应用烤瓷套冠修补崩瓷冠桥的可行性研究

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.08.012

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (8): 1218-1223.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.08.012

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应用烤瓷套冠修补崩瓷冠桥的可行性研究

顾振宇¹，何惠宇²，蔡天恒¹，田媛¹

1新疆医科大学，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054；2新疆医科大学一附院口腔修复科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054

收稿日期:2013-12-16 出版日期:2014-02-19 发布日期:2014-02-19
通讯作者: 何惠宇，博士，硕士生导师，主任医师，新疆医科大学一附院口腔修复科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054
作者简介:顾振宇，男，1987年生，河南省南阳市人，汉族，新疆医科大学在读硕士，主要从事烤瓷冠桥崩瓷修补研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(81060088)：《三维打印构建组织工程化牙槽骨的实验研究》

Feasibility of repairing collapsed crown and fixed bridge by porcelain jacket crown

Gu Zhen-yu¹, He Hui-yu², Cai Tian-heng¹, Tian Yuan¹

1Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 2Department of Prosthodontics, First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2013-12-16 Online:2014-02-19 Published:2014-02-19
Contact: He Hui-yu, M.D., Master’s supervisor, Chief physician, Department of Prosthodontics, First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Gu Zhen-yu, Studying for master’s degree, Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81060088

摘要/Abstract

摘要：

背景：有临床科室采用瓷套冠方法对烤瓷冠桥崩瓷患者进行崩瓷修补，取得了不错效果。
目的：检测烤瓷套冠单冠黏结强度的大小，判断烤瓷套冠在修补崩瓷临床应用中的可行性，同时观察烤瓷套冠修复崩瓷过程中喷砂处理和硅烷偶联剂处理金属黏结表面对其黏结强度的影响。
方法：用失蜡法铸造相同规格钴铬合金套冠，选择表面无气孔、无铸造缺陷的试件20件，常规打磨，超声清洗后随机分为4组，分别进行喷砂处理、硅烷偶联剂处理及喷砂+硅烷偶联剂处理，以未作任何处理的为对照组。将处理后的试件用聚羧酸锌水门汀进行黏结，采用万能力学测试仪测试拉伸强度。
结果与结论：对照组、喷砂组、硅烷偶联剂组、喷砂+硅烷偶联剂组的拉伸强度分别为(0.68±0.04)，(1.00±0.02)，(1.31±0.08)，(1.09±0.04) kN，各组间比较差异有显著性意义(P均< 0.01)。对照组金属表面光滑，可见一些不规则的表浅细小纹络；喷砂组金属表面呈现出不规则的鳞状突起，有利于黏结剂的渗入；硅烷偶联剂组金属表面表现为规则的蜂窝状结构，有利于黏结剂的嵌合；喷砂+硅烷偶联剂组金属表面表现为大小不等的金属突起，金属表面粗糙，利于黏结。说明喷砂和硅烷偶联剂均能显著提高金属套冠间的黏结强度，并且硅烷偶联剂处理效果最好，其次为喷砂联合硅烷偶联剂处理。

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

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关键词: 生物材料, 口腔生物材料, 崩瓷, 瓷套冠, 硅烷偶联剂, 喷砂, 拉伸强度, 可行性, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Porcelain jacket crowns have achieved good results in the repair of porcelain ceramic crown and bridge collapse.
OBJECTIVE: To test the bond strength of single porcelain jacket crown, thus determining the feasibility of clinical application of repairing collapsed crown and fixed bridge by porcelain jacket crown, and meanwhile to discuss the influence between blastsanding and silane coupling agent treatment on the metal bonding strength in the repair of porcelain fracture.
METHODS: The porcelain jacket crown was cast in the same shape from disk-shaped waxpatterns. Twenty specimens were chosen without blowholes and casting defects and they were all routinely burnished and cleaned in an ultrasonic bath and dried using an oil-free air stream stand-by. Then we randomly divided the specimens into four groups: specimens were treated with nothing (control), sandblast, silane coupling agent and sandblast+silane coupling agent, respectively. Each of the specimen was bonded with Poly-F Plus. AG-10TA universal testing machine was used to test the tensile strength.
RESULTS AND CONCLUSION: The tensile bond strength of control, sandblast, silane coupling agent and sandblast+silane coupling agent groups respectively were (0.68 0.04), (1.00 0.02), (1.31 0.08), and (1.09 0.04) kN. There were significant differences between groups (P < 0.01). In the control group, the metal surface was smooth, showing some irregular small superficial veins. In the sandblast group, the metal surface showed irregular scaly protrusions conducive penetrate adhesives. In the silane coupling group, the metal surface manifested a honeycomb structure in favor of chimeric adhesives. The sandblast+silane coupling agent group showed some metal
projections ranging in size, on the rough metal surface, which was conducive to bond. Porcelain jacket crown applied to repair collapsed crown and fixed bridge is feasible. Sandblasting and silane coupling agent can improve bond strength of porcelain jacket crown. The bond strength of metal specimens treated with silane coupling agent is the best followed by the sandblasting+silane coupling agent.

