由单一氧化锆原料直接制作出全解剖形态的修复体，不包含基底冠制作和饰面瓷堆塑等工艺，称其为全锆冠[1]。全锆冠不像全瓷冠易出现崩瓷现象而影响功能和美观，它替代全瓷冠成为一种更好的选择[2]，目前广泛应用于后牙，尤其♂龈距离较短的患牙[3]。全锆冠长期受到口腔内复杂的作用力，可能对其强度产生影响，循环加载被认为可以很好地模拟口腔咀嚼模式。对于全锆冠在口腔内长期使用后的机械性能改变，相关研究仍不充分。本研究对全锆冠施加循环加载，对模拟受力一段时间后的修复体进行抗压强度测试，旨在了解其机械性能的改变情况。
1 资料与方法
1.1 材料与设备 牙体标准模型(济宁星星医疗器械公司，中国)，CAD/CAM氧化锆(秦皇岛泽克尼科技有限公司，中国)，切削蜡(威兰德，德国)，3M玻璃离子(3M公司，美国)，CLEAN-04超声波清洗机(宁波蓝野医疗器械有限公司，中国)，JG-5833双臂喷砂机(天津精工医疗设备技术有限公司，中国)，3Shape TRIOS 2扫描仪(3Shape公司，丹麦)，茂福炉(德国德固萨EGUSSA铸造设备，德国)，铸造机(德国德固萨EGUSSA铸造设备；德国)，泽康二代智能切割机(登士柏，德国)，泽康加强型瓷化烧结炉(登士柏，德国)，VITA V60 i-Line烤瓷炉(VITA，德国)，ROLAND DWX-50五轴联动数字加工设备(日本)，3520-AT生物力学实验机(美国AT仪器，美国)，ETM504C万能试验机(深圳万测实验设备有限公司，中国)。
1.2 方法
1.2.1 金属代型的制作 对标准左侧下颌第一磨牙进行牙体预备，要求♂面功能尖磨除1.5 mm，非功能尖磨除1.0 mm，轴面聚合度为6 °，肩台宽度为0.8 mm的浅凹型肩台，各预备面点线角圆钝、光滑、连续，无倒凹区，无任何尖锐棱角。利用专用的铸造蜡以1∶1的比例制作底座及预备体蜡型，常规安插铸道、包埋、铸造，完成18个金属代型的制作(图1)。
1.2.2 全锆冠的制作与黏结 将18个金属代型固定在3Shape光学印模扫描仪观测台上，扫描出18个预备体的3D模型，并将数据导入到Dental Designer软件，系统会自动生成下颌第一磨牙的标准解剖形态的修复体。根据实验需要修整至♂面厚度为均匀的1.0 mm[4-5]，肩台宽度为0.8 mm，并且使冠边缘处与金属代型的肩台平滑相接。然后把所得到的数据传递给CAD切割机。采用秦皇岛泽克尼有限公司提供的锆块，根据厂家的产品指导手册按照特定放大比例进行切割，完成修复体制作(图2)。然后用3M玻璃离子将制作完成的全锆冠分别粘固于相应的金属代型上，并将18个全锆冠浸泡于蒸馏水中置于37℃的恒温箱中24 h后取出。随机分成A、B、C 3组，每组6个，待用。
1.2.3 循环加载实验 将A组和B组全锆冠分别固定在生物力学试验机夹具的底座上，利用直径为4 mm的不锈钢半球形压头垂直于♂面，并用咬合纸调整加载头与全锆冠的咬合接触位置，使加载头和全锆冠远中颊尖的舌斜面、远中舌尖的颊斜面、近中舌尖的颊斜面形成3个接触点。然后依次进行循环加载，加载频率为8 Hz，循环次数为300 000次[6]，其中A组加载力为500 N,B组加载力为300 N(图3～5)。
1.2.4 抗压强度测试 将循环加载后的全锆冠依次置于万能试验机上进行压缩实验测试。测试时全锆冠均固定于夹具上相同位置，用直径4 mm的不锈钢半球形加载头垂直于♂面，对冠施加50 N预载荷，使压头与♂面形成稳定的三点接触后，采用5 KN的力值传感器，加载头以0.5 mm/min的恒定速度加载于全锆冠的中央窝，通过计算机观察，当全锆冠发生碎裂，停止加力，记录当时的力值(图6)。
图1 金属代型 Figure 1 The metal preparation die
图2 制作完成的全锆冠 Figure 2 The complete full-contour zirconia
图3 循环加载实验 Figure 3 Cyclic loading test
图4 循环加载后的全锆冠 Figure 4 Zirconium full crown after cyclic loading
图5 循环加载实验所用夹具设计图 Figure 5 The fixture design used in cyclic loading experiment
图6 抗压缩破坏力实验 Figure 6 The final loading test
1.3 统计学方法 应用SPSS 21.0统计软件分析数据。计量资料比较采用单因素方差分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
试件以♂面加载点为中心完全断裂为2～4块，其中位于加载中心点的部分呈粉碎性条状。♂面中心加载区可见呈粉碎状的锥体状裂纹以及以锥体状裂纹为中心向周围扩散的放射状裂纹。
A、B、C 3组间的抗压强度差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。
表1 各组抗压强度比较
Table 1 Comparison of compressive strength of each group 
