2019, Vol. 45扩展功能
文章信息
- 周园园, 朱亚平, 秦娇娇, 李怡然, 吴庆翠, 王成坤, 焦珊
- ZHOU Yuanyuan, ZHU Yaping, QIN Jiaojiao, LI Yiran, WU Qingcui, WANG Chengkun, JIAO Shan
- 3种玻璃陶瓷与Wieland Zenostar氧化锆相互摩擦的耐磨性比较
- Comparison of wear resistance of three kinds of glass ceramics and Wieland Zenostar zircona
- 吉林大学学报(医学版), 2019, 45(01): 83-87
- Journal of Jilin University (Medicine Edition), 2019, 45(01): 83-87
- 10.13481/j.1671-587x.20190116
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文章历史
- 收稿日期: 2018-09-08
玻璃陶瓷材料由于优良的物理、机械、生物和化学性能在计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)领域中受到高度关注[1]，近年来发展出许多种类，如白榴石基玻璃陶瓷、二锂酸基玻璃陶瓷、加强型二锂酸基玻璃陶瓷和氧化锆加强型玻璃陶瓷等多种材料[2-3]。在临床修复患牙时，应根据对牙合牙情况选择合适的材料，理想情况下修复材料应该与对牙合牙有相似的磨耗程度[4]。国内外学者对椅旁修复材料磨损性能进行大量研究，但对玻璃陶瓷材料耐磨性的比较研究相对较少。因此本实验选取3种新型椅旁修复材料白榴石基玻璃陶瓷IPS Empress CAD(简称Empress)、二硅酸基玻璃陶瓷IPS e.max CAD(简称e.max)、加强型二硅酸基玻璃陶瓷VITA Suprinity(简称Suprinity)与Wieland Zenostar氧化锆(简称Zenostar)进行相互摩擦磨损实验来模拟口腔摩擦磨损过程，探讨3种玻璃陶瓷与Zenostar之间耐磨性的差异，以期为临床选择修复材料提供参考依据。目前国内外尚无3种玻璃陶瓷与Zenostar耐磨性的比较研究。
1 材料与方法 1.1 实验材料和仪器Empress瓷块和e.max瓷块(列支敦斯登义获嘉伟瓦登特公司)，Suprinity瓷块(德国Vita公司)，Zenostar瓷块(德国Wieland公司)。金刚石线切割机(STX-202A, 沈阳科晶公司)，义获嘉烧结炉(Programat EP300)、抛光套装(OptraFine)和CAD/CAM(列支敦斯登义获嘉伟瓦登特公司)，Wieland烧结炉(德国Wieland公司)，超声荡洗器械(意大利EURONDA公司)，微摩擦磨损试验机(UTM-2，美国CETR公司)。
1.2 试件准备平面试件：4种材料使用金刚石线切割机制作成12mm×10mm×3mm的平面试件，3种玻璃陶瓷每种各5件，Zenostar计25件，e.max、Suprinity和Zenostar放入烧结炉进行烧结，烧结完成后依次用800#、1000#、1500#、2000#和3000#碳化硅砂纸在注水条件下进行打磨抛光，并使用抛光套装进行抛光。半球试件：4种材料使用CAD/CAM制作成直径5 mm的半球形，3种玻璃陶瓷每种各5件，Zenostar计20件。e.max、Suprinity和Zenostar放入烧结炉进行烧结，烧结后使用抛光套装进行抛光。牙釉质样本准备时，选取2个月内拔除的未萌出智齿，要求釉质发育良好，无龋坏。用特制的半球形金刚石钻头在充分水冷却下获取直径为5 mm半球形牙釉质，共5件，使用抛光套装进行抛光。样本全程保存于0.1%麝香草粉溶液中。分别将40件平面试件和40件半球试件使用自凝塑料进行包埋，超声荡洗30 min，放置于烘干箱50°~60°恒温下进行烘干24h。常温干燥保存，备用。
1.3 实验分组锆片组：Zenostar制成的平面试件为基底，3种玻璃陶瓷及天然牙釉质制成的半球试件为摩擦副，共4组(n=5), 观察3种玻璃陶瓷及天然牙釉质对Zenostar的最大磨损深度。锆球组：Zenostar制成的半球试件为摩擦副，3种玻璃陶瓷及Zenostar制成的平面试件为基底，共4组(n=5), 观察Zenostar对3种玻璃陶瓷及Zenostar的最大磨损深度。
