譚穎 饒思晗 孫紀(jì)奎 于海洋

齲病、外傷常導(dǎo)致冠部牙體組織缺損[1]。當(dāng)冠部剩余牙體組織不足一半時(shí)，通常需要在根管治療后，采用樁核系統(tǒng)為最終冠修復(fù)提供固位，并改變牙根原有的應(yīng)力分布模式[2]。鑄造金屬樁核作為傳統(tǒng)的樁核材料，由于存在露金屬色、腐蝕、與根管壁間粘接強(qiáng)度低，并且其彈性模量遠(yuǎn)高于牙本質(zhì)，容易造成患牙根折等問題，已經(jīng)逐漸被纖維樁所取代[3]。與金屬樁相比，纖維樁克服了上述缺陷，不僅具有良好的美學(xué)和粘接性能，它的低彈性模量也能實(shí)現(xiàn)牙根內(nèi)均勻的應(yīng)力分布[4]。然而，口腔中的水分和反復(fù)的溫度變化會降低纖維樁的機(jī)械性能，導(dǎo)致?lián)锨鷱?qiáng)度下降。當(dāng)樁的撓曲強(qiáng)度過低時(shí)，應(yīng)力易集中于樁與根部牙本質(zhì)之間的粘接界面，引發(fā)粘接失敗[5]。此外，纖維樁多為預(yù)成樁，與根管的匹配性不佳，可能導(dǎo)致根管的過度預(yù)備和厚而不均勻的粘接層[6,7]。陶瓷樁具有高強(qiáng)度和高彈性模量（100-250GPa），常由于牙根內(nèi)應(yīng)力集中而引發(fā)根折。此外，陶瓷材料的脆性大，在根內(nèi)一旦折斷就難以取出，在過度負(fù)荷下引發(fā)的修復(fù)失效多為不可修復(fù)失效[8]。因此，尋找與天然牙根管系統(tǒng)力學(xué)匹配性更為理想的樁核材料一直是學(xué)界的關(guān)注點(diǎn)。

1.聚醚醚酮的概述

聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）是一種芳香族半結(jié)晶線性熱塑性聚合物（圖1）。作為聚芳醚酮（PAEK）家族的一員，PEEK 由雙酚鹽和芳香二鹵化物經(jīng)親核取代而成。在Williamson 乙醚的參與下，雙酚鹽由添加鈉、堿金屬碳酸鹽或氫氧化物的雙酚原位生成。這種化學(xué)結(jié)構(gòu)使PEEK 耐高溫、化學(xué)和自由基損傷，具有更高的強(qiáng)度以及與玻璃纖維、碳纖維等增強(qiáng)劑的相容性[9]。

圖1 聚醚醚酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)

作為一種高性能熱塑性聚合物，PEEK由于其卓越的機(jī)械性能、生物相容性、耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性，在口腔和骨科中得到了廣泛的應(yīng)用[9,10]。PEEK具有很高的抗折性，彈性模量也與人牙本質(zhì)十分接近，可以起到應(yīng)力緩沖的作用而發(fā)揮減震能力，可能成為玻璃陶瓷和金屬的替代品[11,12]。此外，還可以通過加入并改變填料含量來調(diào)整PEEK的機(jī)械性能，如玻璃纖維加強(qiáng)聚醚醚酮（GFR-PEEK）、碳纖維加強(qiáng)聚醚醚酮（CFR-PEEK）等加強(qiáng)材料，以改變PEEK的彈性模量，并在一定程度上提高PEEK的力學(xué)強(qiáng)度，防止PEEK修復(fù)體出現(xiàn)力學(xué)強(qiáng)度不夠，抵抗應(yīng)力的能力較差等問題。作為一種美觀、非金屬的功能性材料，PEEK易于加工成型，可用于制作多種口腔修復(fù)體，如固定義齒、活動義齒支架、口腔種植體、個(gè)性化基臺和上頜贗復(fù)體[13,14]。

2.聚醚醚酮樁的機(jī)械性能

2.1 彈性模量 理想樁材料的物理特性應(yīng)該與牙本質(zhì)相近，如彈性模量、抗壓強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，從而與牙本質(zhì)形成同質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成樁—核—粘接劑—牙本質(zhì)復(fù)合體，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的均勻分布[15]。彈性模量作為樁材料的一個(gè)力學(xué)參數(shù)，會對牙根內(nèi)的應(yīng)力分布產(chǎn)生重要影響。

