氧化锆陶瓷与镍铬合金口腔材料的细菌黏附性对比

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.08.004

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

氧化锆陶瓷修复材料：氧化锆是一种生物惰性陶瓷材料，已有大量实验表明其具有优良的生物学性能及力学性能，在医学临床上可作为骨替代体及牙义齿修复体，将其运用于牙齿冠修复时，不仅有较好的机械性能，还具有较好的通透性及美学效应，形态逼真。

镍铬合金修复材料：是一种以镍铬为主要成分的金属，质轻，具有良好的机械强度、弹性模量及抗腐蚀性，生物学性能及物理性能优异，常可制作成金属全冠和烤瓷冠。但合金中的镍化学性质不稳定，析出后对人体有致敏性和致癌性，会引起部分人牙龈轻微发炎，导致烤瓷牙与牙龈接触的地方轻微的红肿，有害牙龈健康，影响美观。

背景：实验及临床经验表明，修复材料表面的粗糙度直接影响细菌的黏附性，除此之外，材料组成及本身理化性质也是重要影响因素。

目的：对比氧化锆陶瓷与镍铬合金口腔材料的细菌黏附性。

方法：将氧化锆陶瓷、镍铬合金分别制成 3.0 cm × 3.0 cm × 0.2 cm 的板片，每种材料各10 片。两种材料各选取其中5片进行抛光处理，另5片进行上釉处理，检测4组试件的粗糙度。将变形链球菌浮液滴加于4组材料表面，37 ℃ 厌氧培养48 h，检测各组细菌黏附数量。

结果与结论：4组试件表面粗糙度比较差异无显著性意义。氧化锆陶瓷抛光组的细菌黏附量明显小于镍铬合金抛光组(P < 0.05)，氧化锆陶瓷上釉组的细菌黏附量与镍铬合金上釉组比较差异无显著性意义。结果表明氧化锆陶瓷具有较好抑制细菌黏附的效果，其上釉处理后抑制细菌黏附的效果与镍铬合金上釉处理后的相当。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

ORCID: 0000-0002-8859-7123(韩月红)

关键词: 生物材料, 口腔生物材料, 氧化锆陶瓷, 镍铬合金, 变形链球菌, 细菌黏附性

Abstract:

BACKGROUND: Experimental and clinical experiences show that the surface roughness of dental restoration materials directly affects bacterial adhesion; in addition, the material composition and physicochemical properties are also important influencing factors.
OBJECTIVE: To compare the bacterial adhesion of zirconia ceramics and nickel chromium alloy as oral materials.
METHODS: Zirconia ceramics and nickel chromium alloy were respectively cut into 10 pieces of 3. 0 cm ×3.0 cm×0. 2 cm plate specimens. For each material, five pieces were subjected to surface polishing treatment, and the other five pieces were glazed. Surface roughness value of specimens was detected. Experimental strains of Streptococcus mutans was cultured on the specimen surface at 37 ℃ for 48 hours, and the amount of bacteria adhering to the specimen surface was detected.
RESULTS AND CONCLUSION: Surface roughness of four groups of specimens showed no difference. The amount of bacteria that adhered to the polishing specimens of zirconia ceramics was significantly lower than that of nickel chromium alloy (P < 0.05), but no difference was found in the amount of bacteria adhering to the glazing specimens of nickel-chromium alloy and zirconia ceramics. These findings indicate that zirconia ceramics has better ability to inhibit bacterial adhesion than nickel-chromium alloy, especially after glazing.

