度有大幅度的增加，但噴砂粒度對(duì)彎曲強(qiáng)度無(wú)明顯影響。Zhang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，噴砂壓強(qiáng)大于0.3 MPa時(shí)，透明氧化鋯的強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的下降，用50μm鋁磨粒對(duì)透明氧化鋯進(jìn)行噴砂時(shí)，0.2 MPa的壓強(qiáng)可保證后續(xù)足夠的粘接力。

臨床提示：考慮到機(jī)械性能和粘接能力，應(yīng)將全鋯冠粘接前噴砂處理的壓強(qiáng)參數(shù)設(shè)置為0.2 MPa。

4.2 粘接劑對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

除影響粘接力的大小外，粘接劑能通過(guò)基牙—粘接層—氧化鋯層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布與傳導(dǎo)對(duì)全鋯冠的機(jī)械性能產(chǎn)生影響。體外研究中發(fā)現(xiàn)樹脂粘接劑對(duì)全鋯冠的機(jī)械性能更加友好。Ha[26]的研究顯示：模擬咬合力加載時(shí)，較磷酸鋅水門汀、聚羧酸水門汀、玻璃離子水門汀而言，樹脂粘接劑固定的全鋯冠應(yīng)力分布較均勻，在舌側(cè)和近中的應(yīng)力分布較低。Tsuyuki等[27]的研究顯示：在牙體表面窩溝增加時(shí)，與玻璃離子粘接劑相比，樹脂粘接劑固定的全鋯冠的斷裂強(qiáng)度下降得更少。但通用型樹脂粘接劑在使用時(shí)需對(duì)牙面進(jìn)行良好的預(yù)處理，其技術(shù)敏感性更高。自粘接樹脂水門汀結(jié)合了樹脂粘接劑的性能優(yōu)越性和玻璃離子粘接劑的操作簡(jiǎn)便性。Lawson等[28]的研究表明：與樹脂加強(qiáng)型玻璃離子粘接劑相比，采用自粘接樹脂水門汀粘接的3Y-TZP和5Y-TZP的斷裂強(qiáng)度均更高。

臨床提示：自粘接樹脂水門汀粘接的全鋯冠能承受更大的咬合力，同時(shí)具有良好的粘接強(qiáng)度和較低的技術(shù)敏感性。

5 全鋯冠在口內(nèi)使用時(shí)對(duì)機(jī)械性能的考量

5.1 低溫老化對(duì)全鋯冠機(jī)械性能的影響

患者口內(nèi)的修復(fù)體長(zhǎng)期處在特定的溫度、濕度環(huán)境中，加之反復(fù)的咀嚼刺激，促進(jìn)了全鋯冠的低溫老化。低溫老化過(guò)程伴有添加劑的降解和立方相含量的減少[29]。因此，氧化釔含量的增加可使全鋯冠立方相增加、晶相組成更穩(wěn)定、抗老化能力更好。氧化鋁增韌也可以增強(qiáng)抗老化能力。Wu等[30]的研究顯示：在水熱老化處理96 h后，添加氧化鋁的傳統(tǒng)氧化鋯的彎曲強(qiáng)度大于1 000 MPa，而未添加的氧化鋯則降低至800 MPa。老化性能可輔助預(yù)測(cè)全鋯冠的臨床壽命。Wei等[31]的研究表明：結(jié)合老化處理對(duì)機(jī)械性能的影響，3Y-TZP的臨床壽命為6年，5Y-TZP為10年，氧化鋁增韌的3Y-TZP則為20年。透明氧化鋯的抗老化性能較傳統(tǒng)氧化鋯更好，這可作為選擇材料和判斷預(yù)后的參考。

