玻璃纖維增強復合材料在口腔醫學中的研究進展

王敬超，喬愛紅，周珊，王曉峰

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院口腔科，哈爾濱 150086)

玻璃纖維增強復合材料(glass fiber reinforced composite，GFRC)是一種主要由玻璃纖維和樹脂基質組成的無定形、均質的高分子材料[1]。基于良好的機械性能和生物相容性，近年來GFRC成為一類備受關注的人體植入材料。目前，國內外已成功將GFRC應用于顱腦整形外科、硬組織損傷等醫療外科領域，進行顱組織的修復，并取得了良好的臨床效果[2-3]。與傳統金屬板修復骨組織相比，GFRC具有與骨組織相當的彈性模量和機械強度，因此在生物和機械性能方面具有不可比擬的先進性。GFRC首先被引進牙周領域，隨著研究的深入，GFRC被成功研制并應用于口腔修復、口腔頜面外科、口腔正畸以及牙體牙髓等其他口腔醫學相關領域，并取得了相應的臨床成果。相信通過臨床提供的循證醫學的相關指導，可以滿足患者對美觀和修復后牙齒性能的要求，同時為牙齒的修復提供更為廣闊的適應證，增加剩余牙體組織的保留率，提高患者的咀嚼舒適性和效率，從而提升患者的生活質量。現就GFRC復合材料在口腔醫學中的研究進展予以綜述。

1 GFRC在口腔修復領域中的應用

1.1黏接固定橋 黏結固定橋是一種通過酸蝕-黏接技術修復個別牙缺失的修復方法。黏結固定橋對基牙牙體組織磨切量少，且牙體制備和取模相對容易，具有金屬暴露少、椅旁時間短等優點，但對于金屬過敏以及對美觀有極高要求的患者仍不能滿足治療要求。針對這類患者，玻璃纖維增強復合樹脂粘接橋(glass fiber-reinforced composite resinbondedfixed partial denture，GFRC-RBFPD)是一種較好的選擇。GFRC-RBFPD牙體預備時只局限在牙釉質內，甚至可以不進行牙體預備[4]。此外，接受GFRC-RBFPD修復后，如果患者要求改用其他修復體，只需切斷GFRC-RBFPD的橋體，磨除其固位翼即可，因此GFRC-RBFPD也被認為是一種動態修復方式，可以為臨床的修復治療提供多種選擇[5-6]。

有研究發現，GFRC-RBFPD的堅固性較金屬翼板粘接橋低，特別是連接體部位更加脆弱[7]。但Li等[8]對39例患者進行上頜前牙缺失修復，結果發現，4年后修復體的完整保存率為89.7%，第4年的修復體功能保存率約為92.3%，同時還發現，單顆牙缺失修復后牙周組織也得到了一定改善。有報道指出，GFRC-RBFPD雖然強度較金屬材料低，但GFRC-RBFPD制作技術簡單且成本低，醫師在技工室即可生產，可以盡最大可能地減少患者的就醫時間，提高患者的就醫感受；同時，GFRC-RBFPD無金屬色澤，外觀更加美觀，能更好地滿足對美觀要求高的患者；此外，GFRC-RBFPD去除牙體組織少，可以最大限度地保存牙齒的完整性[7]。因此，GFRC-RBFPD被視為一種既美觀又經濟的動態微創修復方法。

1.2樁核修復 樁核技術是一種常用的牙體缺損修復技術。目前臨床上應用的根管樁主要以金屬材料鑄造的金屬樁為主。金屬樁具有高彈性模量，咬合時易造成應力集中，可導致牙根折斷等不良后果[9]。此外，金屬的射頻變性在對頭部行CT、磁共振成像時可引起圖像扭曲變形，對檢測成像造成干擾[10-11]。同時，金屬核樁佩戴一段時間后，可見明顯的灰色邊緣線條，不能滿足人們對美觀的要求[12]。

由GFRC所制作的玻璃纖維樁技術近年來逐漸成熟。研究顯示，玻璃纖維樁修復體在顏色匹配性、邊緣密合性以及樁核冠的完整性等方面均顯著優于鑄造金屬樁，且玻璃纖維樁組的修復成功率也顯著高于鑄造金屬樁組；另外，修復后2年，玻璃纖維樁組的有效率也高于金屬樁組[13]。同時，玻璃纖維樁對維護牙周組織健康也有一定作用。有研究發現，玻璃纖維樁修復后牙齒的牙齦指數及出血指數均低于金屬鑄造樁核組[14]。另有報道指出，玻璃纖維樁的質地以及彈性模量均與牙本質相近，且作用力均勻分布于整個樁上，避免了牙體作用力過于集中，同時玻璃纖維樁還具有較強的抗彎強度和拉伸強度，防止牙根的折斷；另外，玻璃纖維樁具有良好的生物相容性、高強性及透光性，且具有與牙根相近的色澤，美觀性良好[15-16]。綜上可見，玻璃纖維樁在修復牙體缺損等方面較鑄造金屬樁更具優勢，應用前景更為可觀。

