提高氧化鋯飾瓷結合性能的研究進展
作者：田蕭羽，第四軍醫大學學員旅；田敏，王富，第四軍醫大學口腔醫院修復科
氧化鋯陶瓷因具有優秀的力學性能、生物相容性以及不影響核磁共振檢查等特點，逐漸成為臨床醫師和患者青睞的口腔修復材料。然而，與玻璃陶瓷相比，氧化鋯材料的半透性、美學性能不佳，用於美學區修復時，仍需依賴在其表面飾瓷以實現美學特點的再現。但由於氧化鋯表面不含氧化硅並且化學性質非常穩定，難以與飾瓷材料之間形成有效的化學結合。並經臨床研究發現，相較於金屬烤瓷修復體，氧化鋯全瓷修復體更易發生飾瓷的剝脫和崩裂，並導致修復失敗。因此，如何提高氧化鋯與飾瓷的結合已成為全瓷修復研究中的熱點和難點之一。
氧化鋯－飾瓷結合性能與氧化鋯基底冠的設計、表面處理方式及飾瓷的工藝和厚度有關，本文就影響氧化鋯－飾瓷結合的相關因素及其研究進展作一綜述。
1.氧化鋯基底冠的設計
氧化鋯基底冠主要分為厚度均勻的標準形態基底冠和帶氧化鋯頸環的基底冠兩種。頸環基底冠是指在基底冠頸部形成一定高度的環形圍繞。在後牙區，帶有頸環的基底冠設計證據較為充分。包亦望等對氧化鋯全瓷冠的有限元分析結果表明，咬合應力除集中於咬合接觸區外，還集中於全瓷冠頸部。而頸環所形成的一定寬度的平台則可以將集中於頸部的應力傳遞給氧化鋯基底，從而能避免表面飾瓷因承擔過多應力而導致修復失敗。
劉亦洪等將疊層氧化鋯常規全瓷冠和帶有2mm頸環的氧化鋯全瓷冠分別粘結於樹脂基牙（雙尖牙形態）上，並通過破碎試驗比較二者的抗力值；結果顯示，帶有2mm頸環設計的氧化鋯全瓷冠在破碎時所承載的力值大於常規設計的全瓷冠。Cho等曾對磨牙疊層氧化鋯全瓷冠進行了研究，與劉亦洪等的結果較為一致；其研究同時還發現，頸環設計應不低於2mm，否則無法改善頸部的應力分布，也無法提高氧化鋯全瓷冠的抗力。而在前牙區，由於前牙受力方式與後牙不同，其頸部應力分布也不同，因此氧化鋯基底冠頸環的設計是否能夠提高疊層氧化鋯全瓷修復體抗力還存在疑問。
Kim等及陳濟芬等對上頜前牙氧化鋯全瓷冠飾瓷抗力的研究認為，頸環設計不能提高前牙氧化鋯全瓷冠的抗破碎能力。但在Kim等的研究中氧化鋯頸環的高度設計僅為0.7mm，而在陳濟芬等的研究中則未對頸環的高度作出說明，所以其參考意義不大。同時在前牙區，一定高度的頸環設計必會對前牙修復的美學效果造成影響，所以目前對於前牙區是否進行頸環設計還需要更多研究。
2.氧化鋯基底冠的表面處理
氧化鋯基底冠的表面處理方法主要有機械方法和化學方法。機械處理是通過物理的方法對氧化鋯表面進行粗化，以增加其表面積和機械嵌合力，主要包括噴砂、酸蝕、激光蝕刻等；化學處理是通過一些化學方法來改變氧化鋯表面的性質，以增強其化學結合能力，主要包括製備硅塗層和襯裡層等。
2.1氧化鋯表面噴砂處理