组别抗压强度A组4 501.00±812.84B组4 193.33±335.68C组4 416.00±156.25F值0.475P值0.631
3 讨 论
氧化锆陶瓷材料在生物相容性、美观性、介电性、耐腐蚀性、透光度和热稳定性方面有着无可比拟的优势[7]。我国于2000年将进口氧化锆材料引入口腔修复领域，但其属于脆性材料，在人体口腔内反复咀嚼的应力作用下容易发生脆性断裂[8-10]。口腔修复体除了需要具有优良的强度和美观性外，其抗疲劳性能也要满足患者长期使用的要求[11]。临床上经常会碰到患者询问修复体的使用寿命，医生往往很难回答。尤其是对于修复承担主要咀嚼力量的后牙的全锆冠，医生更应该了解其在口腔内长期使用后的机械性能变化。目前国外有学者以循环加载试验的方式进行修复体材料机械性能的研究[12]。本研究就是通过对全锆冠施加循环加载，以模拟受力一段时间后的修复体，并测试其抗压强度，了解其机械性能的改变情况。
陶瓷是多晶多相材料，其显微结构最基本的要素是晶体相、玻璃相和气相这三者。其中晶体相是陶瓷的主要组成相，决定着陶瓷的物理化学性能。氧化锆陶瓷修复体的晶体结构主要为立方相、四方相、单斜相3种。常温常压下，纯净的氧化锆为单斜相晶体，随着温度的升高，在1 170 ℃左右晶体结构由单斜相转变到四方相，到2 370 ℃左右转变为立方相晶体，这种晶型转变称为马氏体相变[13]。为了使常温下氧化锆强度增大，目前常通过向氧化锆中添加Y2O3等稳定剂，使得四方相晶体在室温条件下处于稳定状态。由于Y3+与Zr4+半径相近，Y3+在高温下进入ZrO2晶格取代Zr4+，形成置换式固溶体，这将大大降低ZrO2中t→m相变的温度，使四方相在较低的温度，甚至室温得以保留，从而提高氧化锆陶瓷的韧性及强度。另外，Y2O3可促进烧结中氧化锆的致密化。这是因为Y3+的半径(1.06 
)比Zr4+的半径(0.87 )大。当Y2O3与ZrO2形成置换固溶体时使ZrO2主晶相晶格畸变，缺陷增加，便于结构基元移动而促进烧结，从而获得较高的致密度。研究表明，随着Y2O3含量的逐渐增加，常温下亚稳态的四方相晶体氧化锆含量不断增加，氧化锆陶瓷的弯曲强度和断裂韧性也不断提高，加入Y2O3的含量达3 mol%时，氧化锆常温下全部成为四方相，此时陶瓷综合性能最佳。本研究所使用秦皇岛泽克尼科技有限公司提供的超透-ST锆块，其中就含有3 mol%Y2O3稳定剂。它采用泽克尼独特的三向压制生产工艺而成，具有卓越的通透性及强度，强度达1 300 MPa，可以用于制作单冠或3个单位的固定桥。
牙尖交错位时全牙列的最大接触面积为242～773 mm2[14]，其中下颌第一磨牙的咬合接触面积的平均值为12.6 mm2。患者口内的修复体咀嚼时承载的是0.5～3 mm直径的面。目前，在修复体抗折强度的研究中，大多采用2～8 mm之间的小直径的压头加载，小直径压头与修复体之间为面接触。中山大学曾进行实验比较4 mm和10 mm直径加载头对磨牙全瓷冠失效模式的影响，结果发现4 mm加载头组试件的破坏大多为修复体，很少有牙体的折裂，而且试件断面上可以观察到起源于全瓷冠黏结界面的放射状裂纹，其断裂失效模式与临床上相似[15]。Qasim等[16]指出修复体抗折性研究时最好采用硬度高、强度大的不锈钢加载头。人体口腔的咀嚼运动是一个复杂的综合性运动，但下颌运动有着一定的程序和重复性，称其为咀嚼周期。据统计，一个咀嚼周期所需时间平均约为0.875 s，一个正常人每天咀嚼约2 700次。修复体在口腔整个服役时间大约需要承受107次咀嚼循环[17]。如若按照咀嚼周期0.875 s，即频率为1.14 Hz，加载次数107次进行疲劳试验的话，所需时间及人力太大。口腔循环加载实验频率介于2～8 Hz之间即可模拟临床咀嚼，而循环加载实验加载次数达到300 000次对临床研究就有意义。修复体及牙齿在人体口腔咀嚼运动时所承受的实际咀嚼压力，也是上下牙咬合时牙周组织所承受的力量，称其为♂力。♂力的大小会因为不同个体、年龄、健康状况、牙周膜阈值等而有所不同。有研究发现男性的第一磨牙♂力最大，且最大♂力均数约为500 N。据报道，口腔日常咀嚼压力大小约为最大♂力的37%～40%，而实验表明，人体一般日常食物所需的咀嚼压力最大可达300 N。在氧化锆陶瓷循环载荷的实验中，存在亚临界微裂纹的扩展[18]。在应力诱导的作用下，微裂纹不断积累，材料的性能也会逐渐降低。本研究采用直径为4 mm的半球形不锈钢加载头，将加载频率设为8 Hz，循环次数设为300 000次，模拟1年的口腔咀嚼功能次数[6]。采用500 N的力值垂直循环加载于全锆冠以模拟人体使用最大♂力咀嚼食物，采用300 N的力值垂直循环加载模拟日常咀嚼食物，结果表明使用300 N和500 N的不同力值循环加载全锆冠，对其抗压强度无影响。
真实的口腔环境极为复杂，它融合了物理、化学、生物等多种因素于一体。无论是天然牙还是修复体，其形状均很复杂，♂平面各点受力大小均不相同[19]。本研究虽不能完全模拟全锆冠在口腔中的真实使用情况，但为了解其机械性能的改变提供了参考。使用一定力值进行300 000次循环加载对全锆冠抗压强度无影响。因此，可以认为全锆冠机械性能能够满足临床的需要。
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