高半透性氧化鋯基底的不同處理對鋯?瓷結合強度的影響

張穎， 胡丹丹， 黃皓寧， 駱小平

南京大學醫學院附屬口腔醫院，南京市口腔醫院修復科，江蘇 南京（210008）

隨著牙科計算機輔助設計與計算機輔助制作（computer aided design and computer aided manufac?turing，CAD/CAM）技術的廣泛應用，氧化鋯陶瓷因其優異的力學性能、穩定的化學性能以及良好的生物相容性而被普遍應用于臨床修復［1］。常壓下純氧化鋯有三種晶體形態：單斜晶相（室溫至1 170 ℃）、四方晶相（1 170～2 370 ℃）和立方晶相（2 370 ℃以上）。典型的3 mol%釔部分穩定四方氧化鋯（3Y?TZP）由3 mol%的釔和＞90%的四方相氧化鋯組成，隨著釔含量增加，氧化鋯的立方相及半透性增加［2］。近年來，牙科氧化鋯陶瓷半透性增加，擴大了其在修復中的適應癥范圍；但要滿足前牙的美學修復仍需通過飾瓷來調節［3?4］。已有研究表明，氧化鋯基底與飾瓷的結合強度是決定修復效果的關鍵，目前臨床上常用氧化鋁噴砂及涂覆結合層來增強氧化鋯與飾瓷間的結合強度，但國內外的研究對其效果結論并不一致。本實驗旨在探討噴砂及結合層的應用對氧化鋯與飾瓷結合強度的影響，為臨床提高氧化鋯全瓷修復體的結合強度提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實驗材料 KATANA 氧化鋯（STML，Kura?ray Noritake Dental，日本）；VITA VM9 Base Dentine瓷粉（VITA Zahnfabrik，德國）；氧化鋁噴砂劑（120 μm，南昌飛馬鑄粉廠，中國）；自凝樹脂（上海新世紀義齒基托樹脂粉，中國）；SiC 砂紙（Matador，德國）。

1.1.2 實驗儀器 筆式噴砂機（Easyblast，Bego，德

國）；數控超聲波清洗器（KQ?250DE，昆山超聲儀器有限公司，中國）；烤瓷爐（Programat P700，Ivoclar，列支敦士登）；萬能測試機（Synergie 100，MTS Sys?tems，美國）；體視顯微鏡（SMZ1500，Nikon，日本）；激光掃描共聚焦顯微鏡（laser scanning confocal mi?croscope，LSCM）（LSM800，Zeiss，德國）。

1.2 實驗方法

1.2.1 試件制備 使用CAD/CAM 系統從預成氧化鋯坯體中按廠商規定收縮比例切削出所需尺寸的瓷塊，燒結后高10 mm、直徑為10 mm 的圓柱形氧化鋯塊30 個，用400、600、800、1 000、1 200 目的SiC 砂紙打磨。打磨后試件置于去離子水中超聲清洗10 min，吸水紙擦干。

1.2.2 表面處理及分組 將試件隨機分為4 組（n＝7），①C 組（對照組）：瓷塊致密燒結后打磨，燒結程序如表1 所示；②S 組（噴砂組）：瓷塊致密燒結后打磨，距離氧化鋯表面10 mm，0.5 MPa 的壓力下，垂直噴砂15 s，超聲清洗干燥；③B 組（結合層組）：瓷塊致密燒結后打磨，蘸取VITA VM9 Base Dentine 液在氧化鋯表面輕刷2 個來回，使其表面覆蓋有一薄層均勻的瓷粉，放入烤瓷爐內燒結，燒結程序見表1，燒結后瓷層記為飾瓷1；④SB 組（噴砂＋結合層組）：瓷塊致密燒結后打磨，按S 組方法噴砂，清洗干燥后按B 組方法涂覆結合層，放入烤瓷爐內燒結。剩余2 個試件其中一個進行噴砂處理，觀察噴砂前后氧化鋯的表面形貌。

1.2.3 氧化鋯表面飾瓷制備及試件包埋 采用粉漿涂塑法使用自制精密模具堆塑瓷粉，震蕩除水，在氧化鋯表面堆塑成高度為2 mm、直徑為5 mm 的圓柱形飾瓷，記為飾瓷2，以上操作均為同一位操作者完成。飾瓷堆塑成形后，將鋯?瓷試件放入烤瓷爐內焙燒，燒結程序見表1。考慮飾瓷燒結收縮，采用數顯式游標卡尺測量三次取平均值的方法確定最終直徑。將氧化鋯試件用自制模具進行自凝樹脂包埋。

表1 本實驗所使用氧化鋯及飾瓷的燒結程序Table 1 Sintering process of zirconia and Veneering porcelain used in this study

