劉小明 李冰

隨著老齡化社會(huì)來(lái)臨，功能良好且穩(wěn)定的種植修復(fù)得到了廣泛應(yīng)用。鈦種植體在過(guò)去幾十年憑借優(yōu)良的生物相容性、骨結(jié)合能力和杰出的力學(xué)性能得到廣大醫(yī)師和患者的認(rèn)可[1]。然而金屬種植體存在的腐蝕性、過(guò)敏性、磁共振偽影和美學(xué)缺陷限制了其臨床應(yīng)用范圍[2]。

伴隨著“無(wú)金屬修復(fù)”觀念的普及以及患者對(duì)美學(xué)要求的提高，生物陶瓷材料憑借出色的美學(xué)性能已廣泛應(yīng)用于修復(fù)體，正畸支架以及種植基臺(tái)[3]，其中添加穩(wěn)定劑(氧化鎂、氧化釔、氧化鈰)的氧化鋯克服傳統(tǒng)陶瓷材料機(jī)械性能不足的同時(shí)也避免了金屬材料易導(dǎo)電、易導(dǎo)熱、易氧化等缺點(diǎn)，成為了潛在的新型種植體材料[4]。氧化鋯良好的抗彎強(qiáng)度、韌性及耐磨性、隔熱性及適宜熱膨脹系數(shù)[5]為氧化鋯種植體奠定了良好的基礎(chǔ)。本文就氧化鋯種植體的材料特性進(jìn)行綜述。

1.氧化鋯種植體的機(jī)械性能

機(jī)械性能是保證種植修復(fù)成功的重要因素之一。氧化鋯根據(jù)特定的幾何結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)被分為單斜相、四方相和立方相。純氧化鋯在室溫下為單斜相結(jié)構(gòu)，在1170℃～2370℃之間四方氧化鋯形成，而立方相氧化鋯的形成是在更高的溫度。四方相在970℃還原為單斜相，在冷卻過(guò)程中，隨著單斜相的形成會(huì)發(fā)生較大的體積變化(3%～5%)，這種變化足以超出彈性和斷裂極限，從而在陶瓷中形成裂紋和缺陷(低溫降解)[6]。四方晶相的存在決定了氧化鋯具有良好的力學(xué)性能[7]，同時(shí)穩(wěn)定劑的摻入可以減少裂紋和缺陷的發(fā)生，從而獲得高強(qiáng)度和高斷裂韌性的氧化鋯。傳統(tǒng)氧化鋯憑借出色的力學(xué)性能和美學(xué)性能在冠修復(fù)體中得到了廣泛應(yīng)用；氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯(Mg-PSZ)可以抑制低溫降解，但是力學(xué)性能較差，燒結(jié)溫度較高(1800℃)限制了其應(yīng)用范圍；2%～3%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(Y-TZP)目前廣泛應(yīng)用于全瓷冠、全瓷基臺(tái)。氧化釔穩(wěn)定氧化鋯具有良好的彎曲強(qiáng)度(900～1400 MPa)、斷裂韌性(9～20MPa·m1/2)和楊氏模量(210GPa)，克服傳統(tǒng)陶瓷材料機(jī)械性能不足，脆性較大等缺點(diǎn)成為了鈦種植體的潛在替代材料；氧化鈰和氧化鋁共穩(wěn)定氧化鋯(Ce-TZP/ Al2O3)在對(duì)抗低溫降解的同時(shí)擁有更高的強(qiáng)度和斷裂韌性使其成為更理想的種植體材料[8]。

Burkhardt等[9]表明氧化鋯種植體的斷裂韌性符合臨床要求。Joda等[10]在體外對(duì)氧化鋯種植體進(jìn)行性能試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)氧化鋯種植體可以滿足生理狀態(tài)下的力學(xué)負(fù)荷。Spitznagel等[11]在循環(huán)疲勞測(cè)試中氧化鋯種植體的機(jī)械性能滿足臨床要求。鈦種植體的高彈性模量造成的應(yīng)力遮擋是導(dǎo)致牙槽骨吸收和骨質(zhì)疏松的重要原因[12]，而氧化鋯種植體較低的彈性模量可以降低骨組織的應(yīng)力/ 應(yīng)變能力[13]，從而減緩骨吸收。氧化鋯種植體的機(jī)械性能滿足種植需求，但是，陶瓷材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及低溫降解(老化)仍是其面臨的重大挑戰(zhàn)。