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

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Key words: biocompatible materials, chromium alloys, metal ceramic alloys, dental cements

中图分类号:

R318

顾振宇，何惠宇，蔡天恒，田媛. 应用烤瓷套冠修补崩瓷冠桥的可行性研究[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(8): 1218-1223.

Gu Zhen-yu, He Hui-yu, Cai Tian-heng, Tian Yuan. Feasibility of repairing collapsed crown and fixed bridge by porcelain jacket crown[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(8): 1218-1223.

图/表（结果） 2

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引言

烤瓷熔附金属全冠也称金属烤瓷全冠，是一种由低熔烤瓷真空条件下熔附到铸造金属基底冠上的金-瓷复合结构修复体。该修复体最早于20世纪50年代，由美国牙科医生在临床上开始应用。由于是先用合金制成金属基底，再在其表面覆盖与天然牙相似的低熔烤瓷粉，在真空高温烤瓷炉中烧结而成，因而烤瓷熔附金属冠桥兼有金属冠的强度和烤瓷冠的美观，其颜色、外形逼真，色泽稳定，表面光滑，耐磨性强，不易变形，抗折力强，具有一定的耐腐蚀性，深受患者和牙医的欢迎^[1-3]。但是金属烤瓷修复技术的应用也存在一定的问题，文献报道崩瓷在10年后的发生率为8%^[4]。究其原因主要为：①未能正确选择适应证。②牙体预备时未预备出烤瓷冠的金瓷厚度，在临床调改时过多地调改瓷层。③在烤瓷冠烧结的过程中，烤瓷冠控制不当或金属表面处理不当。④患者不合理的使用烤瓷牙，如咬硬物、用牙开啤酒盖等不良口腔习惯^[5]。这就要求临床医生要严格参照金瓷修复体的适应证选择病例；在试冠时不能硬性器械敲击就位或咬合就位；牙体预备的时候应预备正中牙合及非正中牙合有足够的间隙，从而确保金属和瓷层有足够的厚度；调牙合时应充分消除早接触点。患者应做到正确使用修复体，保证良好的口腔习惯，坚决不咬硬物。口腔技师应做到规范化操作，保证金属基底冠厚薄均匀，烧结前充分预热，烧结后出炉时降温应缓慢，以避免瓷崩裂。目前解决崩瓷的方法主要有拆除重做法、树脂修补法、崩脱瓷片黏结法、烤瓷贴面法、烤瓷套冠法等补救措施。因设计不当造成的崩瓷必须选择拆除重做。由于修复体与基牙之间是永久黏结，不易拆除，如强行拆除会增加患者的痛苦及费用，因此崩瓷后口内直接修补成为目前崩瓷补救措施的研究热点^[6]。而树脂修补法存在材料老化的问题，瓷片黏结法和烤瓷贴面法不能够提供良好的固位型和抗力型，因此修复的远期效果往往不够理想。在临床上发生烤瓷冠崩瓷的情况较为普遍，烤瓷单冠崩瓷后用拆除重作的方法简便、有效，而对于烤瓷固定桥，特别是三单位以上的长桥出现个别牙崩瓷采用上述方法往往难度较大。使用烤瓷套冠修复固定桥崩瓷的方法目前尚未见报道^[7]。马轩祥^[8]收集国内多份临床资料报道，金-瓷冠桥修复体失败中瓷折裂和瓷剥脱约占失败病例的59.1%，这从某种意义上更加说明了瓷套冠的应用前景是非常有价值的。另外瓷套冠黏结面积大，能够有力的利用约束反约束力及环抱固位力，远期效果也优于前述几种方法^[9]。因此瓷套冠作为近年来新发展起来的烤瓷冠桥崩瓷后修补方案，应该被提倡应用。新疆医科大学第一附属医院口腔修复科采用瓷套冠方法对烤瓷冠桥崩瓷患者进行崩瓷修补，取得了不错的临床效果。具体操作步骤是：①牙体预备：与正常牙体烤瓷全冠要求基本相同，将颊舌面瓷和部分金属磨除，颊侧颈缘可适当多磨除些，这是因为颊侧颈缘为应力集中区^[10]，牙体预备以能够保证烤瓷套筒冠材料的厚度为宜。切牙合向聚合度要小，大约在5°，颈部为无肩台设计，牙体预备不能有倒凹，并且保证金属基底的厚度在0.3 mm左右。②邻面预备：在桥体连接体处用柱状金刚砂车针分别由唇、舌向牙槽嵴顶平行切入。唇面磨深些，舌面磨少些，使该处金属连接体的唇舌厚度能够保持足够的强度即可(应至少保留1.5 mm)。最终在唇舌面形成类似“栓道”结构的平行沟槽。③咬蜡、比色、取模即可。实验模拟临床上口内崩瓷套冠修补聚羧酸锌水门汀黏结修复过程，对瓷套冠黏结面施以不同处理，旨在为瓷套冠修补烤瓷崩瓷过程中金属表面处理方法的选择提供一定的理论依据。

