可切削复合材料研究进展

2018-4-2 11:04 来源:中国实用口腔科杂志
作者:刘丽杨 仇丽鸿阅读量:7520

    目前用于椅旁的可切削材料包括长石类玻璃陶瓷(Vitablocs MarkⅡ)、白榴石玻璃陶瓷(IPSEmpress CAD)、二硅酸锂基玻璃陶瓷(IPS e.maxCAD)和复合材料等。玻璃陶瓷因具有优良的机械学性能和美学效果,成为临床上用于牙体修复的主要全瓷材料。然而陶瓷属于脆性材料,在切削和临床操作过程中产生的微小裂纹及表面缺陷都可能会造成日后修复体的折断,且其对天然牙的磨耗较重,而树脂对应力具有一定的缓冲作用。

    研究者发现,将树脂成分替代陶瓷材料中的脆性玻璃成分所形成的复合材料可提高其挠曲强度等机械性能,一些研究甚至认为这种类型的材料显示出与天然牙齿相似的性能。复合材料由于兼具玻璃陶瓷优良的机械、美学性能以及树脂材料的韧性,近年来受到越来越多的关注。复合材料按其组成成分可分为两大类:一类是树脂基质加入无机填料,代表产品为Paradigm™ MZ100、Block HC、Cerasmart、Gradia Block 和Lava Ultimate等;另一类是陶瓷网络结构加入树脂基质,代表产品为Vita Enamic。直到2014年,可切削复合材料才被广泛用于前磨牙单冠的制作。然而这些新材料的性能并不确切。本文根据现有资料对可切削复合材料的性能进行综述。

    1. 机械性能

    1.1 断裂强度

    断裂强度是指材料发生断裂时的最大应力与断裂横截面积的比值,表示材料所能承载的最大应力。研究表明,在与天然牙完好粘接的前提下,Paradigm™ MZ100具有与VitablocsMarkⅡ相近的断裂强度。临床修复时,选择可切削厚度较小的材料,尽量保留健康牙体组织成为关键。有学者提出,复合材料在厚度极薄时,其强度依然能够满足临床咬合力的需要,为临床重度磨耗、酸蚀症患者的后牙贴面修复提供了选择。有文献报道,后牙的正常咬合力范围为100~200 N,在创伤或突然咀嚼硬物时可高达965 N;临床采用全瓷冠修复时,厚度至少为1~1.5 mm,而关于复合材料的研究显示,厚度为0.3 mm的牙贴面(Vita Enamic、LavaUltimate)断裂强度为1727~2415 N。另有研究显示,Lava Ultimate在厚<1 mm时,其断裂强度高于其他材料,且在1 mm范围内厚度的增加(0.3~1 mm)对其断裂强度无显著影响。

    研究结果也证实,厚<1 mm时,Lava Ultimate复合材料的断裂强度均在1000 N以上,可满足临床需要。不过也有研究者指出,Vita Enamic最薄可切削至0.2~0.5 mm,但对于其强度是否能满足后牙咬合需要尚存争议。Johnson等提出,Vita Enamic 适用于咬合贴面,但国内外对于其作为咬合贴面机械性能方面的研究还比较少,实验结果显示,VitaEnamic用于咬合贴面(0.3 mm)时,其断裂强度与传统的复合材料Paradigm MZ100相比差异无统计学意义,且强度都低于Lava Ultimate,但都高于牙齿正常咬合范围。关于厚度对复合材料断裂强度的影响,学者们也有不同的研究结论。

    陈曦等研究发现,随着厚度的增加,Vita Enamic的断裂强度逐渐增加,但在1~2 mm 厚度时,其与VitablocsMarkⅡ的断裂强度无明显差异;但当厚>2 mm时,Vita Enamic 的断裂强度显著大于VitablocsMark Ⅱ。也有研究显示,厚为3 mm时,VitaEnamic、Lava Ultimate、Vitablocs Mark Ⅱ、IPSEmpress CAD的断裂强度并无显著差异,但均低于二硅酸锂基玻璃陶瓷(IPS e.max CAD)。Johnson等认为,目前的研究方法只能显示单一加力状态下材料的断裂强度,无法模拟口腔内正常咬合情况,后牙咬合贴面的长期临床效果还不确切。但通过对前牙贴面修复失败病例的分析发现,其失败原因主要是由于修复材料的断裂或剥落,这与实验中所观察到的后牙咬合贴面的断裂模式相一致,但还需进一步的临床验证。

