三种二硅酸锂玻璃陶瓷冠抗折强度研究分析*

李爱芹，魏育红，郭震威，陈巧华，刘惠莉

郑州大学附属郑州中心医院口腔科，河南 郑州 450007

近些年牙科仪器设备以及材料不断更新，牙体全冠修复治疗方案在临床各种口腔病变（如牙体牙髓炎症、龋齿、根尖周炎等）治疗中广泛应用并获得普遍认可。良好的冠部修复技术能够有效恢复缺失牙体硬组织及冠部形态与功能，并维持患牙强度。目前临床对陶瓷修复体美学性能要求逐年提升，二硅酸锂玻璃陶瓷因自身具有优良通透性、美观度佳以及成熟加工工艺等特性而成为口腔科医师牙体全冠修复的首选［1］。但在长期应用后，临床发现瓷修复体存在脆性大这一弊端，其在进入患者口腔内部后，往往会伴有磨损，且对颌修复体以及天然牙磨损的发生不可避免，表现为天然牙与修复体之间磨耗，甚至伴有崩裂等问题产生［2］。目前市场上对二硅酸锂玻璃陶瓷主要类型为IPS e.max CAD 以及PS e.max Press［3］。目前，国内也积极探究对二硅酸锂玻璃陶瓷相关制作工艺，为此本研究为探究3 种二硅酸玻璃陶瓷折抗情况，采取全冠破坏性试验以及断裂荷载，对3 种不同厂家生产二硅酸锂玻璃陶瓷冠性能进行分析，以期为国产二硅酸锂玻璃陶瓷的临床应用提供依据，现将结果报告如下。

1 资料与方式

1.1 主要材料及设备

选取2019 年1 月—2020 年6 月郑州大学附属郑州中心医院的30 个下颌第一磨牙标准预备体代型作为研究对象，按照随机数表法分为3 组，分为制作国产二硅酸锂玻璃陶瓷冠试件为国产组、IPS e.max CAD 冠试件为IPSC 组、IPS e.max Press 冠试件为IPSP 组，每组各10例，粘接剂为America 生产3M ESPE 复合树脂粘接剂。设备：德国CEREC AC.Sirona生产椅旁CAD/CAM 系统，美国3M ESPE生产光固化灯，MTS 工业系统（中国）有限公司生产的xceed启标E44电子万能试验机，河北润联科技开发有限公司生产恒温水浴箱，美国FEI 生产FEI Helios Nanolab 600i双束扫描电镜。

1.2 方法

1.2.1 二硅酸锂玻璃陶瓷冠制备 以下颌第一磨牙归为模型位置，要求每3种材质各制备10个预备体代型，对轴向聚合度：5°，凹面性肩台宽度：1.0 mm，所有制备体均均匀磨除1.5～2.0 mm，对角度误差差值维持在0.1%以内。选择光学扫描系统，对10个国产二硅酸锂玻璃陶瓷冠代型扫描，对其标准设定依据系统要求进行，选择CAD/CAM系统技术，并制备国产二硅酸锂玻璃陶瓷冠代型，对IPS e.max CAD 则选择同样方式开展。IP.MAXPRESS 制备方法选用失蜡法、热压铸造法制备全瓷冠试件10件，烧结蜡型部分分为2 组，任意1 件冠试件进行硅橡胶取模翻制，硅橡胶可在近远中，牙合龈向，颊舌向3处切开，制成导板，指导IP.MAXPRESS 组堆蜡。制作完成后，先处理氢氟酸1 min，再用超声波冲洗10 min，放在恒温37 ℃的浴池中，放置7 d，备用。

1.2.2 测量二硅酸锂玻璃陶瓷的内部密合性 仪器选用激光共聚焦显微镜（参数设置：400 倍放大状态），对国产组、IPSC 组及IPSP 组全瓷冠牙合面的粘接剂厚度进行测量，操作由实验室同一名高年资工作人员进行，注意每个点均测量3次再取均值。