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
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材料方法

设计：析因设计资料的方差分析，对比观察实验。

时间及地点：于2012年5月至2013年3月在新疆医科大学第一附属医院科技楼完成。

材料：

应用烤瓷套冠修补崩瓷冠桥可行性实验的主要材料与仪器：
材料与仪器	来源
钴铬合金	日进齿科材料有限公司
硅烷偶联剂silane bond enhancer	美国派丽登公司
聚羧酸锌水门汀Poly-F Plus	美国登士柏公司
无水乙醇	天津市富宇精细化工有限公司
高频离心铸造机(DGZ-50型)、喷砂机(PSJ-3型)	天津市医院设备厂
恒温水浴箱(DK-8D型)	常州翔天实验仪器厂
超声清洗机	常州诺基仪器有限公司
电子万能测试机(WDW20型)	美国Instron公司
电子扫描显微镜	JSM-6390LV型，日本

实验方法：

试件的制作：模拟口内后牙单冠基牙形态制作等比例蜡型20件，常规包埋铸造，铸造完成后分离切割，并在每个铸件正中下方相当于就为道的方向留有2.0-2.5 cm长的铸道作为固定用的金属柄，然后对铸件进行打磨、抛光，打磨抛光采用240目、600目、1 000目砂纸依次进行，按上、下、左、右、顺时针、逆时针6个方向各自打磨100次。再在各铸件上制作套冠蜡型，常规包埋铸造，同样在套冠正中上方相当于就位道的方向留有2.0-2.5 cm长的金属杆作为套冠一端的固定柄，常规打磨、抛光，方法同上。此过程由一位专业技师全程完成，并通过测量台，卡尺等工具对蜡型进行了严格的测量以保证所有试件的一致性。所有试件经过无水乙醇超声清洗15 min，冲洗1 min，无油压缩空气吹干待用。

实验分组：将20套试件采用平衡设计的随机数字表随机分为4组，每组5套。对照组不做任何处理。喷砂组用50目氧化铝对试件黏结面进行喷砂处理，喷砂条件： 0.4 MPa，持续30 s，喷嘴离试件约5 mm，角度为90°。硅烷偶联剂组用硅烷偶联剂对黏结面进行处理，按厂商要求对试件表面均匀涂布silane bond enhancer偶联剂(硅烷黏结增强剂)，无油压缩空气均匀吹干。联合组首先对试件黏结面进行喷砂处理，然后涂布硅烷偶联剂，方法同喷砂组、硅烷偶联剂组两组。将处理后的试件用聚羧酸锌水门汀Poly-F Plus进行黏结，用探针勾去多余的黏固剂。整个黏结过程在2 h内完成，然后将试件在37 ℃恒温水浴箱中保存24 h。处理黏结面包括内冠外表面和外冠内表面。

电子扫描显微镜观察：黏结前对4组试件分别随机抽取1件进行电子扫描显微镜观察。为了能够清楚观察试件的表面结构，观察前要对试件进行离子溅射(离子溅射只是让物体表面极性发生变化，并不影响表面的结构)。