    随着使用时间的延长,环境以及冷热循环都会降低修复体的强度。研究证实,复合材料的疲劳抵抗性优于玻璃陶瓷。与玻璃陶瓷相比,复合材料具有良好的抗疲劳性能,在较薄厚度下,经过动态加载力机械循环后依然能够维持一定的强度,在临床中可用于牙齿酸蚀、磨耗患者的咬合重建,尽可能地减少了牙体预备量甚至无需牙体预备。

    1.2 挠曲强度与挠曲模量

    正常咀嚼过程中,牙齿和修复材料不仅受到垂直向的压应力,同时受到各个方向的拉应力和剪切力。修复材料在应力作用下产生拉伸应变、压缩应变和切应变,最终导致修复体的折裂或微渗漏,使修复失败。而断裂相关的一些机械性能,常用挠曲强度和挠曲模量来评价。挠曲强度是指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力,反映材料抗弯曲的能力,用来衡量材料的弯曲性能;挠曲模量是应力与挠曲产生形变的比值,表示材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力,通常采用三点弯曲法进行测量。Awada等指出,通常情况下复合材料的挠曲性能优于陶瓷材料,其具有较高的挠曲强度和较低的挠曲模量,实验中受测的所有复合材料的挠曲模量都低于玻璃陶瓷。

    Lauvahutanon等、Albero等和Awada等利用三点弯曲法测试材料的挠曲强度结果显示,复合材料的挠曲强度高于临床常用玻璃陶瓷材料(Vitablocs MarkⅡ、IPS Empress CAD 等),虽然都低于加强型的二硅酸锂玻璃陶瓷(IPS e.maxCAD),但总体上都满足ISO 6872/2008要求的临床值100 MPa,同样证实了这一说法。不过Awada等的研究结果也显示,Vita Enamic的挠曲强度低于IPS Empress CAD,其挠曲性能并不确切。同时,环境的改变也会影响材料的挠曲强度。Lauvahutanon等研究显示,材料的强度在水浴及冷热循环后均有所下降。

    但对于VitaEnamic,环境变化对其挠曲性能并无影响,其性能的稳定归因于内部所含的树脂陶瓷双网络结构。有学者提出,材料挠曲性能方面的优越也可能会限制其疲劳循环、颜色稳定性或耐磨性等其他方面的特征,口腔是一个相对复杂的环境,材料性能的优劣需要临床长期的观察才能确定。

    1.3 维氏硬度和耐磨性

    硬度是衡量材料抵抗弹性形变、破坏或抵抗两种情况同时发生的能力,表示材料表面局部区域抵抗压缩变形和断裂的能力;耐磨性是指材料的耐磨损性能,通常用材料的体积损失量来表示。正常牙釉质的维氏硬度为2940~4800 MPa,牙本质为570~600 MPa。Dirxen等指出,硬度介于牙釉质与牙本质之间,对天然牙磨耗较小的材料是理想的修复材料。Della等和He等认为,玻璃陶瓷的耐磨性虽然好,但其硬度远高于牙釉质,对对天然牙的磨耗较重,造成牙釉质的表面裂纹。而Albero等研究结果证实,复合材料的硬度(平均为1425 MPa)低于临床常用玻璃陶瓷(Vitablocs MarkⅡ、IPS Em⁃press CAD、IPS e.max CAD,平均硬度为4630MPa);Lauvahutanon等对材料硬度进行测试,结MPa);Lauvahutanon等对材料硬度进行测试,结果也证实Vitablocs MarkⅡ>Enamic>Lava Ulti⁃mate≥Gradia Block>Block HC≥Cerasmart,复合材料较低的硬度降低了对对天然牙的磨耗,对于重度磨耗患者是较好的修复材料。也有不同的研究结果表明,Vita Enamic硬度虽然较低,但其对天然牙的磨耗较重,接近于玻璃陶瓷材料。