1.2.3 抗折破坏试验 按模型大小，可制备树脂基座，置于电子万能试验机上，此时每组模型均可按置于树脂基座位置，并进行粘接剂，对应全瓷冠，可位于标准代型，选用电子万能试验机，保持25 N静压力，加压10 min，除去多余粘接剂，同时进行光固化处理，使之具有良好的抗折性和抗折损性。使其具有良好的抗折破坏性能，在电子万能试验机上逐一放置3 组模型，进行抗折破坏试验，选择直径保持在6 mm 球形加载头、加载头与修复牙合面之间的10 kN 力值传感器，可在其中放置厚度为1 mm 的锡箔纸，避免受力过于集中的情况出现。并先施50 N预载，加载头与牙合面，形成近中舌尖、远中舌尖、远中颊尖稳定的三点触点。加载速度为0.5 mm/min，直到试件断裂为止。对试件破坏时抗折载荷以及试件破裂类型进行记录。评判标准：断层型分为以下几种：I 型：伴随着一个非常小的断层型；Ⅱ型：幅度小于1/2；Ⅲ型：断裂部分约为1/2；IV型：断裂部分一半以上；V型：冠状物及牙模严重开裂。3 组随机抽取2 个试件，对试件表面晶体分布形态进行酸蚀、超声清洗15 min并吹干、喷砂、SEM 观察金瓷界面、分析等操作。

1.3 统计学方法

采用SPSS 23.0 软件进行统计分析。计数资料以例数和百分比（%）表示，组间比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组全瓷冠试件内部密合性情况

国产组及IPSC 组全瓷冠试件牙合面粘接剂厚度［（93.71±7.43）μm、（82.05±6.92）μm］明显低于IPSP组（116.34±11.08）μm，且国产组与IPSC组比较，差异有统计学意义（F=40.380，P＜0.05）。

2.2 3组全瓷冠试件抗折强度情况

国产组全瓷冠试件抗折强度（954.65±112.65）N 明显低于IPSC 组（1 746.45±245.65） N、IPSP 组（2 164.59±256.65）N，且IPSC 组与IPSP 组比较，差异有统计学意义（F=81.560，P＜0.05）。

2.3 3组全瓷冠试件断裂类型

3 组中，国产组、IPSC 组及IPSP 组全瓷冠试件断裂级别比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 3组全瓷冠试件断裂类型 例（%）

2.4 3组全瓷冠试件晶体电镜扫描结果

与IPSC 组、IPSP 组相比，国产组在电镜扫描下晶体分布、大小等情况较差，见表2。

表2 3组全瓷冠试件晶体电镜扫描结果

3 讨论

修复体内部密合性以及折抗强度往往作为反映修复体临床治疗重要指标。传统玻璃陶瓷冠可耐受的弯曲强度在200 MPa 以下，通常无法承受患者后牙区的咬合力，从而导致瓷体从受力点处形成裂缝，并逐步扩展至大面积裂纹，最终造成瓷体断裂、牙体全冠修复治疗失败。而二硅酸锂玻璃陶瓷在具备良好美学性能的同时也增强了瓷体的强度及断裂韧性，其可耐受的弯曲强度在400～500 MPa，目前被广泛应用于牙科中，包括前牙牙冠、贴面、后牙嵌体以及单冠制作［4］。研究指出［5］，成人人群全口咬合力高达500 N 以上，下颌第一磨牙最大咬合力约为80 N。对较大载荷试验可快速试验进程，并有效增加测量数据，进一步减少误差对结果所造成影响。