噴砂處理是傳統金屬烤瓷冠常用的表面處理方法，通過磨料的撞擊磨削以改變材料表層的粗糙度、表面積、應力狀態，同時去除材料表面的雜質，從而提高金瓷界面的結合面積。對於氧化鋯全瓷冠，因氧化鋯基底冠與飾瓷之間的粘結主要依賴微機械鎖合作用，所以噴砂處理可去除其表面的污染層，增大氧化鋯的粗糙度及表面積，並進而增加其表面性能和濕潤性，使之在全瓷修復中有利於增強其與樹脂粘結劑間的粘結強度。曾強等的研究結果顯示，氧化鋯基底經110目Al2O3噴砂後，其結合強度與對照組相比具有統計學差異；而經80目Al2O3噴砂後，其強度與對照組相比則無統計學差異，表明Al2O3噴砂對提高結合強度的作用並不強，只有粗糙程度足夠大時方有意義。這與Fischer等的研究結果相一致。
殷家悅等對四方晶體氧化鋯（Y－TZP）試件進行噴砂處理後發現，噴砂處理雖能增加氧化鋯基底表面的粗糙程度，但過量的機械性處理會導致微裂隙的出現，從而降低氧化鋯本身的強度和韌性，並進而影響修復體的使用壽命。除此之外，噴砂還會對氧化鋯的熱膨脹係數造成影響。Liu等研究發現，Al2O3的撞擊可使氧化鋯表面晶體部分發生由熱膨脹係數高（10.8×10－6/K）的四方相（t相）向熱膨脹係數低（7.5×10－6/K）的單斜相（m相）轉變；並認為，噴砂後氧化鋯基底和飾瓷熱膨脹係數的匹配性也是進行噴砂處理時需要考慮的因素。
由此可見，噴砂處理尚不能作為氧化鋯表面上瓷前必需的預處理方法，對於不同廠家的氧化鋯陶瓷進行噴砂處理時，其參數（如氧化鋁徑粒、噴射壓力以及噴砂距離和時間等）的選擇也無明確的定論。
2.2表面多孔塗層
表面塗層是在材料表面通過粉漿塗塑並燒結而形成多孔結構，以增加其結合強度的一種方法，該方法最初主要應用於提高全瓷修復體和樹脂粘結劑之間的結合強度。Phark等報道，在氧化鋯表面形成多孔層後，可使其與樹脂粘結劑的結合強度顯著提高。目前，將多孔塗層的方法應用於氧化鋯基底和飾瓷之間結合界面的研究還較少。隋華超等採用粉漿塗塑燒結的方法在氧化鋯基底表面製備多孔塗層，以研究其對氧化鋯與飾面瓷結合強度的影響，結果顯示:表面塗層組的結合強度與拋光組和噴砂組之間均存在顯著性差異；斷裂模式分析還發現，對照組和噴砂組均為界面破壞，而表面塗層組的斷裂模式則以內聚破壞為主。以上研究結果說明，該方法雖具有可行性，但其長期效果還有待更多研究，塗層厚度以及孔隙率的控制對氧化鋯飾瓷結合的影響還需進一步分析。
2.3酸蝕處理
2.3.1氫氟酸酸蝕
氫氟酸酸蝕是通過溶解陶瓷材料中的玻璃基質使之形成粗糙的表面形態來增加機械嵌合力。而由於氧化鋯陶瓷中不含玻璃基質，因此認為氫氟酸對氧化鋯無效。但有研究發現，氫氟酸能使瓷體的表面顆粒變小，顆粒間隙增大。何峰等報道，400g/L氫氟酸酸蝕氧化鋯試樣30min後可獲得較高的表面粗糙度，並使其表面呈現海綿狀粗化結構形態。但殷家悅等的研究結果則顯示，採用氫氟酸處理燒結後的氧化鋯表面，並不能使其表面形貌發生變化，鋯瓷的結合強度也未增加；說明氫氟酸對燒結後的氧化鋯無效，不能與氧化鋯發生反應。目前，關於氧化鋯酸蝕處理的研究多集中於與樹脂粘結劑的結合強度方面，酸蝕處理是否會提高其與飾瓷之間的結合強度尚存在爭議，酸蝕處理的時間和溫度也還有待進一步研究。
2.3.2熱酸溶液酸蝕
