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探讨新一代牙色材料—树脂基CAD/CAM材料

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人气:-发表时间:2017-01-25 15:18【

牙色修复材料在过去10年间已经成为口腔义齿修复领域中的标准。除了少数例外,我们主要还是将焦点集中在陶瓷材料上。然而,这类材料除了具有很多积极的性能外,还显示出了所谓的脆性断裂。而树脂基材料(合成材料)则以低弹性模量和灵活的性能而被大家所认识。这类杂合材料由不同材料相互组合而成,因此可以汇集两种材料有利的性能。本文将对这类材料做一个概述,同时对它们的临床应用和未来的可能性进行探讨。


引言

牙色材料主要因其可以被数字化加工,多年来一直深受欢迎。作为嵌体和部分冠的可选修复材料,各种不同陶瓷的应用已得到科学验证12,13,17,20,25。当陶瓷材料被用于全冠制作时,其临床预后则依赖于修复的部位(前牙区还是后牙区)以及所使用的陶瓷7,27。如果类似于金属烤瓷修复体那样,以分层堆塑技术为氧化锆基底架饰瓷,则在临床上经常会遇到饰瓷层稳定性的问题20,26。采用压铸技术和数字化饰面技术看起来对崩瓷问题(饰瓷层断裂)会产生积极的影响3,5。另一种解决这一问题的可能方法是,在这种自动化的义齿加工中采用单一材料冠无饰面的方式17。针对这种应用,主要适合的是透明度相对高的材料,它们在无饰面的前提下也能够达到很高的美学效果1,2。

单层瓷冠、部分冠和玻璃陶瓷冠不仅成为目前牙色修复方案的主要组成部分,而且也表现出了良好的临床成功率12,27。数字化加工修复体冠和桥之前,包括在氧化锆被广泛应用之前,就已经有几个制造商尝试向市场提供树脂基材料系统用于制作冠或桥。作为瓷熔附金属冠的替代,这类材料已经在临床上取得了相对成功的结果,但作为固定桥的修复材料还没有获得可接受的存活率8,18,23,24,因此在这方面的临床应用被放弃。特别是在菌斑附着和耐磨性方面,按照至今沿用的黄金标准,这些材料远不如瓷熔附金属修复体的临床表现21,22。然而,它们却具有众所周知的积极的树脂性能,而且几乎未出现过折断的情况18。

随着可切削型树脂基材料的开发,CAD/CAM加工被引导进入了一个新的时代。最初,这些材料主要为无填料的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),用于制作长期临时修复体4,10,14。但随着其材料性能的不断改善,现在可以通过相对更加经济的加工方式被用于制作稍后期的修复体。作为修复材料的PMMA(在牙科技工室通过混合和聚合而进行加工)与用于铣削的PMMA材料,除了化学组成外已经没有多少共同之处。由于是在压力和温度条件下进行的工业聚合,因此PMMA的材料性能较在技工室和临床上的混合聚合材料从根本上得到了优化。

        除了纯的PMMA基材料(例如:Telio CAD,义获嘉伟瓦登特,列支敦士登;artBlocTemp,Merz 公司,德国)外(图1),还出现了各种材料组合。通过使用陶瓷填料,而使材料的性能得到优化并适合于长期的临床使用。为了对不同材料有一个正确的认识,以一个共识会议所提出的内容为基础,将在下文对各类材料组合进行探讨6。

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图1:单纯由PMMA 切削而成的长期临时修复体戴入口内后的情况。

 

 PMMA基树脂

PMMA 基树脂通过甲基丙烯酸甲酯(MMA)的自由基聚合而形成。在聚合过程中所产生的聚合物链的长度及其网状连接直接与压力、温度分布和聚合的持续时间相关。这些参数对聚合材料的机械和化学性能有很大的影响。PMMA基树脂从100℃ 起可塑性变形。此外,它们可溶于自己的单体,因此可以促成一个良好的结合而进一步产生其他的PMMA树脂。如今的PMMA基树脂在透光性上已经在某些方面优于陶瓷,并因此在患者口内显现出了极高的美观效果(图2)。但它们也存在一个很大的缺点,就是弹性模量非常低,范围在2.7至3.2GPa之间,因此即使在低负载下也会导致塑性变形。在扫描电子显微镜(SEM Scanning electron microscope)图像中可以清楚地识别出无填料的矩阵结构(图3)。