2.氧化鋯種植體的表面形態(tài)

表面形態(tài)在骨結(jié)合中起著基礎(chǔ)性作用，通過(guò)改變種植體表面形貌、粗糙度和親水性可以顯著提高骨結(jié)合和軟組織結(jié)合的成功率[14]。研究表明種植體的表面粗糙程度與骨-種植體接觸程度的高低密切相關(guān)，微粗糙氧化鋯植入物顯示出與微粗糙鈦植入物相似的骨結(jié)合能力[15]。Munro等[16]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)噴砂處理后的氧化鋯表面粗糙度得到了增強(qiáng)，骨結(jié)合能力和種植成功率得到了提升。Mihatovic等[17]將常規(guī)噴砂、酸蝕后的三種不同表面粗糙度的氧化鋯種植體和同樣處理的鈦種植體分別植入9 只犬的雙側(cè)下頜，分別在3 天、14 天和10 周后評(píng)估新骨、舊骨和全骨與種植體接觸時(shí)的組織反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)愈合期骨組織表現(xiàn)為組織重建，氧化鋯種植體顯示出與鈦相似的骨結(jié)合能力，隨著粗糙度的提升，種植體的骨結(jié)合能力得到提升。

現(xiàn)有的表面處理技術(shù)(如機(jī)械加工、拋光、紫外線處理、溶膠-凝膠處理、涂層)中，噴砂后酸蝕的種植體表面具有均勻的微粗糙度，被視為表面處理的金標(biāo)準(zhǔn)[18]。然而這些表面處理存在一些風(fēng)險(xiǎn)：種植體表面殘留的陶瓷顆粒污染、細(xì)菌定植的擴(kuò)散以及底層材料結(jié)構(gòu)和性能的改變，這些風(fēng)險(xiǎn)可能對(duì)氧化鋯種植體的臨床生存造成不利影響，因此需要新的表面改性方法對(duì)氧化鋯進(jìn)行處理。目前先進(jìn)制造技術(shù)通過(guò)陽(yáng)極氧化、高強(qiáng)度激光和表面涂層等技術(shù)在氧化鋯上形成納米級(jí)的紋理，通過(guò)提升微粗糙度，為成骨細(xì)胞的附著和增殖提供更易接受的表面[19]。Tang等[20]在氧化鋯表面制備二氧化鈦涂層降低低溫降解的影響，改善氧化鋯表面的親水性和粗糙度，使氧化鋯具有良好的生物相容性，促進(jìn)成骨基因表達(dá)和成骨細(xì)胞增殖、擴(kuò)散、礦化。Huang等[21]采用等離子噴涂技術(shù)制備納米氧化鋯涂層，將納米氧化鋯涂層的氧化鋯種植體植入兔脛骨，結(jié)果顯示納米氧化鋯涂層種植體的表面粗糙度和潤(rùn)濕性比鈦涂層種植體更適合進(jìn)行骨結(jié)合，并且較鈦涂層種植體在早期更好地誘導(dǎo)骨形成。Gnilitskyi等[22]報(bào)道了在氧化鋯表面使用高速飛秒激光進(jìn)行表面納米處理，這已被證明在動(dòng)物模型中對(duì)細(xì)胞粘附和骨結(jié)合具有重要意義。Wu等[23]采用磁控濺射結(jié)合納米氧化技術(shù)在氧化鋯表面制備一層納米多孔鉭涂層，來(lái)提高植入體的早期骨結(jié)合能力，這些先進(jìn)處理技術(shù)有望在改善氧化鋯種植體骨結(jié)合方面得到臨床應(yīng)用，但仍需要更多的臨床研究驗(yàn)證。