在過度負(fù)荷下，樁核系統(tǒng)修復(fù)的根管治療牙可能發(fā)生牙折。根據(jù)折斷部位不同可分為可修復(fù)失效與不可修復(fù)失效，當(dāng)牙折發(fā)生在牙頸部冠方時(shí)稱為可修復(fù)失效，當(dāng)牙折涉及到牙頸部根方時(shí)稱為不可修復(fù)失效[16]。相比于金屬樁和陶瓷樁，PEEK（3-4GPa）及其增強(qiáng)材料（CFR-PEEK18GPa，GFR-PEEK12GPa）的彈性模量與人類牙本質(zhì)更加接近（表1）。有研究表明，具有低彈性模量的樁材料能將咬合應(yīng)力更均勻地分布在牙本質(zhì)和牙骨質(zhì)界面，并將最大應(yīng)力傳遞至牙頸部骨水平以上[17]。因此，PEEK及其增強(qiáng)材料用作樁核修復(fù)時(shí)，有減少根部牙本質(zhì)內(nèi)應(yīng)力集中，減少根折的潛質(zhì)，并在過度負(fù)荷下修復(fù)的牙齒發(fā)生斷裂時(shí)以可修復(fù)失效為主。

表1 不同材料的彈性模量和泊松比

目前部分學(xué)者報(bào)道了關(guān)于PEEK樁的三維有限元分析，SametTekin[18]等人的研究發(fā)現(xiàn)，相比于玻璃纖維樁，PEEK樁能降低樁、樁的粘接界面和復(fù)合樹脂核中的應(yīng)力，使牙根內(nèi)應(yīng)力分布更加均勻。其中，樁-牙本質(zhì)粘接界面至關(guān)重要，它是在過度負(fù)荷下破壞開始的區(qū)域，該處應(yīng)力集中可能導(dǎo)致粘接喪失，發(fā)生微滲漏，細(xì)菌侵入而引發(fā)修復(fù)失敗[19]；樹脂核中的應(yīng)力過大則會增加核破裂甚至脫落的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于PEEK的增強(qiáng)材料，Rajvi[20]等的試驗(yàn)得出，CFR-PEEK樁比纖維樁在剩余牙本質(zhì)中產(chǎn)生的應(yīng)力更小，而GFRPEEK樁有著與纖維樁相似的應(yīng)力分布，二者都可能成為樁核修復(fù)的替代材料。于豪等人[21]的研究則發(fā)現(xiàn)，PEEK樁和CFR-PEEK樁都能降低樁和其與牙本質(zhì)粘接界面所受應(yīng)力，而且使用CFR-PEEK樁時(shí)，樹脂核中的應(yīng)力更小，牙根內(nèi)應(yīng)力分布更加均勻。

但是，三維有限元分析中使用的修復(fù)部位和口腔結(jié)構(gòu)的模擬材料被認(rèn)為是線彈性、均質(zhì)、各向同性和理想粘結(jié)的，這與天然牙齒結(jié)構(gòu)和支持組織并不完全相同（非均勻各向異性）。此外，目前關(guān)于PEEK及其增強(qiáng)材料在樁核修復(fù)中的參考數(shù)據(jù)仍然有限。因此，為了探討受力時(shí)PEEK樁修復(fù)的根管治療牙的應(yīng)力分布，需要將研究結(jié)果與體外試驗(yàn)和臨床評價(jià)進(jìn)行綜合考慮。

2.2 抗折性 目前，關(guān)于PEEK 樁的抗折性研究主要集中在靜態(tài)的斷裂負(fù)荷試驗(yàn)。Tekin等人的研究證實(shí)使用PEEK 樁能減少牙周膜和皮質(zhì)骨上的應(yīng)力[25]。Teixeira[16]等人分別對根管治療牙進(jìn)行PEEK 樁核、納米陶瓷樁、鑄造金屬樁核以及納米混合樹脂復(fù)合材料定制的纖維樁修復(fù)，并觀察他們的抗折強(qiáng)度和失效模式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PEEK 樁修復(fù)牙的抗折強(qiáng)度雖然低于鑄造金屬樁，但與其余組間不存在顯著差異。而且，PEEK 樁組多為可修復(fù)失效，鑄造金屬樁組多為不可修復(fù)失效，Merve[26]等人的研究也支持這一結(jié)論。然而，Haralur[27]等人的試驗(yàn)得出，在熱循環(huán)和靜態(tài)負(fù)荷后，相比于纖維樁和陶瓷樁，PEEK 樁修復(fù)牙的抗折強(qiáng)度最高，這可能由于應(yīng)力分布發(fā)生了改變：與玻璃纖維樁相比，PEEK樁中的應(yīng)力值更低。

