閆晶煜 李 冰

氧化鋯陶瓷材料具有色澤美觀、生物相容性好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，近年來廣泛地應(yīng)用于臨床。氧化鋯共有三種晶型：單斜晶相、四方晶相、立方晶相。純氧化鋯在室溫下處于單斜晶相，當溫度升高到1170℃將轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄?，?370℃時轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄?。四方晶相的存在決定了氧化鋯陶瓷具有良好的力學(xué)性能，即較高的強度和韌性[1]。通過添加適量的氧化釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)或氧化鈰(CeO2)等穩(wěn)定劑，四方晶相在室溫下將保持在亞穩(wěn)定狀態(tài)。Y2O3作為穩(wěn)定劑的四方多晶氧化鋯(Yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals,Y-TZP)目前在臨床應(yīng)用上較為廣泛，但在生物體內(nèi)或口腔環(huán)境條件下存在低溫老化現(xiàn)象[2]。二氧化鈰穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯(Ce-stabilised zirconia，Ce-TZP)具有良好的抗低溫老化性及斷裂韌性，但是存在彎曲強度偏低(500MPa)的缺點，這限制Ce-TZP 在臨床上廣泛應(yīng)用[3]。因此，在保持良好的抗低溫老化性及斷裂韌性的同時，進一步提高強度是研究人員關(guān)注的問題。通過抑制ZrO2晶粒生長可以提高Ce-TZP 的強度。大量研究發(fā)現(xiàn)，引入少量第二相(如氧化鋁)會使晶粒顯著細化，抑制氧化鋯晶粒的生長，并且隨著氧化鋁添加量的增加，氧化鋯晶粒會進一步細化，所獲得Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷有利于提高Ce-TZP 的彎曲強度[4]。Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷中性能最優(yōu)的是Nawa 等提出的由少量TiO2、10 mol%的二氧化鈰穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯和30vol%氧化鋁組成的10 Ce-TZP/30%Al2O3，其彎曲強度和斷裂韌性分別為1012MPa和10.2MPa·m1/2[5]。

Ce-TZP/ Al2O3材料中ZrO2和Al2O3晶粒相互嵌合，ZrO2晶粒內(nèi)包裹Al2O3顆粒，Al2O3晶粒中包裹ZrO2顆粒，在這種相互嵌合的微觀結(jié)構(gòu)中(見圖1)，晶粒內(nèi)所產(chǎn)生亞晶界使ZrO2和Al2O3晶粒再細化，細粒級結(jié)構(gòu)有利于增韌，強烈的晶界結(jié)合力限制微裂紋的進一步擴展,從而抑制低溫老化的發(fā)生以及傳播[4,6]，另一方面，Al2O3在材料表面水解并形成Al(OH)3，阻礙材料內(nèi)部發(fā)生相變，提高了四方相的穩(wěn)定性[7]。Al2O3的添加有利于彎曲強度的提高，但斷裂韌性會降低。因此，學(xué)者在Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷添加少量氧化物(如MnO、LaAl11O18等)，陶瓷中產(chǎn)生細長相，通過裂紋橋接及偏轉(zhuǎn)機制達到增韌目的。

圖1 Ce-TZP/ Al2O3 復(fù)相陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)示意圖

Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷保留了良好的抗低溫老化特性，并具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，目前受到了學(xué)者的極大關(guān)注，成為近年研究的熱點之一。本文就Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)況及研究進展作一綜述，以期為相關(guān)研究提供指導(dǎo)。