該技術是利用強酸加熱後能選擇性的溶解氧化鋯表面部分高能原子，以使其形成含有大量孔隙的三維表面結構。目前，該方法多用於增加氧化鋯和樹脂粘結劑之間的結合強度。Casucci等分別以濃鹽酸和Fe2Cl3作為酸蝕劑，並在100℃下酸蝕氧化鋯試樣30min，結果顯示，酸蝕組的粘結強度較對照組顯著提高。此種方法是否能夠提高氧化鋯與飾瓷之間的結合能力雖尚無足夠的臨床依據，但卻為臨床上增加機械固位提供了一種新思路。
2.4激光蝕刻
激光蝕刻是利用激光能量的瞬間高溫或壓強作用使氧化鋯陶瓷表面產生熔化和重淬火，從而形成散布的小凹坑，以增加氧化鋯基底的表面積和粗糙程度。臨床上常用的激光有Er:YAG激光、Nd:YAG激光和二氧化碳（CO2）激光。Cavalcanti等［20］報道，用不同能量參數的激光照射Y－TZP表面後，SEM觀察結果顯示，激光處理的瓷面粗糙不平。有研究顯示，用激光處理氧化鋯表面後，其表面的粗糙度增加，經剪切試驗測定，氧化鋯與瓷的結合強度達到32.1MPa，較未處理組（24.8MPa）明顯增加（P＜0.05）。但氧化鋯經激光處理後的機械性能，尤其是抗老化及耐疲勞等性能是否受到影響，還有待於進一步檢測。所以，激光蝕刻是否是一種較佳的增加鋯瓷結合強度的表面處理方法尚有待於後續研究證實。
2.5燒結襯裡
飾瓷與氧化鋯之間的界面結合屬於物理結合，由於氧化鋯表面的潤濕性差，易導致其與飾瓷之間界面結合薄弱。有研究認為，在氧化鋯表面製備襯裡層，可改善氧化鋯的表面潤濕性，而減少殘餘應力。景璐君等通過在氧化鋯表面預先燒結Vita VM9 EffectBonder而製備襯裡層，測試結果顯示，其結合強度相對於對照組顯著提高；對破壞界面觀察可見氧化鋯表面濕潤性良好，並有大部分薄層飾瓷殘留，表明二者結合性能有所提高。馬婷婷等運用ZirLiner製備襯裡層進行研究也發現，襯裡層可以提高飾瓷與氧化鋯之間的結合強度。另有研究表明，使用粉漿堆塗工藝時，襯裡層也可有效增強氧化鋯－飾瓷的結合強度。由此可見，燒結襯裡可作為目前臨床上氧化鋯與飾瓷結合層的選擇之一，但其結合機制尚未明確。並有部分學者認為，結合強度的改變與預燒結襯裡層後氧化鋯和飾瓷間的化學滲透有關，也可能是由於晶粒間的機械嵌合作用。
2.6表面硅塗層
由於氧化鋯陶瓷表面缺少玻璃相，從而使氧化鋯基底與飾瓷間難於形成化學結合。表面硅塗層技術是通過將硅塗層附著於氧化鋯表面以增加其與飾瓷間的化學結合，從而提高兩者之間的結合強度。並有研究表明，硅塗層的存在可以顯著提高氧化鋯與飾瓷之間的結合強度。目前，用於形成表面硅塗層的方法主要有化學摩擦法、溶膠－凝膠法、等離子噴塗法等。
化學摩擦法是利用Si02包裹的Al2O3顆粒對氧化鋯表面進行噴砂處理，該方法在增加氧化鋯表面粗糙度的同時，還會使Si塗層附著於氧化鋯表面，並進而藉助硅烷偶聯劑的硅烷化作用使之形成化學結合；溶膠－凝膠技術是指金屬有機或無機化合物經過溶液、溶膠、凝膠而固化，然後再經熱處理而使之形成氧化物或其他化合物固體，此過程中陶瓷和氧化硅凝膠膜可通過氧橋而形成化學鍵，塗層間的硅羥基發生縮合形成硅氧鍵；等離子噴塗是通過高頻發射器在氧化鋯表面沉積六甲基二硅氧烷。由於硅塗層可以增加氧化鋯的親水性，唾液更容易浸潤而導致其發生老化。因此，王曉菲等對硅塗層進行了疏水改性，從而使其結合耐久性得到增強。