1.3義齒基托的加強 聚甲基丙烯酸甲酯因成本低、生物相容性好、易加工、口腔環境穩定、美觀等優點而被廣泛應用于義齒基托的制作。但其物理和機械性能較差，并不是理想的材料。臨床中義齒基托主要選擇金屬網格或金屬板進行加強，但樹脂與金屬結合差，較脆易碎，且具有金屬光澤，因此美觀性差，不能滿足患者的要求。近年來有研究表明，加入玻璃纖維的增強復合材料制作的義齒基托可以顯著增強基托的彎曲強度、沖擊強度、韌性和維氏硬度，且義齒基托變形<1%[17]。而且經過預浸潤和硅烷處理過的上述義齒基托可以更明顯地提高抗彎強度和沖擊強度。Yoshida等[18]分別對金屬和GFRC制作的義齒基托進行抗彎強度和彈性模量的測試，結果發現，GFRC在抗彎強度和彈性模量等方面較金屬增強樹脂基質有顯著優勢。此外，Gad等[19]發現，GFRC顯著提高了義齒基托的力學性能。但義齒基所在的口腔環境較為復雜，且以上研究僅在體外進行，因此需要進一步的體內研究為臨床應用提供指導。

2 GFRC在牙周領域中的應用

GFRC在牙周領域中的應用主要體現在牙周夾板作用。以往牙周夾板固定松動牙是常見的治療方法，多采用光固化樹脂黏合夾板、金屬結扎絲聯合光固化樹脂夾板等進行固定。但當金屬或其他相關材料與光固化樹脂聯合使用時，材料與光固化樹脂之間屬于機械結合，在口腔進行咬合等功能運動過程中會造成夾板破裂，從而影響治療效果，加劇醫患矛盾。GFRC牙周夾板是由超強玻璃纖維與流動樹脂相結合而成的增強復合材料，玻璃纖維有較好的組織相容性，可與樹脂形成一個整體的化學結合，當材料受到負荷后，纖維能夠分布并傳導應力，防止基質中微裂痕的產生，從而降低了夾板折斷的風險，促進患牙牙周組織的修復和再生[20]。此外，在以往的牙周夾板固定患牙治療過程中，牙周夾板的使用使牙齒表面增加了很多不易清潔的窩溝點隙，從而增加了患牙齲壞和引發牙齦炎的風險。針對此類問題，相關研究表明，GFRC憑借其良好的透明性、體積小、固位好、固位體周圍易于清潔維護等特點，可以減少齲病和牙齦炎的發生[21]。

肖遵勝等[22]研究發現，GFRC牙周夾板對基牙牙槽骨高度和密度的增加有一定的積極作用，可增加牙槽骨高度和密度，并產生骨白線。夏長普等[23]發現，經基礎治療后牙周袋深度5 mm伴垂直型骨吸收的前牙慢性牙周炎患者，在GFRC夾板固定后行植骨術+引導組織再生術，1年后發現，牙周再生性手術前配合GFRC固定術可促進牙周組織再生，鞏固牙周病的治療效果。也有研究發現，扭轉過大的患牙連接在一起容易引起應力集中，導致GFRC牙周夾板斷裂，同時由于患者咬合力過緊、過大易引起夾板斷裂[21]。因此，GFRC牙周夾板的使用在臨床上仍有一定的局限性，需要進一步研究。但憑借穩定的化學黏結、高強度和良好的美觀性，GFRC牙周夾板仍然被認定為是一種理想的牙周夾板方式。

3 GFRC在口腔頜面外科領域中的應用

創傷、感染、腫瘤等因素所導致的頜骨缺損給患者造成了嚴重的心理和生理傷害，患者的生活質量顯著下降。因此，對此類患者的治療以及修復是口腔頜面外科學亟待解決的問題。金屬材質的骨修復缺損裝置，特別是鈦和鈦合金具有良好的機械性能、化學穩定性和生物相容性，已廣泛應用于口腔頜面外科的臨床治療[24]。但金屬植入裝置易造成金屬離子釋放、金屬過敏、輻射偽影等不利影響[25]。此外，金屬植入物的彈性模量較高(110 GPa)與周圍皮質骨(12～17 GPa)或松質骨(3 GPa)的彈性模量不匹配，易導致應力屏蔽、骨吸收和骨整合不良等不利結果，從而影響相關的治療效果[2]。在這種情況下，合成聚合物、復合材料或低彈性模量金屬合金越來越多地被認為是鈦和鈦合金的理想替代品，用來防止潛在的負生物反應[26-27]。

近年來，GFRC被認為是一種理想的骨缺損修復的潛在性材料，它不僅具有良好的機械性、抗折性、生物相容性和延展性，還具有長期穩定性、非磁性、低導熱性甚至磁共振成像相容性[26]。此外，GFRC的彈性模量為15～20 Gpa，具有與皮質骨和松質骨相近的彈性模量，而且其拉伸強度(400～1200 MPa)相對較高，高于常用的鎳鈦合金(965 MPa)[28-29]，更具臨床可操作性。相關研究表明，由玻璃纖維和生物活性玻璃顆粒所組成的涂層暴露能夠增強細胞的黏附和增殖[30]。盡管已經發現GFRC植入物的機械性能和細胞響應與金屬鈦具有相似的結果，但體內骨形成的證據還未確定，只有少數動物科研人員進行了GFRC植入物中新骨形成的相關研究[31]。Mattila等[32]通過有限元分析發現，GFRC植入物在骨植入物界面的剪切力分布比鎳鈦植入物更均勻，此項研究成果為GFRC植入物在口腔頜面外科領域的應用奠定了基礎。總之，GFRC植入體可作為一種承載力的種植體應用于口腔頜面部骨的重建，同時在醫學上作為鈦和鎳鈦合金或其他金屬基材料的替代品具有巨大的應用前景。