1.4 磨损实验将40件平面试件和40件半球试件(n=5，共8组)分别固定于微摩擦磨损试验机上，在人工唾液环境中模拟临床使用过程进行往复摩擦运动实验，法向载荷20N，往复位移10 mm, 额定功率2Hz，循环2h, 共14400次，使用激光共聚焦显微镜扫描平面试件磨损区域，以试件未磨损表面为参照面，用配套LEXT软件测定试件磨损区域的最大磨损深度。每组随机抽取2个试件采用扫描电子显微镜(SEM)观察磨损面的表面形貌。
1.5 统计学分析采用SPSS 23.0统计软件进行统计学分析。基底材料最大磨损深度以x±s表示，多组间样本均数比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 各组试件最大磨损深度锆片组(观察3种玻璃陶瓷及天然牙釉质对Zenostar平面试件的最大磨损深度)，各组数据符合正态分布，e.max组对Zenostar的最大磨损深度明显大于天然牙釉质组(P＜0.05)，3种玻璃陶瓷对Zenostar的最大磨损深度组间比较差异无统计学意义(P＞0.05)。见表 1。
| (n=5, x±s, l/mm) | |
| Group | Maximun wear depth |
| Natural enamel | 0.006±0.004 |
| Empress | 0.016±0.005 |
| E.max | 0.018±0.008* |
| Suprinity | 0.013±0.010 |
| *P < 0.05 compared with natural enamelgroup. | |
锆球组(观察Zenostar半球试件对3种玻璃陶瓷及Zenostar平面试件的最大磨损深度)，各组数据符合正态分布，最大磨损深度由小到大依次为Zenostar组＜e.max组≈Empress组＜Suprinity组，e.max组最大磨损深度与Empress组比较差异无统计学意义(P＞0.05)，其余各组间最大磨损深度比较差异均有统计学意义(P＜0.01)。见表 2。
| (n=5, x±s, l/mm) | |
| Group | Maximun wear depth |
| Zenostar | 0.013±0.008 |
| Empress | 0.153±0.030* |
| E.max | 0.134±0.020* |
| Suprinity | 0.206±0.028*△# |
| *P < 0.01 compared with Zenostar group；△P < 0.01 compared with Empress group; #P < 0.01 compared with e.max group. | |
锆片组(观察3种玻璃陶瓷半球试件及天然牙釉质对Zenostar平面试件的最大磨损深度) :天然牙釉质组Zenostar试件在低倍镜下(×500)表面光滑，高倍镜下(×5000)可见有少许犁沟(图 1A和B)；Empress组Zenostar试件低倍镜和高倍镜下表面均光滑(图 1C和D)；e.max组Zenostar试件低倍镜下可见表浅的划痕，高倍镜下可见大范围浅层剥脱(图 1E和F)；Suprinity组Zenostar试件低倍镜下可见划痕，划痕周围可见少许凹坑，高倍镜下可见凹坑(图 1G和H)。
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| A，B：Natural enamel group; ；C，D：Empress group；E，F：E.max group; G，H：Suprinity group；A, C, E, G:×500;B, D, F, H:×5 000. 图 1 SEM观察锆片组平面试件磨损面的形貌 Fig. 1 Morphology of wear surfaces offlat-shapedspecimens inzirconiabase sample group |
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锆球组(观察Zenostar半球试件对3种玻璃陶瓷及Zenostar平面试件的最大磨损深度)：Zenostar组试件可见大范围的粗糙面(图 2A和B)；Empress组试件磨损最为严重，低倍镜下可见大面积碎片剥脱面，表面粗糙不平, 高倍镜下可见裂纹明显，大块陶瓷剥脱，粗糙面明显，疲劳磨损(图 2C和D)；e.max组试件低倍镜下可见较为表浅的犁沟，犁沟之间相对光滑，范围较广，高倍镜下可见长粒状晶粒(图 2E和F)；Suprinity组试件表面相对较为光滑，可见少量碎屑(图 2G和H)。