试件的力学测试：室温下将试件固定在WDW20型电子万能力学测试仪的夹具上，进行拉伸强度测试。加载头的速度为0.5 mm/min，最大载荷为2 kN，记录下最大力值，即为试件的最大抗拉强度。

主要观察指标：各组试件的拉伸强度及表面结构。

统计学分析：对所有数据汇总后，采用SPSS 17.0统计软件对4组试件的最大抗拉强度进行两因素析因设计的方差分析，对方差分析检验总体差别有统计学意义，然后再进行两两比较，分析两组间的差异。两两比较采用LSD法。检验水准α=0.05。

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

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讨论

目前国内外关于黏结强度的评估大多都是通过万能力学测试机进行剪切强度测试剪切力来衡量的，不能够全面客观评价黏结界面之间的黏结强度^[¹¹^]。因为修复体在口腔里行使功能时使其脱位的力量不仅仅只包含剪切力，还包括摩擦力、约束力等。实验评价粘接效果，目前主要测试抗拉强度或抗剪强度^[12]。Bona等^[13]同时采用抗拉、抗剪强度对相同的复合树脂与陶瓷粘接进行测试比较优劣，结论认为抗拉强度更适宜评价二者的粘接性能。实验通过模拟口内后牙单冠基牙形态制作等比例套冠，然后将试件黏结进行拉伸试验测试，所得拉力值能够更全面反映试件之间的黏结强度。

对金属黏结面的处理主要有机械处理、化学处理和使用金属偶联剂^[14]。机械处理又包括机械打磨，酸蚀法，喷砂，失晶法和微球固位法；化学处理包括电化学蚀刻法、热处理、镀锡术^[15]。机械打磨是指使用各种方法达到机械增强固位力的目的。通过粗化金属的表面从而增加有效粘接面积和减小应力集中，并使得粘接剂渗入粗糙面形成的腔隙内，凝固后形成机械嵌合增加粘接强度。机械打磨如果打磨过度无形间就增加了黏结剂的厚度，以致于降低了黏结强度，而打磨的太少又不能很好形成粗糙的黏结面。传统的黏结体系一般是采用35%的磷酸酸蚀60 s，然后进行黏结，有学者研究表明如果单独采用35%磷酸酸蚀金属黏结面，无论采用何种黏结剂，其抗剪切强度均不能满足临床应用^[16]。失晶法、微球固位法和化学处理步骤繁琐，不易操作，故实验选择了操作简便又能很好的增加黏结强度的喷砂法和金属偶联剂对金属黏结面进行处理。

口内喷砂技术目前被广泛应用于牙周去除色素、种植体表面粗化、正畸托槽黏固、崩瓷树脂修复等方面^[¹⁷^]。通过喷砂可以在金属表面形成不规则网状或蜂窝状结构，增加基底面粗糙度，并能产生倒凹，产生微观固位形，增加黏结剂与金属的黏结面积；也可以活化金属表面，以利于黏结剂与金属面间的黏结。张汉平等^[18]认为喷砂可以在金属表面产生瞬间高温，同时金属可与空气中的氧发生化学反应，生成致密的氧化膜，强度高，吸附能力强，这些金属氧化膜可与处理剂中的化学成分羧酸、磷酸衍生物反应建立连接。事实上镍铬合金、钴铬合金中均含有较多的Cr元素，经喷砂处理后，表面易形成致密连续且吸附力较强Cr₂O₃氧化膜^[19]。这层氧化膜的生成，有助于黏结时化学键的形成^[20]。相对于不同硬度的基底面来说，喷砂砂粒粒度过小可造成基底面粗糙度不足，黏结强度弱，而粒度过大则会造成基底表面剥脱粗糙度下降，或者由于粗糙度过大造成界面应力集中，导致黏结强度降低，故大多数学者选用27-50 µm Al₂O₃砂粒进行金属面的喷砂处理^[21]。实验采用50 µm Al₂O₃对试件黏结面进行喷砂处理，显著提高了套冠间的黏结强度。