1.2.4 氧化鋯基底與飾瓷的平行剪切強度測試 將包埋好的試件固定于萬能試驗機的剪切夾具內，調整加載頭的位置，使其與鋯?瓷結合界面緊密貼合（圖1），加載速率設置為0.5 mm/min，記錄瓷層斷裂時的加載值F（N）。按公式P＝F/S 計算出剪切強度值，其中P 為鋯?瓷界面剪切強度值（MPa），F 為鋯?瓷分離時的加載值（N），S 為飾瓷與氧化鋯粘接面積（mm2）。

1.3 統計學分析

應用SPSS 22.0 統計軟件分析得到的剪切數據，用均數± 標準差來表示。采用單因素方差分析比較各組試件的剪切強度值，組間兩兩比較采用LSD 檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 噴砂前后氧化鋯的表面形貌

LSCM 下觀察噴砂前后氧化鋯的表面形貌，結果顯示噴砂前氧化鋯表面較為光滑，可見打磨形成的痕跡，噴砂后的氧化鋯表面較為粗糙。見圖2。

Figure 1 Schematic diagram of paral?lel shear bond strength test圖1 平行剪切強度測試示意圖

Figure 2 Surface morphology of zirconia before and after sandblasting displayed（LSCM，×10）圖2 噴砂前后氧化鋯表面形貌（LSCM，×10）

2.2 剪切強度值比較

各組試件剪切強度值見表2。四組試件組間剪切強度值比較，差異有統計學意義（F＝12.285，P＜0.001）。其中，與C 組比較，S 組、B 組的剪切強度值均無顯著差異（S組：P＝0.862，B組：P＝0.081）；而SB 組的剪切強度值高于C 組，差異具有統計學意義（P＝0.001）。S組與B組比較，剪切強度無顯著差異（P＝0.862）。SB 組剪切強度最高，其與S 組、B 組相比，差異均具有統計學意義（S 組：P＝0.001，B 組：P＜0.001）。

表2 各組試件剪切強度值比較Table 2 Comparison of shear bond strength values of each group n＝7

2.3 斷裂模式觀察

氧化鋯基底與飾瓷界面主要分為三種破壞類型，①內聚破壞：飾瓷內部發生斷裂，氧化鋯基底表面被飾瓷完全覆蓋；②混合破壞：部分飾瓷殘留于氧化鋯基底表面；③粘接破壞：飾瓷完全從氧化鋯基底表面剝脫，幾乎無飾瓷殘留。各組試件剪切強度測試后飾瓷破壞類型均以混合破壞為主，詳細分類見表3。體視顯微鏡下觀察顯示，各組試件飾瓷破壞類型以混合破壞為主，氧化鋯基底大部分裸露，飾瓷殘留量較少。見圖3。

表3 各組試件剪切強度測試后飾瓷破壞類型Table 3 Failure types of veneering porcelain in each group after shear bond strength test n＝7

Figure 3 Typical fracture morphologies of each group after shear bond strength test圖3 各組試件剪切強度測試后的典型斷裂形貌圖

3 討 論

一項平均隨訪時間為4.9 年的臨床回顧性研究發現氧化鋯全瓷固定修復體臨床成功率為89%［5］。氧化鋯全瓷修復體臨床失敗的主要原因為氧化鋯?飾瓷界面分層和飾瓷剝落［6］，其發生崩瓷的風險比金屬烤瓷修復高［7］。因此，氧化鋯基底與飾瓷的結合強度是決定修復效果的關鍵。影響氧化鋯?飾瓷界面結合強度的因素包括：氧化鋯和飾瓷熱膨脹系數不匹配、殘余熱應力、氧化鋯與飾瓷彈性模量差異、瓷燒結收縮、潤濕條件差以及瓷內部缺陷等［8?9］。近年來國內外學者在氧化鋯基底的表面處理方面做了大量的研究，如氧化鋁噴砂、機械打磨、激光蝕刻、熱酸蝕等增加氧化鋯表面粗糙度的技術；還有以增強化學結合力為主的表面硅涂層技術、應用襯里瓷材料等，均取得了較好的效果，氧化鋯與飾瓷的結合強度得到了顯著提升［10?13］。目前臨床上常用氧化鋁噴砂及涂覆結合層來增強氧化鋯與飾瓷間的結合強度，但是對于噴砂及結合層的應用是否能增強鋯?瓷結合強度，國內外研究報道結果并不一致［15?18］。

本實驗中使用的氧化鋯為日本可樂麗公司的則武KATANA 超透氧化鋯，其配套飾瓷為CERABI?EN ZR 氧化鋯內冠用飾面陶瓷材料，本課題組前期實驗對該瓷粉與KATANA 氧化鋯之間的剪切強度做了研究，方法同本實驗對照組，得到的剪切強度值為（21.61±3.40）MPa，與本實驗對照組直接堆塑VITA VM9 Base Dentine 飾瓷相比無顯著差異，因此可以排除應用不同品牌的瓷粉對鋯?瓷結合強度的影響。