表面硅塗層技術雖在提高鋯瓷結合性能方面表現出良好的應用前景，但因工藝相對複雜而限制了其在臨床上的廣泛使用。
3.飾瓷厚度
目前研究認為，飾面瓷斷裂及崩脫主要受飾瓷厚度的影響。飾瓷過薄或過厚都會造成飾瓷內微觀結構變化和全瓷冠內部應力增加，從而導致修復失敗。當飾瓷過薄時，瓷層因無足夠的收縮補償來抵抗燒結過程中產生的縮聚形變，從而導致瓷層內部氣孔和微裂紋的數目增加，並進而使飾瓷強度下降；當飾瓷過厚時，則會因熱力學性能發生改變，而使其燒結的升溫和降溫過程變長，從而使飾瓷中的白榴石含量增加，並進而導致周圍微裂隙的增多和熱膨脹係數的改變。王曉雪等研究發現，當飾瓷厚度低於1.0mm或高於2.0mm時，均會導致全瓷冠整體抗壓縮破壞性能發生顯著下降。因此，臨床上應將飾瓷厚度控制在1.0～2.0mm以保證飾瓷強度。
4.飾瓷工藝
飾瓷工藝主要分為粉漿堆塗工藝、熱壓鑄成型工藝、切削成型工藝等。粉漿堆塗技術是目前臨床廣泛應用的工藝，即採用蒸餾水將一定量的瓷粉調拌成粉漿並塗於氧化鋯基底表面，然後再經高溫燒結形成全瓷冠；熱壓鑄工藝是將熔融的飾瓷塊加壓注塑到氧化鋯表面形成全瓷修復體，飾瓷與基底冠之間接觸較粉漿堆塗更為充分；切削成型工藝是使用CAD/CAM技術在計算機上進行設計，並在計算機控制下利用微型機床加工成型。此外，還有瓷沉積成型工藝，該方法是通過電磁感應技術將瓷粉沉積到氧化鋯基底表面，此工藝尚處於實驗室研究階段。燒結成型工藝、鑄造成型工藝和切削成型工藝在臨床中應用較為廣泛，飾瓷工藝的研究也主要集中於此3種工藝上。大量研究表明，熱壓注塑較粉漿塗塑工藝製備的飾瓷與氧化鋯基底的結合力更強。
Sim等分別對燒結成型、熱壓注塑成型和計算機切削成型的試樣進行了分析，結果顯示，計算機切削成型試樣的結合強度均高於其他工藝組（P＜0.05）。Schmitter等對常規燒結成型試樣和CAD/CAM試樣進行了比較研究，結果顯示，CAD/CAM組試樣的鋯－瓷結合強度顯著高於常規燒結成型組。因此，CAD/CAM成型可以作為一種可靠的飾瓷工藝應用於臨床。
綜上所述，儘管目前學者們圍繞如何提高氧化鋯飾瓷結合性能，從各個切入點進行了系列研究，並展現出了一定的應用前景，但尚未形成統一結論。氧化鋯基底與飾瓷材料的結合強度仍然是氧化鋯臨床應用中亟待解決的瓶頸問題。如何進一步改善氧化鋯－飾瓷的結合性能，建立氧化鋯飾瓷工藝的標準化技術規範，從而進一步改善氧化鋯全瓷修復體的臨床使用壽命，仍是今後研究的重要方向之一。
來源：田蕭羽,田敏,王富.提高氧化鋯飾瓷結合性能的研究進展[J].牙體牙髓牙周病學雜誌,2017(12):728-732.
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