3.氧化鋯種植體的美學(xué)性能

義齒的美學(xué)修復(fù)已顛覆了傳統(tǒng)的修復(fù)理念，成功的種植美學(xué)不僅要考慮白色美學(xué)，還要考慮粉紅色美學(xué)，包括種植體周?chē)例l輪廓和牙齦顏色。鈦種植體由于牙齦退縮而顯露金屬邊緣，或者由于種植體周?chē)酿つぐ胪该餍远尸F(xiàn)灰色，尤其是薄齦生物型的患者[24]。Golasik等[25]研究發(fā)現(xiàn)鈦種植體周?chē)M織中大量釋放離子型鈦，在參加代謝后影響免疫系統(tǒng)，從而導(dǎo)致生物學(xué)并發(fā)癥。

與鈦種植體相比，氧化鋯種植體在粉色和白色美學(xué)指數(shù)方面美學(xué)效益更加[26]，金屬光環(huán)即使在頰側(cè)骨缺損或薄齦生物型的患者中也均未顯露。Kniha等[24]對(duì)氧化鋯和鈦種植體的白色和粉色美學(xué)進(jìn)行評(píng)分，氧化鋯種植體的美學(xué)評(píng)分高于鈦種植體且明顯高于臨床可接受閾值。氧化鋯種植體由于與天然牙相近的顏色，在種植修復(fù)中具有很大優(yōu)勢(shì),并且還減少了細(xì)菌和菌斑粘附的機(jī)會(huì)從而減少種植體周?chē)椎陌l(fā)生率。目前氧化鋯在高度苛刻的美學(xué)修復(fù)區(qū)域(特別是前頜骨和軟組織受損部位)以及對(duì)金屬存在過(guò)敏的患者中得到廣泛應(yīng)用。

4.氧化鋯種植體的抗菌性能

種植體周?chē)奈⑸锞呔奂砂l(fā)展為種植體周?chē)?，是?dǎo)致種植修復(fù)失敗的重要原因。細(xì)菌生物膜早期主要是由鏈球菌聚集形成，后期是由牙周致病菌在內(nèi)的晚期致病性細(xì)菌形成。生物膜的存在可能腐蝕鈦種植體(尤其是在酸性環(huán)境中)，并導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物沉積，引發(fā)過(guò)敏反應(yīng)[27]。Kunrath等[28]觀察不同種植體表面的表皮葡萄球菌數(shù)量,發(fā)現(xiàn)氧化鋯表面上的細(xì)菌粘附較少。由于較低的表面能和表面潤(rùn)濕性，氧化鋯種植體的細(xì)菌粘附力低于鈦種植體，生物膜的積累量也較少[29]。Roehling等[30]發(fā)現(xiàn)氧化鋯表面細(xì)菌黏附數(shù)量較鈦種植體明顯減少，愈合基臺(tái)和種植體周?chē)浗M織炎性細(xì)胞數(shù)量明顯減少。與鈦種植體相比氧化鋯可以減少微生物的聚集，改善血液循環(huán)，有利于上皮附著的形成，更有利于軟組織屏障的形成[31]。

5.氧化鋯種植體的骨組織結(jié)合

種植體和骨組織之間形成快速的骨結(jié)合是種植成功的關(guān)鍵。理想的骨結(jié)合能力是種植體修復(fù)的基礎(chǔ)[32]，通過(guò)生物力學(xué)強(qiáng)度和骨組織形態(tài)對(duì)氧化鋯種植體的骨結(jié)合能力進(jìn)行評(píng)估?，F(xiàn)有研究中生物力學(xué)強(qiáng)度主要通過(guò)移除扭矩和壓入試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，骨組織形態(tài)是通過(guò)骨-種植體接觸，骨體積和骨密度來(lái)評(píng)估[33]。Janner等[34]在犬的下頜前磨牙和磨牙對(duì)應(yīng)位置分別植入氧化鋯和鈦種植體，4 周和16 周評(píng)估種植體的骨結(jié)合情況，發(fā)現(xiàn)氧化鋯種植體與表面形態(tài)相似的鈦種植體顯示出相似的骨結(jié)合能力。微粗糙的種植體表面有利于骨結(jié)合的發(fā)生，Roehling等[35]發(fā)現(xiàn)微粗糙化的氧化鋯和鈦種植體在負(fù)載和非負(fù)載條件下具有相似的骨結(jié)合能力。通過(guò)酸蝕、噴砂、激光和生物活性涂層等方式增加了氧化鋯種植體表面粗糙度、親水性和細(xì)胞粘附、擴(kuò)散及遷移的能力[3]，從而提升骨結(jié)合能力。