    关于材料的耐磨耗性能,学者们的观点不一致:Lauvahutanon等研究显示,在二体摩擦实验中,GradiaBlock、Block HC、Cerasmart三者的体积损失量明显低于Lava Ultimate、Vitablocs MarkⅡ以及Enamic;且Lava Ultimate、Vitablocs MarkⅡ和Enamic 三者间差异也有统计学意义。但在三体摩擦实验中,几种复合材料的耐磨性与传统玻璃陶瓷之间无明显差异。而Albero等的二体实验结果显示,体积损失量Vitablocs MarkⅡ<Enamic、Lava Ultimate<Paradigm™ MZ100。Zhi 等认为,材料的耐磨性不仅与硬度有关,且与其中无机填料的成分、含量、大小和形态具有相关关系。因此,复合材料的耐磨耗性能还需进一步实验验证。

    同时,Coldea 等认为,复合材料的挠曲强度、弹性模量以及硬度与材料内部陶瓷与聚合物两种成分之间的比例有关,随着陶瓷成分的不断增加,材料的挠曲强度降低,而其弹性模量和硬度明显增加。

    1.4 断裂韧性

    断裂韧性(fracture toughness,KIc)指材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能,其值越大,表示材料阻止裂纹扩展的能力越强,通常采用单边V槽横梁法(SEVNB法)来测试,裂纹与表面缺陷的存在及其扩展行为会降低材料的机械性能。研究显示,复合材料的断裂韧性(1.09±0.05)MPam1/2介于陶瓷(0.67~0.72 MPam1/2)和复合树脂(1.3~1.5 MPam1/2)之间,相比于陶瓷材料具有更好的阻断裂纹的能力,与Coldea 等(1.0 ±0.04)MPam1/2的结果相似。同时,He等也认为,相比于其他修复材料,复合材料具有更高的断裂韧性及较低的脆性,其脆性指数均低于4.3 μm1/2(可切削性较好材料的推荐值),适用于CAD/CAM修复体的制作。

    2. 边缘适应性

    良好的边缘适应性、准确的牙体预备以及粘接是决定修复体成功的主要因素,修复体的边缘密合性差会造成粘接剂的溶解和微渗漏,导致修复失败。已有大量实验对传统修复体的边缘适应性进行了研究,修复体和预备体之间理想的最小间隙在25~50 μm之间,但临床上很难达到这一标准。Park等指出,临床常用可切削陶瓷材料所制作的全冠,其边缘间隙为50~60 μm;MOD嵌体边缘间隙为150~160 μm,而关于可切削复合材料的边缘适应性的研究甚少。

    多数学者认为,间接修复体的外部边缘间隙在120 μm以内是临床可接受范围,但内部边缘间隙的标准范围尚未确定。Park等研究显示,Lava Ultimate作为全冠修复体时,其边缘间隙为(50.18±3.39)μm;而作为嵌体时,平均边缘间隙为(48.72±4.07)μm,Lava Ultimate与对照组相比显示出了较好的边缘适应性。

    3. 粘接强度

    Borba等指出,复合材料在髓腔内的适应性以及修复体的边缘适应性都优于长石质瓷,但其粘接强度不如普通的玻璃陶瓷材料。目前尚无明确结论证实表面处理方式对复合材料和树脂粘接剂之间粘接强度的影响。Cekic-Nagas等对Vita Enamic、Lava Ultimate、Cerasmart三种材料进行研究认为,HF处理对材料的粘接强度无明显影响。同时,Elsaka分别研究了喷砂和酸蚀处理对Vita Enamic 和Lava Ultimate 粘接强度的影响,结果表明,喷砂和酸蚀后,两种材料的粘接强度均有明显增加。

    Cekic-Nagas等还指出,不同复合材料之间粘接强度的差别可能与其显微结构相关。综上所述,目前对用于制作后牙修复体的复合材料的各种性能已有一些体外实验研究,但其性能尚不十分确切。文献报道,可切削复合材料用于前磨牙的单冠修复,其性能已经能够满足临床需要。此外,对复合材料的粘接性能及抗疲劳循环方面的研究尚比较缺乏,因此复合材料的应用还有待进一步实验研究和临床长期观察。

编辑: 陆美凤

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