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        兩種燒結(jié)方式對牙科用氧化鋯半透性的影響

        2020-01-07 06:54:14江月梅詹文輝
        實(shí)用臨床醫(yī)學(xué) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:透射率氧化鋯晶粒

        江月梅,楊 瑛,詹文輝

        (南昌大學(xué)附屬口腔醫(yī)院修復(fù)1科,南昌 330006)

        二氧化鋯陶瓷作為口腔材料的使用已有十年之久[1]。但其作為基底瓷,顏色較單一,半透明性較差,要滿足前牙的美學(xué)修復(fù)以及我國患者人群牙齒顏色的復(fù)雜性,需通過飾面瓷來調(diào)節(jié)[2]。如果氧化鋯與牙本質(zhì)的顏色及半透明性相一致,那么飾面瓷的厚度就會相對減少,備牙量降低后,既可保護(hù)活髓牙又能滿足美學(xué)修復(fù)的需要[3-5]。通過改變氧化鋯全瓷材料的配方和微觀結(jié)構(gòu),可以明顯提高氧化鋯的透光性[6],燒結(jié)與氧化鋯的微觀結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系,最終的燒結(jié)溫度、升溫速率、保溫時(shí)間會直接影響燒結(jié)密度,從而影響材料的透射率[7]。

        目前,牙科氧化鋯的燒結(jié)方式都是采用無壓燒結(jié),該方式升溫速率慢、保溫時(shí)間長、燒結(jié)溫度高。微波燒結(jié)是在微波電磁能的作用下材料內(nèi)部分子或離子動(dòng)能增加,可降低燒結(jié)活化能,從而加速陶瓷材料的致密化速度,降低燒結(jié)溫度,縮短燒結(jié)時(shí)間[8]。國內(nèi)外關(guān)于微波燒結(jié)對牙科用氧化鋯半透性的影響鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)選用目前牙科常用的氧化鋯材料,探討微波燒結(jié)對其半透性的影響,并與常規(guī)燒結(jié)對比,為今后微波燒結(jié)在氧化鋯中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

        Zenostar氧化鋯(德國wieland公司),Lave氧化鋯(美國3M公司),微波燒結(jié)爐(MW-L0316,長沙隆泰科技有限公司),PR-650光譜掃描色度儀(美國Photo Research公司),電子天平(SartoriusBS-224S,上海存聯(lián)工貿(mào)有限公司),場發(fā)射掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM,美國FEI公司)。

        1.2 試件制備

        本實(shí)驗(yàn)使用Zeonstart和Lava兩種常用的牙科氧化鋯。用精密切割機(jī)分別從Zeonstart和Lava的預(yù)成氧化鋯坯體中切取厚0.6 mm,直徑15 mm的圓盤狀試件各10個(gè)。

        1.3 試件分組和燒結(jié)

        將Zeonstart和Lava兩種品牌氧化鋯分別分為2組:常規(guī)燒結(jié)組(CS組)、微波燒結(jié)組(MS組),每組每個(gè)品牌氧化鋯試件各5個(gè)。CS組氧化鋯分別按照廠家推薦的燒結(jié)參數(shù)進(jìn)行燒結(jié):Zeonstart最高燒結(jié)溫度1490 ℃,保溫120 min;Lava最高燒結(jié)溫度1500 ℃,保溫120 min。MS組均用MW-L0316微波燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié):Zeonstart和Lava均以每分鐘15 ℃升溫至最高溫度1420 ℃,保溫30 min,切斷微波的輸入,隨爐冷卻。

        1.4 試件加工

        燒結(jié)完成后可見所有氧化鋯試件均勻收縮,其兩端面保持平行無變形。所有的試件依次使用400、600、800、1000、1200目的耐水砂紙進(jìn)行雙面打磨拋光,使最終的厚度為(0.5±0.02)mm,打磨完成后的試件放在蒸餾水中超聲振洗10 min,自然干燥24 h。