Merve[26]的試驗(yàn)綜合考慮了不同樁核材料的長度直徑與抗折強(qiáng)度的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同于纖維樁和陶瓷樁，PEEK 樁的抗折強(qiáng)度與樁的長度直徑無明顯關(guān)系，在一定范圍內(nèi)增加樁的長度和直徑對PEEK 樁的抗折強(qiáng)度沒有顯著影響，并且三者的抗折強(qiáng)度都明顯高于口內(nèi)牙齒在正常咀嚼時(shí)所承受的負(fù)荷。因此，當(dāng)所修復(fù)牙齒的抗折強(qiáng)度相同時(shí)，PEEK 樁核修復(fù)可能可以保留更多的根部牙本質(zhì)。此外，當(dāng)根管過度預(yù)備形成喇叭形根管時(shí)，由于根管壁薄而脆弱，在牙根薄弱的冠方更容易受到樁楔入力的影響，導(dǎo)致根折[28]。Kiriko[5]等人的研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)用PEEK樁和玻璃纖維套管修復(fù)喇叭形根管可以獲得理想的抗折強(qiáng)度，可能是一種合適的修復(fù)方式。

然而，目前試驗(yàn)中的抗折強(qiáng)度是通過施加較大的靜態(tài)負(fù)荷來測定的，在口腔中的牙齒很少承受如此大的負(fù)荷，而是在咀嚼時(shí)反復(fù)承受較輕的力量[5]。因此，需要增加熱循環(huán)試驗(yàn)和疲勞負(fù)荷試驗(yàn)來進(jìn)一步評估PEEK 樁的抗折強(qiáng)度。此外，各試驗(yàn)所選取的受試對象不同、樁核尺寸不同、在實(shí)際臨床操作中也經(jīng)常受到唾液、血液的污染，在未來還需要進(jìn)一步的研究來模擬真實(shí)的口腔環(huán)境。

2.3 抗老化性 老化是指高分子材料在加工、貯存和使用過程中由于內(nèi)外因素的綜合作用，其物理、化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性能逐漸變差的現(xiàn)象。由于口腔環(huán)境潮濕并且冷熱交替，修復(fù)材料難以避免會受到水分和溫度變化的影響。玻璃纖維樁是玻璃和樹脂的化合物，在樁體內(nèi)部存在許多界面，樁和樹脂核之間也存在粘接界面。當(dāng)樁核內(nèi)部存在大量界面時(shí)，水分更可能導(dǎo)致樁核的抗彎強(qiáng)度下降，引發(fā)修復(fù)失效[29]。而PEEK 具有低水溶性和高穩(wěn)定性，同時(shí)一體式設(shè)計(jì)消除了樁核之間的粘接界面，在浸水情況下PEEK 樁未出現(xiàn)抗彎強(qiáng)度下降，降低了修復(fù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)[5]。此外，Ibrahim[30]等人的研究發(fā)現(xiàn)，相比于纖維樁和鈦樁，PEEK 樁能更好地承受熱負(fù)荷應(yīng)力，在樁-牙本質(zhì)界面中能夠形成較低的溫度梯度。而具有低熱導(dǎo)率的玻璃纖維樁則產(chǎn)生了更高的溫度梯度，隨著時(shí)間的推移，這種差異會引發(fā)樁松動，導(dǎo)致修復(fù)失效[31]。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，PEEK 及其復(fù)合材料不僅在體溫下的含水環(huán)境中具有長期穩(wěn)定性，也不會受到蒸汽或伽馬射線輻照滅菌的影響。

3.聚醚醚酮樁的粘接性能

為了獲得樁—核—粘接劑—牙本質(zhì)復(fù)合體，不僅要求樁材料具有與牙本質(zhì)相似的物理特性，還需要樁與根管壁之間以及樁核之間實(shí)現(xiàn)良好的粘接。與預(yù)成纖維樁相比，PEEK 材料可以通過CAD/CAM 或注塑成型技術(shù)設(shè)計(jì)制作一體式樁核，提高了樁與根管壁之間的摩擦力，并使二者之間的粘接層薄而均勻[32]。但是，由于PEEK 材料的表面能較低而且表面改性困難，在過度負(fù)荷下其失效模式與脫粘密切相關(guān)，實(shí)現(xiàn)PEEK 樁和根管壁的良好粘接可能仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)[33,34]。