本次研究开展中，为了解不同厂家二硅酸锂玻璃陶瓷所制备修复体情况，选取国产1家，国外1家中2种类型的二硅酸锂玻璃陶瓷制备修复体，对3 种修复体分别采取全冠破坏性试验以及断裂荷载，对其结果分析得出，3 组二硅酸锂玻璃陶瓷制备修复体可满足临床基本需求，对断裂载荷角度分析得出，3组材料均可应用于后牙修复。同时，对修复体断裂模式分析上，3 组材料无显著差异，且3 组断裂类型均以I 型为主；提示本研究中3 种国内外生产的二硅酸锂玻璃陶瓷冠用于临床牙体全冠修复治疗中发生断裂的风险均较小、安全且可靠。自增韧主要是指临床上的自生增韧相，经过晶化热处理等工艺，在材料微观结构中析出新晶相，可使材料机械强度明显增加。二硅酸锂玻璃陶瓷的增韧机理与以下几点有关：（1）晶相含量处于较高水平。有研究指出，玻璃陶瓷材料机械性能优良，晶相含量高，可提供良好的保证；内部晶相含量越高，说明机械性能越高，但使用传统的玻璃陶瓷材料后，其半透性就会降低［6］。而二硅酸锂玻璃陶瓷在60%以上的含量则表明了其机械性能不错［7］。此外，由于二硅酸锂玻璃晶体具有1.58 的光折射率(refractiveindex)，接近玻璃基质（1.50）的折射率，在获得高强度的同时，能够确保二硅酸锂玻璃具有很好的半透性。（2）晶体呈现互锁微结构。互锁微结构能够有效阻止裂纹持续扩展，在玻璃陶瓷冠增韧方面发挥重要作用。二硅酸锂晶体在经过全冠破坏性试验和断裂荷载介入后分析的IPSP组瓷体中，呈现出长棒状二硅酸锂晶体，玻璃基质内均匀分布、交错排列的状态，形成互锁式微结构。在这种结构中，棒状结构的二硅酸锂晶体验到在裂纹仅以迂回路线扩展的情况下，有效地阻隔了裂纹的扩张，而裂纹则发生了偏移。裂纹的偏移，主要是指裂纹的前进方向发生了变化。由于晶体是一种高弹性模量物质，当裂纹扩展过程中遇到结晶体时，裂纹的前进方向就会发生偏移，这种偏移就会导致裂纹的产生，在裂纹扩大时消耗大量的能量，对增强玻璃陶瓷材料的抗变形能力有很大的帮助［8-9］。分析3种材料可以发现，二硅酸锂晶体在IPSP组中大多呈1～3 um 棒状，玻璃陶瓷在上述微管结构表现中，有益于获得较高的力学性能。而国产中因晶体分布不均且长短不一，表面呈现细小间隙，作为应力集中重要原因［10-12］。IPCC 组分则因为晶体太长而不能分配成互锁式微结构，因此上述情况是导致抗折叠强度降低的重要原因之一。在此项研究的开展中，选用热压铸件工艺，在机械稳定性得到提高的同时，有效地避免了传统烧结工艺中的不稳定现象，减少了微裂因素［13-15］。因此，与CAD/CAM技术相比，采用热压铸件工艺，抗折强度进一步提高。对其结果分析得出，我国二硅酸锂玻璃陶瓷在抗折强度上可满足临床基本需求，但相比较国外制造技术，仍然存在一定差异性。

综上所述，处于全冠破坏性试验以及断裂荷载下，国产二硅酸锂玻璃陶瓷冠可基本满足临床应用，但与IPS e.max CAD冠及IPS e.max Press冠相比，仍然存在进步空间，对后续临床应用具有一定指导意义。

本研究的弊端：（1）研究选用的二硅酸锂玻璃陶瓷材料试件可能存在质量问题。（2）复合树脂粘接剂过期、固化灯照射时长不一致、全冠破坏性试验操作人员专业水平存在差异，可能对临床试验结果造成影响。今后开展试验时可充分考虑各种可能影响试验结果的主、客观因素并合理排除，更加深入分析国产二硅酸锂玻璃陶瓷冠、IPS e.max CAD 冠及IPS e.max Press 冠这三种不同二硅酸锂玻璃陶瓷冠在抗折强度方面的差异。