1.Ce-TZP/ Al2O3 作為種植體的應(yīng)用研究

鈦具有良好的機械性能、生物相容性和優(yōu)異的耐腐蝕性能等優(yōu)點，被認為是目前口腔種植領(lǐng)域的首選材料。但是鈦在人體中會釋放出少量鈦粒子和降解產(chǎn)物,為少數(shù)患者的致敏原，會引起宿主的過敏反應(yīng)[8]。此外,在薄齦生物型的患者中,鈦的金屬顏色會透過牙齦組織從而影響美觀[9]。氧化鋯具有優(yōu)良的化學(xué)和空間穩(wěn)定性、生物相容性，為人們提供了新的口腔種植材料選擇。目前最常用的氧化鋯種植體材料多為Y-TZP，但是當?shù)蜏亟到獍l(fā)生時，材料表面粗糙同時有微裂紋產(chǎn)生，使材料容易斷裂[10]。據(jù)報道一種商品化的Ce-TZP/ Al2O3種植體NANOZR(Panasonic Health Care,Tokyo,Japan)，不僅可以抵抗低溫老化，彎曲強度、斷裂韌性優(yōu)于3Y-TZP[11]。Takano 等[12]將NANOZR 種植體分別進行拋光、50μm 氧化鋁噴砂、125μm 氧化鋁噴砂、125μm 氧化鋁噴砂加47%HF 酸蝕,NANOZR種植體在不同表面處理后的靜態(tài)和循環(huán)加載條件下的雙軸彎曲強度(分別為1111-1237MPa 和667-881MPa)均大于噴砂酸蝕處理后的Y-TZP(804MPa和394MPa)，NANOZR 種植體的循環(huán)疲勞強度高于ISO 13356 中所要求Y-TZP 植入物的循環(huán)疲勞強度(320MPa)的兩倍。

由Branemark 教授發(fā)現(xiàn)和提出的骨結(jié)合理論是現(xiàn)代種植學(xué)的基石。Lopez-Píriz 等[13]將成骨細胞(Saos-2)在Ce-TZP/ Al2O3培養(yǎng)，體外實驗結(jié)果顯示與Y-TZP 和氧化鋁相比，該材料誘導(dǎo)成骨能力最強、最快；將Ce-TZP/ Al2O3植入比格犬上頜八周后顯示BIC 為80±5%。Han 等[14]將Ce-TZP/ Al2O3和Y-TZP 植入大鼠股骨中，觀察到成骨細胞緊密黏附在兩種氧化鋯種植體上并生長到植入體表面；兩種材料骨界面的剪切強度在2 周時相似，4 周、8 周時，Ce-TZP/ Al2O3種植體界面剪切強度高于對照組；兩種材料在骨髓、皮質(zhì)骨區(qū)的BIC 相似，無顯著性差異[15]。Oshima 等[16]將硫酸處理的鈦和55%HF 處理Ce-TZP/ Al2O3植入大鼠股骨中，愈合2 周和4 周后，生物力學(xué)推入實驗測得的Ce-TZP/ Al2O3骨結(jié)合強度比鈦植入物高1.6倍。Kohal 等[17]將雙相磷酸鈣噴砂的鈦種植體和致密氧化鋯涂層的Ce-TZP/ Al2O3植入羊的肱骨中，生物力學(xué)測試顯示Ce-TZP/ Al2O3與骨結(jié)合的強度高于鈦種植體。Chacun 等[18]將雙相磷酸鈣噴砂的鈦種植體和碳化硅噴砂后HF/ HNO3酸蝕的Ce-TZP/ Al2O3/ SrAl12O19的種植體植入犬的下頜骨中，在4 周和13 周分別進行檢測，兩種植體BIC 值并無顯著差異，可以觀察到植體周圍頰舌側(cè)骨BIC值和皮質(zhì)骨密度增加。Ce-TZP/ Al2O3種植體的體外、動物實驗結(jié)果顯示Ce-TZP/ Al2O3具有良好的骨結(jié)合能力，但鑒于目前研究中使用的細胞、動物模型、植入時間、位置以及材料表面處理方式不同，無法直接比較不同實驗的研究結(jié)果，未來研究者在進行此類實驗時有必要設(shè)立對照組及標準化的條件。

成骨細胞的遷移、黏附并生長到植入體表面對骨結(jié)合界面的形成具有至關(guān)重要的作用。Luo 等[19]研究發(fā)現(xiàn)成骨細胞在NANOZR 表面上初始黏附是由整合素和肝素敏感分子調(diào)控的。含RGD 序列的整合素和heparin-sensitive 蛋白分別通過調(diào)控細胞極性和應(yīng)激纖維形成，協(xié)同調(diào)控NANOZR 上的細胞形態(tài)和增殖。Sun 等[20]研究表明，Syndecans通過影響肌動蛋白絲組成的細胞骨架進而影響成骨細胞在其表面的黏附、增殖，其中Syndecan-2在NANOZR 上對成骨細胞黏附的影響更為顯著，并可部分調(diào)節(jié)成骨細胞的增殖。骨結(jié)合的生物學(xué)過程受到種植體周圍細胞、信號分子等骨微環(huán)境的影響，復(fù)雜的分子調(diào)控在骨結(jié)合過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[21]。然而，關(guān)于Ce-TZP/ Al2O3材料的骨結(jié)合機制尚未得到充分的研究。研究者應(yīng)進一步了解該材料與骨結(jié)合、軟組織結(jié)合相關(guān)的分子網(wǎng)絡(luò)，尋找相關(guān)分子靶點，為提升種植修復(fù)效果提供良好的理論基礎(chǔ)。