在骨結(jié)合早期，纖維組織傾向于生長(zhǎng)到具有生物惰性的種植體與骨組織之間，從而導(dǎo)致松解和微運(yùn)動(dòng)，因此，如何提高氧化鋯表面的早期骨結(jié)合成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。Noro等[36]通過(guò)超親水處理(氧等離子體、紫外光)增強(qiáng)了成骨樣細(xì)胞的初始附著，并改變了細(xì)胞形態(tài)，有利于早期骨結(jié)合的形成。Rashmita[37]通過(guò)酸蝕和生物玻璃或親水性丙烯酸水凝膠涂層對(duì)氧化鋯進(jìn)行表面改性，導(dǎo)致成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化得到改善。親水性丙烯酸水凝膠涂層促進(jìn)了成骨細(xì)胞的增殖，而生物玻璃涂層顯示出更好的礦化。親水性丙烯酸水凝膠涂層有望成為促進(jìn)種植體骨結(jié)合的關(guān)鍵。

6.氧化鋯種植體的軟組織結(jié)合

軟組織結(jié)合對(duì)種植體至關(guān)重要，種植體頸部周?chē)浗M織起著抑制微生物進(jìn)入的作用。種植體周?chē)例l組織具有與天然牙齦組織相似的屏障功能，以上皮組織和結(jié)締組織為代表的軟組織結(jié)合決定著生物學(xué)寬度，種植體的長(zhǎng)期預(yù)后取決于軟組織對(duì)種植體的支持，同時(shí)有助于早期的骨結(jié)合[38]。種植體表面的濕潤(rùn)性是建立軟組織屏障的重要因素，而氧化鋯在軟組織周?chē)纳飳W(xué)特性方面具有優(yōu)勢(shì)，通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的吸附和細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)軟組織屏障的形成[39]。Kajiwara等[40]發(fā)現(xiàn)氧化鋯種植體周?chē)M織中的血流與天然牙周?chē)浗M織中的血流相似，并且比鈦種植體周?chē)饕?。有?dòng)物研究證明與鈦種植體相比，氧化鋯種植體周?chē)能浗M織整合程度更高[41]。Juan等[42]在6 只比格犬下頜骨兩側(cè)共植入12 顆種植體，一側(cè)采用氧化鋯種植體，另一側(cè)采用鈦種植體，來(lái)比較鈦和氧化鋯兩種不同材料對(duì)種植體周?chē)浗M織形態(tài)的影響，種植體植入9 個(gè)月后研究發(fā)現(xiàn)鈦和氧化鋯與周?chē)浗M織的生物學(xué)寬度、屏障上皮長(zhǎng)度、結(jié)締組織長(zhǎng)度、膠原纖維密度百分比相似。

成纖維細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板、防御細(xì)胞和上皮細(xì)胞的存在是氧化鋯在牙周組織和上皮組織中始終顯示出更好軟組織反應(yīng)的主要原因，這些細(xì)胞對(duì)口腔環(huán)境中生物材料的成功應(yīng)用至關(guān)重要[43]。氧化鋯的軟組織結(jié)合能力符合種植材料的需求，但仍需要更多的臨床研究加以證明。

7.小結(jié)

Y-TZP 和Ce-TZP/ Al2O3種植體憑借同鈦種植體相似的性能逐漸成為種植體的新材料，尤其是在一些對(duì)美學(xué)要求較高的區(qū)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且短期臨床效果良好，但遠(yuǎn)期修復(fù)效果尚需更多的研究。同時(shí)，氧化鋯種植體的加工方式和表面處理技術(shù)尚未形成廣泛共識(shí)，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此氧化鋯作為種植體材料的新方向，依然存在著許多亟待解決的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。