        PMMA 基树脂材料类包括,例如:artBloc Temp、Telio CAD、Zenotec PMMA(威兰德),Ceramill TEMP(阿曼吉尔巴赫)和Cercon base PMMA(DeguDent)。

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图2:利用切削的PMMA 长期临时修复体抬高颌间垂直距离。这种材料的透光性很高。

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图3:在人为模拟咀嚼后,由无填料PMMA 制作的修复体冠的SEM图像(图片来源:Max Hummel博士)。


复合材料

       经典的复合材料由有机聚合物基质组成,其中混有了无机或部分有机填料。起始单体和填料的具体选择,特别是硅烷化和随后在聚合物基质中的结合,确定了复合材料的性能(图4)。通过一个标准化的工业自由基聚合过程,可以优化材料的性能。打个比方,这样的材料就如同一个用有机聚合物基质充满的浴缸,在其内有不同的填料在游动。在扫描电子显微镜下观察,也可以看到基质和填料之间的差别(图5)。

       复合材料类包括,例如:Ambarino High-Class(德国 Creamed 公司),Ceramill COMP(阿曼吉尔巴赫)和 VITACAD-Temp(德国维他公司)。

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图4: 用由复合材料制作的临时冠和临时饰面修复上下颌前牙,以进行美观性的评估。

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图5:在模拟咀嚼后,由复合材料制作的修复体冠的SEM图像(图片来源:MaxHummel 博士)。

 

高填充复合材料

        一个比较新的材料研发是所谓的复合陶瓷(纳米陶瓷树脂,resin nano ceramics)。它们主要基于一个复合材料基质,但与PMMA 基树脂相比,这类材料凭借无机填料的高含量(约80 重量%)而显示出更高的硬度和脆性。其机械性能类似于在临床上使用的牙科玻璃陶瓷(图6和7)。这类材料的基本结构是有机聚合物基质,但如果我们还以浴缸作为比喻,那么现在明显有更多的填料在游动,它们特殊地聚集起来并因此而极好地填充了基质。在电子显微镜下观察,在咀嚼模拟后,其表面上只能够看到填料(图7)。然而,对于这类材料制造商建议只用于部分修复。

        属于高填充复合树脂材料类的一个例子是Lava Ultimate(3M ESPE)。

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图6: 由高填充复合材料(复合陶瓷)作为饰面结构被戴在钴铬钼合金基底架上。

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图7: 在模拟咀嚼后,由一种高填充复合材料(“纳米陶瓷树脂”)制作的修复体冠的SEM图像(图片来源:MaxHummel 博士)。

 

合成材料渗透陶瓷

       合成材料渗透陶瓷如复合材料一样,由有机和无机部分组成(图8至13)。与复合材料不同的是,先产生一个开放多孔的框架,然后由聚合物渗透15,16。合成材料渗透陶瓷的优点是,其弹性模量类似于天然的牙齿结构。这种杂化材料的机械和化学性能位于聚合物和玻璃陶瓷的性能之间。针对这种结构的理解也可以比喻为:主框架是由陶瓷(目前玻璃陶瓷)做成的海绵,海绵的孔隙用合成材料填充,因此产生两个结合系统,即陶瓷和合成材料基系统。在扫描电子显微镜图像上观察,在咀嚼模拟后可以清楚地看到陶瓷网结构(图左半侧)(图13)。

       属于合成材料渗透陶瓷类的一个材料是VITA  ENAMIC(维他公司)。

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图8:由混合陶瓷制作的螺丝固位的种植体冠。

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图9:在粘接前对混合陶瓷修复体进行预处理:用氢氟酸酸蚀以增加固位力。

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图10:在粘接前对混合陶瓷修复体进行预处理:在酸蚀过的表面涂硅烷剂。

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图11: 戴入口内15位点种植体和16自然基牙上的混合陶瓷修复体冠(颊侧观)。