在合適的表面處理后，Merve[7]等人分別測定了PEEK 樁、纖維樁和鑄造金屬樁的表面粗糙度和拉伸粘接強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)硫酸酸蝕處理的PEEK 樁組獲得了最高的拉伸粘接強(qiáng)度。一方面，樁的拉伸粘接強(qiáng)度與表面形貌有關(guān)。硫酸酸蝕后，PEEK 樁的粗糙表面具有一些不規(guī)則的凸起和凹陷，有利于PEEK 樁和樹脂粘接劑的粘接。另一方面，樁的表面粗糙度也是影響粘接效果的一個(gè)重要因素，我們常通過表面處理來增加樁體表面的粘接面積和微粗糙度[35]。Silthampitag[36]等人的研究認(rèn)為材料的表面形貌對粘接力的影響可能大于材料的表面粗糙度。在Merve[7]等的研究中，盡管PEEK 樁的表面粗糙度低于纖維樁和金屬樁，但它的拉伸粘接強(qiáng)度最高，說明酸蝕可能導(dǎo)致PEEK 樁表面產(chǎn)生了化學(xué)和微觀形態(tài)變化，從而改善了樹脂粘接劑的極性和滲透性[37]。

然而，酸蝕不一定是PEEK 樁最佳的表面處理方式。硫酸酸蝕能對組織造成損害而具有極大的危險(xiǎn)性，長期來看，其處理表面的穩(wěn)定性也尚不明確[7]。為了確保安全，這種處理方法既不能在椅旁進(jìn)行，也不能由口腔技師操作，只能由生產(chǎn)商提前完成。此外，PEEK 樁還有其他的表面處理方式，如二氧化硅涂層、噴砂、激光、非等離子體處理或它們的組合[38]。Caglar[38]對PEEK 樁進(jìn)行了不同的表面處理，發(fā)現(xiàn)除酸蝕外，對樁表面進(jìn)行噴砂和非等離子體處理同樣可以顯著提高樁的推出粘接強(qiáng)度。而且，當(dāng)測量樁的粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，推出試驗(yàn)比線性剪切試驗(yàn)或微拉伸試驗(yàn)更有效，更具臨床相關(guān)性[39]。?ulhao?lu[40]等人對PEEK 的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行了不同的表面處理后，測定樣品的表面特性及其與樹脂的剪切粘接強(qiáng)度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，酸蝕、激光照射和噴砂的剪切粘接強(qiáng)度均大于10MPa，都可以作為PEEK材料可行的表面處理方式。

PEEK 材料的組成也會影響樁的粘接強(qiáng)度。改性PEEK（Bio-HPP）是一種含有20% 陶瓷填料的PEEK，具有良好的生物相容性、機(jī)械性能、美學(xué)性能和較低的菌斑附著性[41]。而且，Bio-HPP與復(fù)合樹脂材料之間具有較高的的粘接強(qiáng)度。有文獻(xiàn)證明，使用樹脂粘接劑時(shí)，Bio-HPP 與牙本質(zhì)結(jié)合良好[42]。這可能由于樹脂粘接劑與加入PEEK基體中的陶瓷填料反應(yīng)且結(jié)合良好，有助于樁-牙本質(zhì)之間獲得足夠的粘結(jié)強(qiáng)度[43]。樁-根管壁之間以及冠-牙本質(zhì)之間的良好結(jié)合也能降低牙根頸部的應(yīng)力集中，補(bǔ)償邊緣微滲漏[44]。

因此，當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚矸绞胶蚉EEK 材料組成時(shí)，PEEK 及其增強(qiáng)材料能與樹脂粘接系統(tǒng)獲得良好的粘接效果，可能是樁核材料的一種理想選擇。然而，樁與牙本質(zhì)之間的粘接強(qiáng)度還受到粘接強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)計(jì)、粘接劑系統(tǒng)以及樁核制作方式（預(yù)成、定制）等因素的影響。由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，很難實(shí)現(xiàn)粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)計(jì)（拉伸、微拉伸、推出和剪切）之間的相關(guān)性；盡管如此，無論采用哪種試驗(yàn)類型，都可以評價(jià)受檢材料的粘結(jié)質(zhì)量[45]。目前研究的局限性在于，缺乏有關(guān)PEEK 樁長期粘接性能的研究，以及真實(shí)口腔環(huán)境和老化對其粘接效果的影響。在未來，需要進(jìn)一步開展粘接強(qiáng)度試驗(yàn)，并結(jié)合臨床研究，尋找更適合PEEK樁的粘接方式。