        1.5 透射率的測量

        試件測量采用PR650光譜光度儀在暗室中測量,測量光源為標(biāo)準(zhǔn)A光源(色溫2856 K),通過PHOTO RESEARCH顏色分析軟件轉(zhuǎn)換為D65光源(色溫6500 K)。工作波段為400~760 nm,間隔4 nm掃描1次,照度為20 001×,10°視場,探視頭對要測定的部位進(jìn)行精確測量,工作距離95 mm,工作環(huán)境溫度18~25 ℃,相對濕度50%~60%。

        1.6 密度測試

        氧化鋯試件的實(shí)際密度用Archimedes法測量。將試件置于(70±5)℃烘箱中干燥,并在干燥器中冷卻至室溫稱重,測得室溫下的干重(W1),精確到0.001 g,后將試件放入蒸餾水中煮沸,冷卻至室溫,稱量飽和試件在水中的浮重(W2)。將其從水中取出,用飽含水的多層紗布將試件表面多余的水分擦掉,稱量飽和試件在空氣中的濕重(W3),實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取均值。根據(jù)公式d=ρ×W1/(W3-W2)計(jì)算氧化鋯試件的實(shí)際密度。ρ為水在室溫下的密度,取0.996 8 g·cm-3(26 ℃),RD=d/d理論×100%,理論密度d理論取6.10 g·cm-3。

        1.7 掃描電鏡觀察

        從每組中隨機(jī)選取1個(gè)試件用電鏡掃描觀察,總共4個(gè)試件,先用金剛石拋光膏將試件表面進(jìn)行拋光,其次在低于每組燒結(jié)溫度50 ℃的溫度下進(jìn)行熱腐蝕半小時(shí),清洗,室溫干燥,在每個(gè)試件拋光面行噴金后用場發(fā)射掃描電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu),用直線截點(diǎn)法測量晶粒大小的平均值。

        1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        使用GraphPad Prism5統(tǒng)計(jì)分析軟件,采用雙因素方差分析兩種燒結(jié)方法和兩種品牌對氧化鋯試件的透光率值和密度值的影響。同一燒結(jié)方式下,采用兩樣本t檢驗(yàn)分析不同品牌氧化鋯對其密度與透光率值的影響。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 2組Zenostar和Lava氧化鋯的密度、相對密度和透射率比較

        MS組兩種品牌氧化鋯的透射率值大于CS組,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。MS組和CS組Zenostart的透射率均小于Lava,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。2組不同品牌的密度及相對密度比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

        2.2 2組Zenostar和Lava氧化鋯的顯微結(jié)構(gòu)

        CS和MS燒結(jié)后Zenostar和Lava氧化鋯的SEM結(jié)果見封三圖1—2,CS和MS燒結(jié)的氧化鋯試件晶粒間均排列緊密,致密度相似,但CS組的Zenostar(450 nm)和Lava(550 nm)晶粒尺寸大于MS組的Zenostar(為400 nm)和Lava(460 nm),CS組的氧化鋯可見一些異常長大,晶粒均勻度相對較差,而MS組的氧化鋯晶粒大小均勻。

        圖1 Zenostar氧化鋯的顯微結(jié)構(gòu)(SEM×20 000) 圖2 Lava氧化鋯的顯微結(jié)構(gòu)(SEM×20 000)

        表1 2組Zenostar和Lava氧化鋯的密度、相對密度和透射率比較

        *P<0.001與Lava比較。

        3 討論

        在牙科修復(fù)領(lǐng)域中,常用的半透性材料測量方法包括直接法和間接法。直接法是測量材料的透射率(transmittance,T),而間接法是測量材料的對比系數(shù)(contrast ratio,CR)值和透射系數(shù)(translucency parameter,TP)值,這3個(gè)指標(biāo)的測量精度和穩(wěn)定性均相同[9],但透射系數(shù)和對比系數(shù)并不能準(zhǔn)確地反映不同材料之間半透性的差異[10]。所以,本實(shí)驗(yàn)中采用直接法對半透明材料氧化鋯的透射率進(jìn)行測量。目前,常用的測色儀器有分光光度計(jì)、色差計(jì)、白度儀及計(jì)算機(jī)測色儀等。本實(shí)驗(yàn)選用的是分光光度計(jì),此儀器的敏感性較高,其原理是使用傳感器測定試件表面反射光線各個(gè)波長的反射率[11]。