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图/表（结果） 1

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引言

龋齿、牙外伤、不正确的刷牙方式等都会造成牙体组织的缺损，甚至牙体缺失，在早期可能无明显影响与不适，当牙体缺损较大时，可引起牙髓炎、根尖周炎等^[1-2]，也会给患者带来咀嚼不便，如食物嵌塞、咀嚼无力、邻牙歪斜、对颌牙伸长、易咬颊舌黏膜等^[3-4]。除此之外，还可影响患者面容，若病变发生在前牙则严重影响美观。临床上一般有口内填补、嵌体修复、冠桥修复等修复方式，修复材料品种繁多，有树脂、玻璃离子、合金、烤瓷、全瓷等^[5-6]。修复材料的生物相容性及稳定性是主要考虑的因素，若修复材料强度不够则会造成修复体的开裂、脱落。修复体对细菌的黏附性也是影响修复效果的重要因素。研究表明，细菌通过唾液中的蛋白在牙体或修复体表面形成获得性薄膜，从而开始黏附、增殖，释放毒素等，产生病理性变化^[7-8]。细菌黏附在牙体及修复体表面的影响因素繁多，包括口内环境、微生物菌群、修复体性质及表面粗糙程度等。不同细菌具有不同的理化因素，如亲水性、疏水性、静电相互作用、在唾液中的流体动力学，以及某些特殊黏附因子如细菌胞多糖及黏附素，不同菌种黏附在修复体表面的量也会有差异，其中链球菌是主要黏附菌种^[9-10]。

由于人们对口腔修复的需求日益增加，修复材料也呈日臻发展的状态，镍铬合金是较早运用于临床的合金材料，具有较好的机械强度及生物稳定性能，能满足口腔修复材料的正常要求，其运用一直延续至今并仍占有一席之地^[11]。氧化锆陶瓷是近来新发展的口腔修复材料，一般由瓷粉烧铸而成，具有许多与骨组织和牙体组织相似的特点，故被广泛运用于骨科和口腔科。氧化锆全瓷牙是目前运用较多的全瓷冠，具有较好的硬度及透明感，形态逼真，具有较好的生物相容性，所以也常被用做种植体基台。

修复体材料的表面粗糙度、疏水性、表面自由能、表面电荷等理化性能是主要影响微生物黏附性能的因子^[12-13]。许多学者通过实验及临床经验认为，表面粗糙度是最主要因素，粗糙的表面能为微生物提供更大面积的栖息地，可缓冲唾液和食物等对细菌的冲刷作用，再者，粗糙不平的表面也能滞留更多的食物，为微生物提供了绝好的培养基，加速其生长繁殖^[14-15]。

氧化锆陶瓷和镍铬合金在目前口腔修复中占主要地位，可作为冠修复、基台修复材料等。在以往的研究中，人们主要是研究修复材料本身的细菌黏附性能，而在目前临床实践中，为了美观及更好的生物学性能，更多地是使用氧化锆和镍铬合金的上釉修复材料，所以在本研究中除了比较氧化锆和镍铬合金抛光后的细菌黏附性能，还比较了其上釉后的细菌黏附性能，拟了解两者不同加工类型的抗菌性能，以期对两者的临床运用做出指导和改善。

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材料方法

1.1 设计对比材料学观察实验。

1.2 时间及地点于2014年5月至2015年5月在山东潍坊市人民医院中心实验室进行。

1.3 材料氧化锆陶瓷(日进玛泰克陶瓷制品有限公司，日本) ；镍铬合金，主要成分为含63%Ni、25%Cr (BEGO公司，德国)。

1.4 实验方法

试件制作：选用0.5 mm厚的蜡片制作10个 3.0 cm×3.0 cm×0.2 cm大小的蜡片，用蜡型卡尺控制长度，在蜡片背面安插铸道。将制作好的蜡型放置于铸圈中固定，按常规方法包埋，烧焙，铸造成镍铬合金。氧化锆试件采用计算机控制的“剪裁切块”方法切成10个大小为3.0 cm×3.0 cm×0.2 cm的试件，用游标卡尺测量其实际大小，不合格者重新制作。

