牙科复合树脂材料耐磨性能研究现状

2017-10-9 11:10  来源:口腔颌面修复学杂志
作者:韩红钰 付静 刘杰 阅读量:2320
    磨损是因物体相对运动使表面材料逐渐损失的过程。从摩擦学的角度可将口腔修复材料的磨损机制分为以下四种:磨料磨损、疲劳磨损、化学酸蚀磨损和黏着磨损。磨料磨损又分为二体磨损、三体磨损。口腔中实际的磨损也包括冲击磨损。     (1)磨料磨损二体磨损指相对运动的物体表面存在的硬的突起通过非咀嚼运动达到咬合平衡的生理性运动。上下对颌牙表面直接接触,发生于吞咽、空咬、机能异常等情况。也是导致树脂用于后牙咬合受力区或大面积修复时失败的主要原因,尤其在磨牙症及不良磨牙习惯的患者中失败率较高。三体磨损是发生在咀嚼运动过程中非接触区的过程。     (2)疲劳磨损是由于循环接触应力的作用,在相对运动物体表面或表层内部形成裂纹并扩展使表层材料剥落的一种磨损。当拉伸强度不足压缩强度的1/3时表现为脆性断裂。材料发生断裂时不仅是因为疲劳磨损,磨料磨损和腐蚀磨损在材料断裂的发生过程中也起到一定作用。     (3)化学磨损又称为腐蚀磨损。在某种程度来说,并不能独立发生,而是同摩擦和三体磨损三者相互作用产生影响。化学磨损仅仅是因为酸性削弱了表层分子之间的作用力,从而加强了其它磨损行为的进程。酸的来源可来自外部或内部。     (4)黏着磨损又称咬合磨损,是对磨物相对滑动时接触面局部发生材料黏着,由于应力使黏着点发生剪切和断裂,脱落的屑粒由一个表面迁移到另一个表面,使摩擦系数降低。     1.摩擦磨损行为的影响因素     1.1无机填料     复合树脂的耐磨性和无机填料的种类、含量、粒径大小和分布、形状等有联系。纳米技术使填料的种类变得丰富而且粒径更小(小于200nm),从而填充量增加,增强了树脂的耐磨性和抛光性。但由于纳米的易团聚性难以添加足够量,鉴于此,学者们研发了混合型复合树脂。Ayatollahi研究得出纳米混合和纳米填料的树脂比传统填料树脂的机械性能和耐磨性得到提高。Lawson建议纳米填料含量应控制在25%-50%之间可使材料达到较好力学性能,高于50%填料会凝聚导致断裂缺陷。此外,Tan等为提高复合树脂的强度,研究经氢氟酸处理后的含活性多孔氟磷灰石微晶玻璃填料的新型复合树脂的耐磨性,发现含氟磷灰石填料(20wt%)树脂的耐磨性得到改善,但含氟磷灰石填料(50wt%)树脂耐磨性降低。     1.2树脂基质     基体树脂的固化程度影响树脂的机械性能。Jing将CQ、DAMAEMA和二苯基碘鎓六氟磷酸盐三元光敏引发体系引发以BisSGMA为基质单体的新型复合树脂的聚合反应,结果表明光固化复合树脂的聚合转化率提高,聚合反应程度加大,机械性能增强。树脂在口腔环境中面临吸水性导致的水解作用,这与树脂的分子量大小和化学结构有关。刘行将Bis-GMA进行氟化改性,得到的Bis-F-GMA因羟基数量的减少而有转化率高、疏水性好和溶解率低等优点。     1.3无机填料与有机基质之间的结合力     学者发现纳米多孔状、纤维状填料,可更好地增加填料与基质之间的结合,增强树脂的耐磨性、耐水解性,改善抛光性。纳米和硅烷化处理技术的应用,使填料的尺寸减小,提高树脂转化率及增强填料与基质之间结合力。张文云等采用正硅酸乙酯(tetraethyl orthosioate,TEOS)溶胶-凝胶的方法,通过水解制得分布均匀的二氧化硅并将其熔附于硼酸铝晶须(aluminum boratewhisker,AlBw)表面,以此作为复合树脂的填料。此外,研究者认为是表面酸蚀处理增加了结合力的同时也使颗粒变得易碎。因此提出:需找到一种平衡表面粗糙度和保持填料强度的方法。     2.复合树脂耐磨性的体外磨损模拟实验研究     分析生物材料磨耗行为的研究方法分为体内试验和体外试验。由于体内实验耗时长、成本高、对患者依从性要求高等原因难以实施,亿万先生研究常以实验过程简便、省时、有效、节约成本的体外实验为主。体外实验对磨耗机理的研究有助于分析树脂修复失败的原因。     2.1磨损实验机     根据机械装置的复杂性,模拟磨损分为三类:刷牙模拟装置、二体磨损实验机、三体磨损实验机。二体磨损实验机已广泛用于工业,其主要摩损机制包括摩擦磨损及疲劳磨损。