鋯?瓷結合強度取決于氧化鋯基底與飾瓷的機械嵌合和化學結合［8］，機械結合是通過表面處理粗化氧化鋯表面，使得氧化鋯基底與飾瓷間形成微機械嵌合。本研究中氧化鋯基底與飾瓷之間的結合是利用機械結合，氧化鋁噴砂是表面粗化方法中最為簡便、有效的方法，但仍存爭議。有研究表明噴砂雖可增加氧化鋯表面粗糙度，但對增強氧化鋯基底與飾瓷的結合強度無顯著效果［19］。本實驗中，單純噴砂組剪切強度值與對照組相比無顯著性差異，故認為單獨噴砂處理不能顯著增強氧化鋯與飾瓷結合強度。

釔部分穩定氧化鋯的化學成分較為穩定，在900～1 000 ℃的飾瓷燒結溫度下仍保持很好的化學穩定性。為了提高鋯?瓷界面的結合力，有學者提出在氧化鋯基底與飾瓷之間構建一個適宜的介于二者彈性模量之間的功能梯度層，降低鋯?瓷之間的彈性模量差異，從而抵消彎曲應力，增強化學結合，降低飾瓷的剝脫率［20］。目前關于提高鋯?瓷結合強度的研究集中于氧化鋯基底表面二氧化硅涂層以及襯里瓷的應用。襯里瓷應用于鋯?瓷表面可增加鋯?瓷表面潤濕性。VITA VM9 Base Dentine飾瓷的主要成分為SiO2（60%～64%）、Al2O3（13%～15%）、K2O（7%～10%）、Na2O（4%～6%）；以同品牌襯里瓷VITA VM9 Effect Bonder 為例，其主要成分與飾瓷相同，僅成分比例不一。本實驗中薄涂飾瓷燒結后作為結合層，與對照組相比，剪切強度較低，但差異無統計學意義；可以認為VITA VM9 Base Dentine 飾瓷中ZrO2含量（0%～1%）較VITA VM9 Effect Bonder（5%～8%）少，燒結后不能與氧化鋯基底產生很好的融合反應。后續實驗應對應用VITA VM9 Effect Bonder 襯里瓷材料后的鋯?瓷結合強度進行對比研究。

本實驗中噴砂+結合層組的剪切強度值最高，表明噴砂與涂覆結合層相結合可增加鋯?瓷結合強度。Saka 等［21］研究發現噴砂后應用襯里材料可以改善氧化鋯基底與飾瓷之間的結合強度，與本實驗結果一致。噴砂后氧化鋯表面更為粗糙，表面積增加，預燒結薄層飾瓷作為結合層，薄層飾瓷滲透嵌合在噴砂形成的孔隙中，產生機械滯留，使兩者結合得更加緊密，薄層飾瓷（飾瓷1）與堆塑的飾瓷（飾瓷2）成分相同，燒結后形成牢固的化學結合，顯著改善了鋯?瓷結合強度。然而關于結合層與氧化鋯基底之間是否存在化學結合仍需通過進一步的實驗證明。

體式顯微鏡下觀察鋯?瓷界面破壞模式以混合破壞為主，飾瓷殘留量少，氧化鋯基底大部分裸露。本實驗中內聚破壞的試件斷裂發生在飾瓷內部，不能代表界面結合強度，因而不能用于統計分析。存在內聚破壞可能是由于堆塑飾瓷技術問題、粉液比失調等原因。氧化鋯表面飾瓷殘留量少，說明氧化鋯表面潤濕性較差，飾瓷1 與飾瓷2結合緊密，兩者間的結合強度大于飾瓷1 與氧化鋯基底間的結合強度，當剪切力垂直施加于鋯?瓷界面，飾瓷1 隨飾瓷2 從氧化鋯表面斷裂。

目前測試氧化鋯基底與飾瓷間界面結合強度的方法有三點彎曲和平行剪切強度測試等。根據IS09693 標準，金瓷界面結合力的檢測常用三點彎曲強度測試，但是全瓷基底材料脆性較大，因此三點彎曲強度測試不適用于脆性的陶瓷系統［22］。平行剪切強度測試是以剪切力的形式，加載頭平行加載于兩種材料的結合界面，界面應力集中小，是較為理想的結合強度檢測方法［23］。同時，剪切力是固定修復體最常受到的應力，本實驗中采用平行剪切強度測試方法對鋯?瓷結合強度進行測定，測試結果能相對真實地反應氧化鋯基底與飾瓷界面結合強度的大小。

本實驗研究結果表明，氧化鋯基底進行噴砂處理后薄涂飾瓷作為結合層，可提高鋯?瓷結合強度；單獨噴砂處理或薄涂飾瓷作為結合層不能顯著提高鋯?瓷結合強度，對臨床應用具有參考意義；但是噴砂＋結合層提高鋯?瓷結合強度的機制尚未清楚，薄涂飾瓷作為結合層是否與氧化鋯基底間產生化學結合以及結合形式需要進一步的實驗研究證明。

【Author contributions】Zhang Y performed the experiments and wrote the article. Hu DD and Huang HN revised the article. Luo XP de?signed the study and reviewed the article. All authors read and ap?proved the final manuscript as submitted.