        微波加熱是體加熱,即材料把吸收的微波能轉(zhuǎn)化成材料內(nèi)部分子的動(dòng)能和勢能,材料整體同時(shí)均勻加熱,因此加熱和燒結(jié)速度非???,內(nèi)外同時(shí)發(fā)熱而使試樣內(nèi)部溫度梯度小,可以使材料內(nèi)部熱應(yīng)力減少到最小,因?yàn)闊Y(jié)溫度低、時(shí)間短,晶粒來不及長大,內(nèi)外同時(shí)發(fā)熱而使試樣內(nèi)部溫度梯度小,可以使材料內(nèi)部熱應(yīng)力減少到最小[12]。在微波燒結(jié)的過程中,由于微波加熱時(shí)熱量是從內(nèi)到外的傳導(dǎo),在待燒結(jié)材料的周圍會存在一個(gè)溫度較高的能量區(qū),燒結(jié)溫度越高,材料表面輻射的熱量就越大,這將會使材料和周圍的環(huán)境形成極大的溫度梯度,假如沒有很好的保溫裝置,將會因?yàn)椴牧系膬?nèi)外溫度差過大而使燒結(jié)不均勻,嚴(yán)重開裂,最終造成燒結(jié)失敗。氧化鋯在室溫時(shí)幾乎不吸收微波能,只有當(dāng)溫度達(dá)到300~500 ℃以上時(shí),它的損耗正切值才變得很大[13],混合加熱能解決氧化鋯在室溫時(shí)的低損耗難題[13]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與CS組相比,MS組Lava和Zenostar氧化鋯晶粒尺寸小且均勻一致,密度、相對密度和透射率比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。Lava氧化鋯的T值大于Zenostar氧化鋯(P<0.001)。提示微波燒結(jié)所得的氧化鋯的晶粒尺寸更小,顯微結(jié)構(gòu)更均勻,分析原因可能因?yàn)闊Y(jié)方式及保溫時(shí)間縮短所致,保溫時(shí)間的縮短可能使晶粒變小。WILSON等[14]認(rèn)為微波燒結(jié)過快的升溫速率對氧化鋯的機(jī)械性能產(chǎn)生不利的影響。

        半透性是指穿過混濁介質(zhì)傳播的光的相對量,半透性使全瓷修復(fù)體具有獨(dú)特的立體感和生動(dòng)感,是成功模擬天然牙美學(xué)的關(guān)鍵,其產(chǎn)生是因?yàn)椴牧蟽?nèi)部各物相對光的折射率不同而在相鄰或不同物相之間的界面處發(fā)生散射的結(jié)果[15]。散射是影響氧化鋯半透性的主要原因[16],光的主要散射中心之一是晶粒間的氣孔,且氣孔率越大,光的散射就越強(qiáng)烈,透光率越低[17]。實(shí)驗(yàn)證明如果閉口氣孔存在率從0.85%下降到0.25%,透光率將上升33%[18]。半透明的陶瓷材料應(yīng)在燒結(jié)的過程中盡量減少氣孔。密度是評價(jià)材料致密度最直接的指標(biāo),所以氧化鋯的密度與其的半透性緊密有關(guān)[7]。本實(shí)驗(yàn)中氧化鋯的半透性2組比較無明顯差異,究其原因微波燒結(jié)所得的氧化鋯的密度與常規(guī)燒結(jié)的密度相近,都是致密燒結(jié),但微波燒結(jié)的優(yōu)勢在于燒結(jié)溫度低、速度快、燒結(jié)時(shí)間縮短。

        近年相關(guān)研究[6]顯示,通過改變氧化鋯全瓷材料的配方和晶相結(jié)構(gòu),可以明顯提高氧化鋯材料的透光性。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示Lava的半透性均大于Zenostar。不同品牌氧化鋯的原材料、生產(chǎn)工藝、及添加劑有差異,使得氧化鋯的燒結(jié)工藝,如最終燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、整個(gè)燒結(jié)時(shí)間不同[19],并可以改變二次燒結(jié)后的氧化鋯的相對密度和粒徑,增加陶瓷微結(jié)構(gòu)的組成,從而影響氧化鋯的半透性[20]。

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