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图12:戴入口内15位点种植体和16自然基牙上的混合陶瓷修复体冠((牙合)面观)。

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图13:在模拟咀嚼后,一个由混合陶瓷制作的修复体冠的SEM图像(图片来源:MaxHummel 博士)。


聚芳基甲酮(Polyaryletherketone)

        聚芳基甲酮(Polyaryletherketone  PEAK), 如同聚醚醚酮(Polyetheretherketon PEEK) 或聚醚酮酮(Polyetherketonketon PEKK)树脂,属于高温热塑性合成材料,具有约335℃ 的熔点温度。这里对它们只做完整性的补充介绍,因为与上述材料相比,它们有着非常不同适应证范围。鉴于这类材料不透明的灰色外观,主要被作为基底架材料来使用。

        属于聚芳基甲酮材料类的产品有,例如:Dentokeep(nt-trading公司,德国)和Pekkton(Cendres+Métaux公司,瑞士)。


临床评估

        毫无疑问,在新材料的开发中,最让人感兴趣的首先还是合成材料与陶瓷的结合。考虑到有机化学的可能性,很显然,特别是合成材料部分的选择几乎是无限的。然而,最重要的还应该是以下的临床问题:在哪些适应证范围,我们应用这些材料?再次,如与现在已有的牙色材料相比,这些新材料能够带给我们临床优势吗?在纯PMMA基材料方面很容易回答这两个问题,因为它们作为“治疗性义齿”(长期临时修复体)被用于临时修复治疗中,并在各个方面均优于在技工室的聚合材料28,29。这里首先涉及到的就是耐磨性和变色问题。本文作者将这类材料作为治疗方案中的一个固定组成部分4,10,14。

        事实上,更困难的是对其它类材料的评估,因为按照制造商的说法它们适合于长期应用,因此,直接与已在文献和临床上非常成功的牙色材料(例如硅酸锂陶瓷)进行竞争12,20,30。在椅旁加工中,这类材料凭借充分的易抛光性而绝对具有时间上的优势,因为它们可以用有限数量的工具就可以达到非常好的表面质量17。相反,在应用陶瓷材料时表面优化的金标准是需要额外的烧结过程。作为单层材料修复体冠的标准材料-硅酸锂陶瓷必须经过烧结过程才能达到所需的强度和牙色。

然而,即使经过抛光处理的树脂基材料表面菌斑附着的速度仍比陶瓷材料快9。此外,相较于陶瓷材料它们还显示出更低的耐磨性和易变色性,这在理论上解释了作为永久性修复材料方面它们的明确限制28,29。当然,如果临床上有意地在某一半颌上用高性能树脂修复体来限制磨耗,我们就可以利用了它们较低耐磨性的特点:例如只通过单颌来重建颌间垂直距离,并且应该有意识地保护对颌的自然牙体组织。这些都只是理论上的考量。早在10年前有一个关于嵌体充填的例外研究11,而且使用的也是混合陶瓷(见上文)的前一代材料,之后就再也没出现过任何公开的临床研究。只要针对这些材料没有科学指导的发布,它们就仍被看作是实验性的材料。针对这一点患者有权力知情,而且要做好存档记录。因为对于嵌体、部分冠、单冠和三单位固定桥修复的适应证范围,在应用牙色材料方面都有符合科学准则的临床建议20。Magne 等19的一项研究提出了一个令人感兴趣的思考,如果采用树脂基材料制作上部结构,在牙科种植体上会起到缓冲作用。然而,这也只是实验室研究,目前还是缺乏临床证据。

        最后,还要讨论一下这些材料的临床粘接问题,因为几乎所有的制造商都编写了粘接说明(参见图5至8)。这里所描述的都是通过相应的粘合剂来处理修复体面,而在实际的临床上需要粘接到牙齿组织上,因此在某些情况下也就限制了其实用性。


总结

       根据本文作者的观点,树脂基混合材料显示了其非常令人兴奋的发展,但仍需要大量的临床研究来明确其适应证范围以及相对于目前临床已应用材料的优势。

来源:网络

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