2.Ce-TZP/ Al2O3 作為種植基臺的應(yīng)用研究

與金屬鈦和鈦合金相比，氧化鋯基臺與周圍軟組織顏色更協(xié)調(diào)，不會導(dǎo)致齦緣透出灰藍色，其優(yōu)良的美學(xué)性能滿足對種植美學(xué)修復(fù)的要求。學(xué)者對氧化鋯基臺的力學(xué)可靠性進行研究，根據(jù)現(xiàn)有文獻，氧化鋯基臺的力學(xué)強度可滿足前牙區(qū)的最大功能咬合力，可用于前牙區(qū)美學(xué)修復(fù)，然而用于前磨牙和磨牙區(qū)時，應(yīng)該謹慎考慮[22]。

種植體的長期穩(wěn)定除有賴于良好的骨結(jié)合狀態(tài)外，也受到種植體周圍軟組織附著情況的影響。種植體周圍黏膜組織形成黏膜附著或穿黏膜附著，實現(xiàn)生物學(xué)封閉，這是隔絕種植體周圍骨組織與口腔環(huán)境的重要屏障[23]。Okabe 等[24]研究發(fā)現(xiàn)Ce-TZP/ Al2O3基臺可以與周圍上皮組織形成半橋粒-基底板亞結(jié)構(gòu)的附著復(fù)合體，形成生物封閉屏障，從而獲得穩(wěn)定的環(huán)境條件。細菌在氧化鋯上的附著已經(jīng)在體外和體內(nèi)進行了大量研究，主要是與鈦進行比較。目前大多報道顯示氧化鋯表面與鈦表面相比細菌含量和細菌生物膜的聚集降低[25]。Akiyama等[26]將人牙齦成纖維細胞(HGF-1)培養(yǎng)在兩種不同表面粗糙度(Ra0.9 和Ra0.02)的鈦盤和Ce-TZP/Al2O3盤上，結(jié)果顯示：Ra0.02 的Ce-TZP/ Al2O3相比鈦盤及Ra0.9 的Ce-TZP/ Al2O3盤表現(xiàn)出更強的細胞附著、增殖以及胞外基質(zhì)的合成，Ra0.9的鈦和Ce-TZP/ Al2O3表面有較高的初始生物膜附著，研究表明，Ce-TZP/ Al2O3表面粗造度的降低更有利于種植體與軟組織形成良好的生物封閉。材料表面粗糙度、濕潤性及表面化學(xué)成分等均會影響細菌的初始黏附。但是目前因研究設(shè)計、統(tǒng)計方法等存在差異，無法直接比較不同實驗的研究結(jié)果。今后的研究應(yīng)集中在研究方法改進，研究人員應(yīng)關(guān)注并說明基臺表面粗糙度、濕潤性及化學(xué)成分等表面特征。此外，研究者可通過表面改性的方法在Ce-TZP/ Al2O3表面引入抗菌涂層，進一步研究其抗菌性能，以期早日將Ce-TZP/ Al2O3應(yīng)用為永久基臺材料。

3.Ce-TZP/ Al2O3 作為修復(fù)體的應(yīng)用研究

氧化鋯全瓷材料具有良好的美學(xué)性能、生物相容性和力學(xué)性能，目前已逐漸取代金-瓷修復(fù)體，廣泛用于修復(fù)領(lǐng)域。Y-TZP 修復(fù)體采用先加工成型后燒結(jié)的制備方式，因燒結(jié)過程中存在約25%的收縮，所以修復(fù)體加工精度提升較困難[27]。而Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷因具有特殊優(yōu)良的力學(xué)性能，可以先燒結(jié)后加工成型，從而可提高修復(fù)體的加工精度[28]。