4.聚醚醚酮樁的生物相容性

Fovet等的電耦實(shí)驗(yàn)表明，碳纖維樁也可能發(fā)生腐蝕反應(yīng)，在粘接碳纖維樁時(shí)需保證根管的清潔與干燥[46]。PEEK及其復(fù)合材料具有生物相容性和生物惰性。因?yàn)镻EEK表面疏水，化學(xué)性質(zhì)不活潑，在其表面難以吸附蛋白質(zhì)。因此，在軟硬組織中以塊狀形式存在的PEEK不會導(dǎo)致不良反應(yīng)或離子成分的釋放[47]。此外，目前尚無體外研究證明PEEK對人體具有細(xì)胞毒性或致突變性，體內(nèi)研究提示PEEK不會對成纖維細(xì)胞和成骨細(xì)胞產(chǎn)生毒性。然而，目前關(guān)于PEEK樁的生物相容性的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)仍然缺乏，在其于臨床廣泛應(yīng)用前還亟待進(jìn)一步研究。

5.聚醚醚酮樁的其他性能

PEEK 材料具有透射性且無鐵磁性，在進(jìn)行核磁共振成像（MRI）和X 光檢查時(shí)幾乎不會造成偽影，避免由于圖像扭曲變形而影響診斷[47]。然而，PEEK 呈乳白色或灰白色，透光性較差，作為樁核材料進(jìn)行前牙修復(fù)可能難以滿足較高的美學(xué)要求，可以通過粘合復(fù)合樹脂、飾面、調(diào)色等方法進(jìn)行修飾。對于PEEK 的增強(qiáng)材料，由于碳纖維呈黑色，玻璃纖維呈白色或半透明色，相比于CFR-PEEK甚至PEEK，GFR-PEEK 樁可能可以獲得更好的美學(xué)效果。

6.聚醚醚酮樁的臨床應(yīng)用

目前，關(guān)于PEEK 作為樁核材料的臨床病例比較有限，都獲得了滿意的修復(fù)效果。胡靜[48]等人報(bào)告了數(shù)字化制作PEEK 樁核，配合全瓷冠修復(fù)上前牙外傷一例。作者采用數(shù)字化技術(shù)，設(shè)計(jì)制作了PEEK 樁核和二氧化鋯全瓷內(nèi)冠進(jìn)行修復(fù)，獲得了滿意的治療效果。Zoidis[49]等人則采用改性PEEK樁核（Bio-HPP）和二硅酸鋰陶瓷冠完成了一例上前牙修復(fù)。Zoidis 等人選擇了傳統(tǒng)的注塑成型技術(shù)制作PEEK 樁核，制作的樁核具有高精度和與根管的良好匹配性。在修復(fù)完成后的三年隨訪期內(nèi)，患者的修復(fù)效果良好，未出現(xiàn)脫粘或其他的修復(fù)失效。Galgali[50]等人報(bào)告了CAD/CAM 銑削PEEK樁核聯(lián)合烤瓷冠修復(fù)下頜前磨牙一例，并在修復(fù)完成后一周、一個(gè)月以及三個(gè)月對患者進(jìn)行隨訪，在隨訪期內(nèi)作者未報(bào)道修復(fù)并發(fā)癥的出現(xiàn)。

此外，關(guān)于PEEK 樁核修復(fù)的長期療效以及應(yīng)用于后牙時(shí)的修復(fù)效果評價(jià)仍然缺乏，在真實(shí)口腔環(huán)境中長期的冷熱循環(huán)和咀嚼負(fù)荷會對其修復(fù)效果造成什么影響還亟待研究。因此，在未來，需要結(jié)合體外研究和動物實(shí)驗(yàn)，綜合考慮患者對修復(fù)效果和治療成本的要求，對PEEK 在樁核修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步探討。

7.總結(jié)與展望

PEEK 的彈性模量與牙本質(zhì)相近，還具有優(yōu)異的生物相容性和抗老化性，可能是一種合適的樁核替代材料。在美學(xué)區(qū)應(yīng)用時(shí)，PEEK 樁的美學(xué)性能和粘接性能有待提高，需要進(jìn)行一定的處理以獲得理想的修復(fù)效果。目前，PEEK 在樁核修復(fù)中的研究主要集中在體外試驗(yàn)，其廣泛應(yīng)用尚需更多動物實(shí)驗(yàn)和臨床評價(jià)的結(jié)論支持。