臨床提示：目前的研究結(jié)果支持低溫老化后的全鋯冠依舊具有可觀的強(qiáng)度，可以滿足臨床需要。氧化鋁增韌的高強(qiáng)氧化鋯抗老化性能更佳。

5.2 全鋯冠對(duì)天然牙的磨耗

全鋯冠具有高強(qiáng)度、高韌性等特點(diǎn)，較飾面瓷氧化鋯、二硅酸鋰陶瓷等更加耐磨。在口內(nèi)長(zhǎng)期使用的過(guò)程中，全鋯冠對(duì)天然牙的磨耗情況是臨床關(guān)心的問(wèn)題。研究[32]顯示：傳統(tǒng)和透明氧化鋯對(duì)天然牙的磨耗無(wú)明顯差異。Esquivel-Upshaw等[33]的研究發(fā)現(xiàn)：全鋯冠在口內(nèi)使用1年后對(duì)天然牙的磨耗和烤瓷冠、天然牙對(duì)照組類似。有學(xué)者[34]對(duì)患者進(jìn)行了2年的隨訪，發(fā)現(xiàn)全鋯冠對(duì)天然牙的磨耗小于長(zhǎng)石質(zhì)瓷、二硅酸鋰陶瓷，天然牙的高度在2年后平均降低了（0.204±0.067）mm，且隨著口內(nèi)使用時(shí)間的增加，磨耗率逐漸降低，提示全鋯冠在口內(nèi)使用時(shí)具有自調(diào)作用，該假設(shè)尚需更多研究驗(yàn)證。以上研究均表明：在短期臨床實(shí)驗(yàn)中，全鋯冠表現(xiàn)出的摩擦磨耗性能支持其在臨床的使用。

全鋯冠的摩擦磨耗性能與硬度沒有必然的聯(lián)系，因?yàn)榇嘈蕴沾傻哪ズ氖怯蓴嗔讯撬苄孕巫円?。它主要受到表面微觀結(jié)構(gòu)（如相均質(zhì)性和孔隙率）的影響。較高的表面粗糙度會(huì)增加界面間的摩擦，這不僅會(huì)造成對(duì)磨物更多的磨耗，而且會(huì)降低材料對(duì)滑動(dòng)接觸的抵抗，進(jìn)而增加其本身的磨耗[35]。因此，調(diào)磨和拋光處理對(duì)于能否獲得良好的摩擦磨耗性能起著重要的作用，具體可參考試戴部分。另外，研究[36]發(fā)現(xiàn)：在瓷塊處于較軟的預(yù)燒結(jié)狀態(tài)時(shí)拋光氧化鋯，再進(jìn)行玻璃滲透，所得的修復(fù)體既能抗磨耗，也能保護(hù)對(duì)頜牙的釉質(zhì)結(jié)構(gòu)；傳統(tǒng)氧化鋯在使用分層染色后瓷塊自身的磨耗量增大，而透明氧化鋯的摩擦磨耗性能不受染色方式的影響，可通過(guò)分層染色獲得更佳的美學(xué)性能[32,37]。

臨床提示：充分拋光全鋯冠可避免對(duì)天然牙產(chǎn)生過(guò)度磨耗。

6 總結(jié)與展望

全鋯冠的機(jī)械性能既作為影響臨床決策的因素，又受到各修復(fù)環(huán)節(jié)的影響。從修復(fù)設(shè)計(jì)、加工制作、試戴、粘接到口內(nèi)使用的全過(guò)程中，臨床工作者都需對(duì)全鋯冠的機(jī)械性能進(jìn)行考量，與技工、廠家和患者溝通合作，使最終的修復(fù)體滿足功能和美觀的需求。除將全鋯冠分為傳統(tǒng)全鋯冠和透明氧化鋯冠兩大類外，有學(xué)者根據(jù)材料的組成和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)全鋯冠材料進(jìn)行了分代，第1代為3 mol%氧化釔，第2代為低含量氧化鋁，第3代為4 mol%氧化釔和第4代為5 mol%氧化釔[32]。結(jié)合組分、機(jī)械性能和美學(xué)性能等因素制定國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一的氧化鋯材料分代標(biāo)準(zhǔn)有利于進(jìn)行全鋯冠的選擇、臨床應(yīng)用及學(xué)術(shù)研究。在體外研究中，傳統(tǒng)全鋯冠和透明氧化鋯冠的機(jī)械性能可滿足相應(yīng)修復(fù)需求，而在口內(nèi)使用過(guò)程中的機(jī)械性能變化與修復(fù)效果有待更多長(zhǎng)期臨床研究進(jìn)一步觀察和證實(shí)。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。