包括销盘磨耗机、振荡磨耗机、俄勒冈健康科学大学口腔的(OHSU)、明尼苏达(MTS)磨耗机。三体磨损磨耗机通过添加不同的介质可实现三体磨损或酸蚀磨损的测试。常见的磨耗机为ACTA磨损机,可精确测定磨损量并与亿万先生结果保持一致;自动分析结果,呈现三维效果;且能控制介质厚度更好地模拟口腔三体磨损。     2.2实验参数     牙体硬组织和修复材料在口腔环境中的摩擦行为是一个复杂的过程,与负荷(单调的或循环的;持续或间歇)、热量变化、侧向运动、循环次数、样本数量、试样表面处理及对磨物等多种因素有关,实验方法各异,结论不一。接触应力是影响耐磨性实验研究中磨损量的重要因素。Barari为研究新型树脂的耐磨性能,分析不同负荷下材料的摩擦系数及磨损体积量,从而探究磨损机制。     2.3对磨物     常见的对磨物有牙釉质、陶瓷和不锈钢、氧化铝球(10mm直径)、烤瓷牙等。研究证明滑石瓷与牙釉质的弹性模量和磨耗速率相似,同时也避免了使用天然牙齿易产生偏倚和医源性感染的问题。Zhi等利用二体磨耗机得出牙釉质的耐磨性低于瓷材料。但Passos认为牙齿磨耗速率低于氧化锆冠。是因为氧化锆冠表面的抛光处理对对颌牙齿有一定的保护作用。可见对磨物的表面处理也是影响结果的原因之一。     2.4介质     口腔润滑系统由唾液,牙菌斑和薄膜组成,缓冲能力可减小酸蚀作用,同时菌膜(100-500纳米厚)可充当保护层。为真正模拟口腔环境可加入不同润滑液,如:水,乙醇,酸,橄榄油,甘油,人工唾液(含或不含细菌)。尽管天然唾液是最好的选择,但是存在交叉污染的风险。Turssi为选择磨耗实验中天然唾液的替代物,将树脂置于人工唾液(HS)、黏蛋白润滑液(MC)、羧甲基纤维素润滑液(CM)和去离子水(DW)不同润滑液中,通过分析不同循环次数与树脂磨耗量的关系,得出:润滑液是磨耗实验中不可缺少的一部分且MC是最佳唾液替代物。目前用pH值1.2、3.3和7.0分别模仿菌斑酸、胃酸和食物酸。有实验研究表明柠檬酸在pH2.54,3.2,4.5,5.5,6.0是体外控制试验中一个很好的介质。     2.5纳米压痕和纳米划痕技术     是口腔摩擦学领域的一大突破,解决了小样品材料小面积的弹性模量、硬度等机械性能和摩擦特性测试的难题。此外还可获取持续变载加力下的摩擦破坏形貌特征,可使同一标本在一次测试中反应不同应力下组织的破坏情况,获得更为丰富实验数据,减小了实验偏倚误差,使结论较准确。Ayatollahi用纳米压痕和纳米划痕技术研究了纳米填料和传统填料,牙体复合树脂材料在循环热应力和饮料模拟的口腔环境中的摩擦磨损性能。结果表明,纳米填料填充的树脂材料,其耐磨性高于传统填料填充的材料,并证明茶或碳酸饮料会削弱树脂的耐磨性能。这与之前的实验结果一致。     3.磨损量的结果分析     磨耗损失量可从磨耗深度、面积及体积三方面进行分析。由于材料在移动过程中受材料转移和润滑剂渗透等影响,一般不用质量损失来计算磨损量。磨耗后的材料进行模型复制和运用3D扫描技术测量的方法误差较大,而计算机控制的三维测量显微镜可精确测得磨耗后试样表面磨痕的体积损失量,表面光度轮廓仪测量磨痕的深度。由于测量划痕时采用接触式,会对磨耗表面产生破坏进而影响数据结果,因此也有学者采用非接触式表面光度仪。此外,计算机控制的实验过程同时还可记录每点的摩擦系数,帮助更好地探究磨损机理。纳米压痕和划痕技术可用原子力显微镜(AFM)图像呈现磨痕,微观层面分析初始和磨耗后之间的差异。然而树脂材料的磨耗机制研究需通过口内、口外两种磨耗机结合对同种材料进行评价分析可得出两种材料真实的比较结果,体内外实验的联系仍需深入研究。     4.结语     随着“微创治疗”理念的兴起,牙科树脂材料将会有越来越广阔的应用前景。并且,随着人的寿命不断延长,牙齿和口腔环境中牙科复合树脂材料都面临进行性、不可逆的磨耗过程。部分学者围绕此问题,通过技术改进及多学科联合合作展开大量研究,但因口腔环境极其复杂难以在体外复制。目前,针对树脂摩擦性能的研究方法,尚无统一标准。因此,探究潜在的摩擦机制并研发具备良好抗磨性的牙科材料,同时进行相关口内和口外磨损实验的研究,已成为一项亟待解决的重要问题。摩擦学家和牙医联合起来将会使这个领域的研究在未来得以更好的发展。
编辑: 陆美凤

网友评论

亿万先生老虎机