4 GFRC在口腔正畸領域中的應用

隨著口腔正畸領域相關材料的不斷研發以及患者對正畸治療過程中美觀等要求的逐漸提高，傳統金屬托槽和有色弓絲已經不能滿足廣大患者的治療需求。近年來，符合患者美觀要求的無托槽隱形矯治器相繼問世，但由于其價格昂貴，無金屬透明弓絲的研發勢在必行。

Liu等[33]將具有原始形態記憶特性的聚氨酯與玻璃纖維混合成型，制造出更加美觀的透明弓絲，并在牙列仿真模型上安裝這種特殊弓絲進行模擬排牙，結果發現，與傳統的弓絲相比，由聚氨酯與玻璃纖維混合制造出的透明弓絲矯正時間縮短50%，其所產生的反作用力提高96.36%；而且與傳統正畸弓絲相比，由玻璃纖維與聚氨酯混合而成的正畸弓絲的彈性模量和拉伸模量均較低，其回彈力為100～150 g，符合正畸臨床常用的力值范圍。因此，在正畸患者矯治牙齒的起始階段，可以采用這種特殊弓絲進行牙齒排齊。

Tanimoto等[34]將玻璃纖維與聚碳酸酯混合制成的正畸弓絲與傳統正畸臨床應用的鎳鈦弓絲進行了比較，結果發現，兩者在彎曲行為方面表現相似，且玻璃纖維與聚碳酸酯混合制成的正畸弓絲具有剛度低、回彈性高的特性。鑒于這種物理性能，由玻璃纖維與聚碳酸酯混合制成的正畸弓絲可以向矯正過程中的牙齒施加更加合適的正畸力。此外，為證明弓絲在矯正過程中可以持續保持美觀，Inami等[35]對由玻璃纖維與聚碳酸酯混合制成的正畸弓絲進行著色實驗，將弓絲置于含有咖啡的模擬口腔，4周后發現，弓絲在外觀上幾乎無改變，由此認為，玻璃纖維與聚碳酸酯混合制成的正畸弓絲在矯治過程中顏色可以保持穩定，不易受外來著色因素的影響，可以持續保持美觀。相信隨著人們對美觀要求的不斷提高，玻璃纖維與聚碳酸酯混合制成的正畸弓絲會受到更多臨床醫師和患者的關注，但其臨床效果仍需進一步研究。

雖然GFRC透明弓絲在美觀方面具有傳統金屬弓絲無法超越的優勢，并且其生物學性能和力學性能較好，可以為患者提供更加優越的正畸治療體驗，但在機械性能方面GFRC弓絲仍然具有局限性，也對其臨床應用造成了一定影響。相信隨著對GFRC弓絲研究的不斷深入，其具有廣闊的應用前景。

5 GFRC在牙體牙髓領域中的應用

目前GFRC在牙體牙髓中的研究較少，研究方向主要集中于應用玻璃纖維增強礦化物三氧化物凝聚體復合材料加固牙齒、抵抗根折、防止牙齒缺失等方面。在牙體牙髓科，根管治療是最為常見的臨床操作之一，根管充填作為核心操作是決定根管治療成功與否的關鍵。根管充填的主要目的之一是用根管充填材料來加固牙齒以抵抗垂直應力，防止牙根折裂，延長牙齒的使用壽命。迄今為止，臨床上應用的根管充填材料仍不能滿足要求。Nagas等[36]研究發現，由玻璃纖維增強礦化物三氧化物凝聚體復合材料制作而成的根管充填材料可以在根管中形成根管內屏障，從而有助于緩解較大的垂直應力，有效防止根折。因此，玻璃纖維增強礦化物三氧化物凝聚體復合材料被視為一種抵抗根折的有效選擇，但目前臨床研究較少，仍需要進一步研究證實。

6 小 結

GFRC復合材料具有高透明性，而且其生物性能和機械性能與牙本質相當，這為其應用于口腔科各個領域奠定了堅實的基礎。尤其是在口腔頜面外科以及口腔正畸科領域，GFRC復合材料的生物學優勢、機械性能優勢更加明顯。在口腔頜面外科，GFRC復合材料所具有的磁共振成像相容性為今后患者的診療提供了極大的便利性。在口腔正畸領域，由于近乎透明的色澤以及不影響患者對美觀要求等特點，GFRC復合材料將會成為更多愛美患者的選擇。因此，隨著研究的不斷深入，GFRC在口腔醫學領域中的應用會越來越廣闊，這對推動口腔醫學的發展與創新有重要意義。