试件处理：将所有试件都制作成3.0 cm× 3.0 cm×0.2 cm大小后，两组试件各选取5个进行抛光打磨，另5个表面行上釉处理，保证各组间表面粗糙度无明显差异，常规消毒备用。①抛光打磨：以110 µm的三氧化二铝颗粒对试件进行喷砂，再由同一人按照绿砂石→绿硬橡皮轮→红橡皮轮顺序逐个循同一方向打磨镍铬合金，再用4 000号砂纸抛光后，在试件背面贴上消毒指示条，在指示条上标记金属名称及编号，每组试件分别用体积分数75%乙醇超声振荡(MSE∶50 Hz)15 min后，镊子夹持试件两侧取出，用蒸馏水冲洗后自然干燥，备用。 ②上釉处理：氧化锆试件常规三氧化二铝颗粒喷砂，遮色烤瓷，上釉；镍铬合金用80目、120目砂石逐次打磨，蒸汽清洗，高温下上釉。电镜观察试件表面情况。乙醇超声振荡清洗，用精密粗糙测试仪(上海泰明光学仪器有限公司)测试所有试件表面粗糙度后，将试件置于紫外线光下杀菌5 h，备用^[16]。

细菌黏附实验：变形链球菌是义齿上的主要附着菌群，是口腔常驻菌，与龋病等疾病的发生有非常紧密的关系，已成为口腔微生物研究的主要菌种之一。细菌在修复体表面的黏附、定植有一定的顺序，研究证明链球菌是口腔内的早期定植菌，其黏附于牙体或修复体表面后，可为后期需要较高生长条件的菌种附着提供表面条件。变形链球菌是口腔链球菌菌属的主要菌种之一，对牙面有很高的亲和力。因此实验选择变形链球菌。

复苏培养轻唾固体培养基中的变形链球菌(北京口腔医院研究所保存)，使其在轻唾液体培养基中的浓度为10⁶ CFU/L，37 ℃、含体积分数80%N₂、10%H₂、10%CO₂的环境中培养48 h^[17]。接种前，对细菌进行形态学的观察和鉴定，通过革兰染色观察其荚膜和鞭毛及运动特点等，确认所接种细菌为变形链球菌。

在超净台内取2 mL轻唾培养基，分别放入20支试管内，再用微量移液器枪吸取200 µL细菌悬浊液分别加入各试管，用无菌镊子夹取20个试件分别置入试管，并标记，继续微厌氧条件下培养48 h。取出试件，生理盐水轻柔冲洗表面未黏附细菌，放入有5 mL生理盐水的试管，涡旋混合器振荡60 s，用10倍稀释法稀释至10^-³，取0.1 mL稀释液接种于轻唾固体培养基，微厌氧37 ℃培养48 h，计算菌落个数及试件表面黏附的菌落数^[18]。48 h培养后，在无氧条件下，变形链球菌在18-24 h后进入对数生长期，细菌生长讯速，活菌数呈对数上升，但对外界因素较为敏感；对数期后进入稳定期，细菌各方面达到稳定状态，所以选为培养48 h作为实验时间。

1.5 主要观察指标试件表面细菌黏附数量及电镜观察结果。

1.6 统计学分析采用SPSS 17.0统计软件对试件表面粗糙度和试件表面细菌黏附数的对数进行统计分析。各项指标经正态性及方差齐性检验，非正态发布用对数表示，采用方差分析(F 检验)；组间比较采用t 检验。

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讨论

因龋坏、牙外伤、机械损伤等引起的牙体缺损是临床上常见口腔问题，也是患者要求修复的主要原因，因社会老龄化，无牙颌患者也是日益增多，这些都突出了口腔修复学的重要性^[19]。口腔修复学的发展和口腔修复材料学的发展密切相关，每种新型材料的问世都代表了口腔修复学上的的一个进步，除了考虑材料的生物相容性及适当的机械性能外，其抗菌、抑菌性能也一直是关注的焦点^[20-21]。在正常的口腔微环境中，微生物之间及微生物与宿主之间都保持着动态平衡，而当修复体进入口腔之后，微环境会有所改变，从而破坏了其中的动态平衡，若改变超出了系统的调节能力范围，则可能会表现出菌群失调，某种细菌在修复表面聚集黏附繁殖，占生存优势，引起一系列修复后的并发症，如医源性龋坏、不良修复体所导致的牙周炎、义齿性口炎及种植体周围炎等^[22-23]。