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| A，B：Empress group; C, D:E.max group; E, F:Suprinity group; G, H:Zenostar group.A, C, E, G:×500;B, D, F, H:×5 000. 图 2 SEM观察锆球组平面试件磨损面的形貌 Fig. 2 Morphology of wear surfaces of flat-shaped specimens in zirconia pair grinding group |
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修复体与天然牙以及修复体之间，在接触和相对滑动过程不可避免地会引起磨损和消耗[5]。在临床操作过程中，经常会遇到所修复的患牙对牙合为天然牙或者已修复患牙，其中磨耗量受许多因素的影响，包括修复材料的强度、粗糙度以及材料本身性能[6-7]。本研究从修复材料本身的影响出发，探究材料磨损的意义，选取临床中较为常用的3种玻璃陶瓷，分别为Empress CAD (150MPa)、e.max CAD (烧结后360MPa)和Supinity(烧结后420MPa)，其抗压强度是逐渐增加的，与氧化锆中具有代表性的Zenostar进行摩擦磨损实验，其中e.max和Supinity两者切割后均需再次烧结达到完全结晶状态。在临床使用过程中，e.max和Supinity在烧结前需要涂一层上釉膏或上釉喷雾，使得试件表面更为光滑，以减小其表面粗糙度，减少在临床使用过程中的磨耗，本实验在设计过程中为防止因上釉层厚度引起的偏差，且已有实验[8]证明良好的抛光可达到与上釉一样的效果，故本实验采用统一的抛光装置进行抛光，减少表面粗糙度带来的误差。
在摩擦磨损实验中，有很多方法用来测量磨损量，其中包括称重法、轮廓法和三维扫描仪法[9-10]。在以往实验中称重法因其方便获取以及对实验仪器要求低等原因较为常用，但本实验中因受其包埋材料和固定材料的影响，密度有所不同，以及在实验操作过程中会造成一些质量消耗，影响因素较多，结果可能造成偏差，因此在本实验中未采取上述方法。近年来，随着仪器的发展，且因其准确度高，多使用三维扫描仪法测量磨损量。本实验使用激光共聚焦显微镜获得磨损表面三维图像，通过三维模型测量最大磨损深度，在一定程度上反映了材料的耐磨性能[11]。在测量过程中最大磨损深度均出现在磨损区域中心位置，因为对磨材料为球形，开始与基底材料接触时即为球体中心最低点位置，在磨耗过程中球体最低点逐渐形成球面，基底磨损面积也逐渐由中心线向周围扩展，逐渐形成磨损面。在使用激光共聚焦测量过程中选取磨损区域截面中最低点与周围未磨损区域平面进行垂直距离测量，即可得到最大磨损深度。
本研究中，锆片组中各组平面试件之间最大磨损深度比较差异无统计学意义；在锆球组中，Zenostar对3种玻璃陶瓷样本产生的最大磨损深度比较差异有统计学意义，其中磨损深度最大为Suprinity组，最小为Zenostar组，e.max组和Empress组比较无明显差异。该结果与材料本身、对磨材料的硬度、材料本身与对磨材料之间的硬度差值、材料之间的化学结构和组成成分等均有关联[10]。
本研究锆球组中3种玻璃陶瓷平面试件的最大磨损深度均大于锆片组中Zenostar平面试件的最大磨损深度，可见Zenostar与3种玻璃陶瓷相互摩擦磨损时Zenostar对3种玻璃陶瓷造成的磨损均大于3种玻璃陶瓷对Zenostar造成的磨损。本研究SEM观察结果显示：锆片组中Zenostar平面试件大范围内表面均较为光滑，与最大磨损深度结果一致。本研究锆球组中Empress平面试件表面磨损最为严重，可见大面积碎片剥脱，暴露粗糙面；而在Supinity组中低倍镜和高倍镜下观察试件磨损表面均较为光滑，仅见少许碎屑；e.max组试件可见有长条状晶粒析出，可能是材料在水溶液下的摩擦磨损行为引起晶粒的溶解破坏导致的[12]；在Zenostar组中可见小范围粗糙面。本研究中SEM形貌图与各组平面试件最大磨损深度结果并不一致，表明最大磨损深度与表面形貌不存在正向相关关系。
综上所述，Zenostar半球试件与3种玻璃陶瓷及Zenostar平面试件摩擦磨损时，Zenostar试件相互对磨时最大磨损深度最小，Zenostar组与e.max组相互之间磨损表面形貌较为光滑。在临床修复患牙选择材料时，应结合修复牙齿的基牙条件、对牙合牙的修复材料性能和修复材料的相互磨损效果，同时应考虑美观及患者要求[13-19]，综合各种因素作出合适的选择。
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