　硅烷偶联剂最早于1945年前后由美国联碳(UC)和道康宁(Dow Corning)等公司开发，最初应用于玻璃纤维的表面处理剂。目前已报道的硅烷偶联剂已达100多种，其中1/3已获得实际应用^[22]。偶硅烷偶联剂在两种不同性质材料之间的界面作用机制已有多种解释，如化学键理论、可逆平衡理论和物理吸附理论等。但是界面现象非常复杂，单一的理论往往难以充分说明。通常情况下，化学键合理论能够较好地解释硅烷偶联剂同无机材料之间的作用。根据这一理论，硅烷偶联剂在不同材料界面的偶联过程是一个复杂的液固表面物理化学过程。首先，硅烷偶联剂的黏度及表面张力低，润湿能力较高，对玻璃、陶瓷及金属表面的接触角小，可在其表面迅速铺展开，使无机材料表面被硅烷偶联剂润湿；其次，一旦硅烷偶联剂在其表面铺展开，材料表面被浸润，硅烷偶联剂分子上的两种基团便分别向极性相近的表面扩散，由于大气中的材料表面总吸附着薄薄的水层，一端的烷氧基便水解成硅羟基，取向于无机材料表面，同时与材料表面的羟基发生水解缩聚反应；有机基团则取向于有机材料表面，在交联固化中二者发生化学反应，从而完成了异种材料间的偶联过程^[23]。化学反应的偶联剂是一种在特定的条件下产生活性基团，然后与黏结界面两侧的黏结物发生化学结合，从而改善界面状态、增强结合强度、提高材料性能的双功能分子化合物^[24]。偶联剂在齿科材料生产中也常常发挥着十分重要的作用，在口腔黏结修复中金属黏结面以及瓷黏结面常常被使用^[25]。口腔材料中常用的偶联剂有：有机硅烷类偶联剂和含酸性基团的粘接性单体等^[26]。Petrie等^[27]认为硅烷偶联剂除了能直接增强粘接力外(通过与界面两侧黏结物发生化学反应产生化学键)，还能提高金属的表面能而增加润湿的效果。这正好与硅烷偶联剂作用机理中的化学键理论契合。Vallittu等^[28]对加入硅烷化聚乙烯纤维的纤维-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合物进行体外细胞毒性实验，间接接触细胞毒性实验采用琼脂扩散法，根据ISO10993-5标准将试件在水中放置24 h。聚氯乙烯塑料作为正控制，而聚乙烯作为反控制。在限制性琼脂扩散实验中，无论是PMMA单体还是聚合后的PMMA纤维聚合物均无细胞毒性。此结论间接证明了硅烷偶联剂在口腔领域应用的安全性。

在实验的设计条件下，如果黏结面积按1.5 cm×1.5 cm计算，不做任何处理组的抗拉伸强度为0.68 kN，相当于30.2 MPa，喷砂组抗拉强度为1.00 kN，相当于44.4 MPa，硅烷偶联剂组抗拉强度为1.31 kN，相当于58.2 MPa，联合组抗拉强度1.09 kN，相当于48.4 MPa。Matsumura等^[29]认为能在临床取得满意黏结效果的黏结强度应达到 10 MPa，由此看来以上实验结果均完全能够满足临床需要。但是基于临床上一些短冠牙固位力不足的情况，对黏结面的表面处理还是相当有意义的。从电镜照片上可以看出，无论对于哪一种处理，经3种不同的表面处理方法后，相对于没有经过处理的表面，都有增加金属表面粗糙性、增加其表面孔隙率的效果。而硅烷偶联剂组处理后试件表面的粗糙度和表面孔隙率要高于喷砂组和联合组。联合组的表面处理效果则比较相近，这与文献[30]的研究结果一致。理论上联合组的抗拉强度应该是大于其他任何一组的抗拉强度，而结果显示不是这样，原因可能是因为偶联剂成分中的酸性物质与Al₂O₃发生化学反应，而使得其表面粗糙度有所下降。

实验利用WDW20型，美国Instron公司生产的电子万能测试机，研究了喷砂、硅烷偶联剂以及喷砂＋硅烷偶联剂对金属套冠间黏结强度的影响，并对比分析了电镜下４组试件的表面结构，在实验条件下得出以下结论：瓷套冠在烤瓷修复体崩瓷后的修补应用方面是可行的；喷砂和硅烷偶联剂均能显著提高金属套冠间的黏结强度，经过硅烷偶联剂处理的金属试件用聚羧酸锌水门汀进行黏结，其黏结强度最大，喷砂+硅烷偶联剂组次之，喷砂组虽也能提高金属间的黏结强度，但效果不及前述两种方法。

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Feasibility of repairing collapsed crown and fixed bridge by porcelain jacket crown

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