实验研究及临床经验表明，修复材料表面的粗糙度直接影响细菌的黏附性，除此之外，材料的组成及本身理化性质也是重要影响因素^[24-25]。之前有不少关于不同合金对细菌黏附性的影响，但有关氧化锆陶瓷的研究较少。随着人们生活水平的提高及对美学要求的提高，全瓷冠运用日益增多^[26-28]。故本实验重点研究氧化锆陶瓷及传统经典镍铬合金的细菌黏附性，以期对口腔修复材料的临床运用提供参考及证据。在实验中，分别将两种材料进行表面打磨和抛光，使其表面粗糙度不具有统计学意义上的差异。再进行试件上细菌的接种、培养、测量。结果显示，两种材料分别经抛光和上釉处理后，其表面粗糙度无明显差异，但抛光两组表面细菌的黏附量不同，氧化锆陶瓷抛光组显著低于镍铬合抛光组；上釉两组的细菌黏附量无明显差别，结果提示氧化锆陶瓷的细菌黏附性能较镍铬合金差，具有更好的抗菌抑菌效果，其原因可能是与材料的稳定性相关。镍铬合金是非贵金属合金，在唾液或者细菌培养液中，合金易发生腐蚀作用，从而导致金属离子的析出，虽然某些金属离子可抑制细菌对营养物质的吸收，但是从另一方面来讲，离子的析出将导致金属表面的变形，表面性能及粗糙程度也发生改变，从而引起细菌黏附量的增加^[28-29]。并且，析出的离子的未达到一定浓度时，也不能起到抑菌的作用。氧化锆陶瓷的优良抑菌性归于两方面：首先，氧化锆陶瓷具有非常稳定的理化性能，不会发生腐蚀、离子析出等一系列问题；再者，氧化锆具有很好的力学性能，一般的咀嚼力不会使其产生形变等问题，可以长时间维持表面的光滑及连接区的密闭。但两者经上釉处理后，细菌黏附性能则无明显差别，可能原因是上釉后，釉质层覆在材料表面，改变了材料表面的生物学性状，这也提示在口腔修复中，最佳修复材料的选择要考虑多方面的因素。

镍铬合金仍然是目前口腔修复材料中较为常用的金属，质轻，机械强度高，弹性模量高，不论在金属全冠还是烤瓷全冠都成为目前应用最广、最受青睐的一类金属。但由于瓷熔附金属修复体的基底结构是金属，光线不能在基底结构中传导，直接影响了修复体的透光性，使其缺乏自然牙的活力。同时，烤瓷合金中的金属离子不仅能使修复体发生褪色，而且部分患者对金属中某些元素存在过敏反应。由于口腔唾液为一电解质环境，金属在其中发生离子交换并沉积在龈边缘，因此一部分患者出现龈边缘变色，即平时所说的“灰线”现象。而氧化锆陶瓷基本上都能避免以上缺点，可达到自然的美学效果和最佳的生物学相容性，并且不需要金属基底冠。在口腔修复科实际运用中，修复材料的选择往往涉及各方面的知识，如基牙位置、条件、医生备牙水平等。一般常在牙颈部备出一个连续光滑的肩台状，以助于修复冠和基牙更严密的黏结，减少微渗漏。为了更好的严密性，一般烤瓷全冠的舌侧边缘并没有陶瓷和釉质覆盖。修复冠失败的主要原因是牙颈部肩台处的微渗漏，细菌入侵，造成牙齿龋坏，冠脱落。在本实验结果中，氧化锆抛光组的抑菌性能显著优于镍铬合金抛光试件，而氧化锆上釉试件的抑菌性能和镍铬合金上釉试件的抑菌性能相差无几。这是由于上釉后，两组试件的表面都为釉质，表面性能相同，但考虑到口内情况，镍铬合金烤瓷冠的内冠依然是金属，以及肩台处有部分金属外漏，所以，实验结果并不能完全预测口内情况，这同时也是实验的不足之处，在后续的试验中将进一步改进。

综上所述，在临床工作中应尽量选取抗菌性能较好的氧化锆陶瓷修复体或者上釉的修复材料，不仅美观且具有长期稳定性。由于此实验是在体外进行，未能完全模仿口内环境，因此也需进一步的口内实验来进行验证和探讨。

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