Ce-TZP/ Al2O3具有相互嵌合的晶內(nèi)納米結(jié)構(gòu)，納米尺寸的Ce-TZP 或Al2O3顆粒分別位于亞微米尺寸的Al2O3或Ce-TZP 顆粒中，光散射通常發(fā)生在晶界處[29]。另一方面，Ce-TZP/ Al2O3具有較高的氧化鋁含量。氧化鋯光折射率(2.15)比氧化鋁的光折射率(1.76)大，雙折射率差值越大，反射損失越大，因此Ce-TZP/ Al2O3復(fù)合材料透光率較低。Shiraishi 等[30]研究了NANOZR 和商用Y-TZP(Cerconbase)的光學(xué)性能，結(jié)果顯示NANOZR透光率低于Cerconbase 的透光率；兩種材料的透光率、半透明性隨材料厚度增加呈指數(shù)函數(shù)下降，當NANOZR 厚度大于0.3mm 時，表現(xiàn)出極不透明。因此，從美觀角度考慮，NANOZR 可用于雙層結(jié)構(gòu)全瓷冠的內(nèi)冠材料，外面可為其他材料制作的飾瓷。

Tanaka 等[28]通過對15 名患者22 顆Ce-TZP/Al2O3材料制作的單冠、貼面、三單位固定橋進行3 年的隨訪觀察，并記錄修復(fù)體保留率、繼發(fā)齲、邊緣完整性、放射影像以及探診出血指數(shù)、牙周袋深度，結(jié)果表明有一個修復(fù)體因基牙折斷拔除，修復(fù)體存活率為95.2%，36 個月的隨訪期間并未觀察到探診出血指數(shù)、牙周袋深度以及影像的顯著變化。

除了用Ce-TZP/ Al2O3材料制作冠修復(fù)體，學(xué)者嘗試將Ce-TZP/ Al2O3應(yīng)用于上頜全口義齒的支架材料。Hagiwara 等[31]臨床病例報道用Ce-TZP/Al2O3材料制作上頜全口義齒和下頜無牙頜種植體支持的全口義齒的支架，3 年的隨訪期間，未觀察到明顯生物學(xué)和機械學(xué)并發(fā)癥。Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷用于義齒支架材料時，具有比鈷鉻比重小、質(zhì)輕，支架的厚度可以減小到0.55mm，并可用CAD/ CAM 個性化制作支架等優(yōu)點[30]。但是目前相關(guān)病例報告和臨床研究較少，需要進一步的中長期觀察該材料在支架材料方面的應(yīng)用。

4.Ce-TZP/ Al2O3 在增材制造方面的應(yīng)用

增材制造技術(shù)自提出以來就引起人們的廣泛關(guān)注，具有材料利用率高，可定制形狀復(fù)雜的產(chǎn)品等優(yōu)點，已被逐漸應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷的個性化設(shè)計和制造。Goyos-Ball 等[32]采用3D 打印技術(shù)制備Ce-TZP/ Al2O3，并將Saos-2 細胞接種到材料表面，對樣品進行了細胞毒性測試、ALP 活性檢測、PCR 檢測，結(jié)果顯示：具有200 微米孔徑、孔隙率為30%的Ce-TZP/ Al2O3樣本的壓縮強度與皮質(zhì)骨類似；體外實驗顯示該材料具有接近100%的細胞存活率，無細胞毒性；并且Ce-TZP/ Al2O3能夠促進成骨細胞在其表面的黏附、增殖和分化，該技術(shù)制備的Ce-TZP/ Al2O3可用作骨支架材料。此外，Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷具有良好的可靠性，用AM 技術(shù)制造時，即便產(chǎn)生較大缺陷，依然可以保持較高的強度，可用于制備本身結(jié)構(gòu)存在固有缺陷的致密材料[27]。

5.小結(jié)

Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷具有良好的抗低溫老化特性以及優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，目前已嘗試將其用于種植體、基臺、冠修復(fù)體、全口義齒的支架材料等方面以及增材制造領(lǐng)域。Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷目前在國內(nèi)沒有審批通過的產(chǎn)品，該陶瓷缺乏長期的臨床結(jié)果數(shù)據(jù)的支持，其遠期的臨床效果仍有待進一步的探究。隨著Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷研究的不斷深入，不斷優(yōu)化其生物特性，未來Ce-TZP/ Al2O3復(fù)相陶瓷將會廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。