第六章_口腔生物材料s

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1、第六章 口腔生物材料补充材料（口腔生物化学）一、牙及周围组织的化学组成 牙体组织包括：釉质、牙本质、牙骨质、牙髓 牙周组织包括：牙周膜、牙槽骨、牙龈牙釉质6. 1口腔材料的定义及其分类 6.1.1口腔材料的定义和发展概况：主要是指用于修补缺损的牙齿或 替代缺损、缺失的牙列，使其恢复解剖形 态、功能和美观的生物材料，广义上也指 用在口腔预防保健和对畸形的矫正等医疗 活动中的各种材料。在生物材料中，口腔材料是比较有历史的 。 从历史角度看：口腔材料经历了古代、近 代和现代3个时期： 从使用的材料性能看：经历了天然物质、 金属、陶瓷、高分子、复合材料的综合发 展的过程； 从医学角度看：经历了从体外到

2、体内，从 局部到全身的发展变化。 早在公元前700前500年，古意大利和古罗马就 开始使用金制作的牙冠； 公元1世纪，古罗马人 使用棉绒、铅等物质作为牙的填充材料； 在中国唐代（618 907年），有使用银膏补牙齿 的记载，（其成份是银、汞和锡与现代牙科中使 用的汞合金类似）； 1770年开始使用低熔点合金材料于牙科中； 1792年，瓷牙制备方法获得了专利，被认为是义 齿发展史上的重大贡献， 19世纪开始研究和使用银汞合金，被认为是对修 复材料领域的重大贡献，同期硫化橡胶开始用于 制作义齿的基托，直至1937年被甲基丙烯酸酯基 托所取代。 进入20世纪以来，齿科材料得到了显著的发展机 会，由于

3、化学合成技术和物理改性技术的进步， 使得各种已经在使用的材料得到了进一步的改进 和精制； 1937年德国开发了丙烯酸酯树脂基托材料（牙托 水和牙托粉），这是合成高分子在口腔领域中的 重大贡献； 1960年1970年之间各种水门汀材料被开发； 1978年羟基磷灰石生物陶瓷作为植入材料应用于 口腔临床，促使人们对模拟人体组织成份和结构 材料的研究开发。 20世纪60年代开始，口腔材料得到了空前 的发展：新的高强度口腔陶瓷材料、新型复合树 脂和高粘性生物粘接材料、生物降解材料 以及钛合金属被广泛推广应用于口腔修复 领域，种植牙技术得到极大的发展； 21世纪口腔材料进入一个崭新的创新时代 ，纳米技术、

4、微电子技术等的发展将为口 腔材料在临床上的应用带来革命性的变化 。 6.1.2口腔材料的分类 按材料性质分类： 金属材料、无机非金属材料、有机高分子材 料、复合材料 按材料的用途分类 ： 齿科填充材料、齿科印型材料 、齿科模型 材料、义齿材料、齿科粘结材料、齿科植 入材料 、齿科预防保健材料、衬层材料 、包埋材料 、磨平抛光材料 等。6.2口腔陶瓷材料的分类及制备口腔陶瓷材料的分类及制备(1)口腔陶瓷材料的口腔陶瓷材料的分类分类 按性质可分为h单纯陶瓷和陶瓷基复合材料h氧化物系陶瓷和非氧化物系陶瓷h惰性陶瓷和反应性陶瓷h吸收性陶瓷和非吸收性陶瓷按临床使用部位分为按临床使用部位分为h植入体内和非

5、植入体内的陶瓷按临床用途分为按临床用途分为h烤瓷和金属烤瓷h铸造陶瓷h种植陶瓷h成品陶瓷牙等。 （2） 口腔陶瓷制品的制备采用天然或人工合成的材料作为原 材料，经高温熔融、淬冷、粉碎及混 合等工艺制备成陶瓷粉。制备工艺制备工艺1烧结 将初步烧结的陶瓷粉在低于熔点的温度下加热，获得致密高强度的结晶过程。烧结是陶瓷制品制备最关键的工艺环节，它决定了最终制品的性能。烧结过程通常伴随有气孔减少和体积收缩的变化。2.2.表面涂层表面涂层 表面涂层是采用一定的工艺手段，将某种材料均匀、等厚、紧密结合在另一种基底材料上的技术。常采用高温熔烧、等离子喷涂、热扩散、气相沉积、离子注入、溅射、真空镀膜等工艺进行涂

6、层。烤瓷熔附金属修复体的制作，就是采用这种工艺方法。 3.铸造 将陶瓷材料熔融后注入铸模内， 再冷却成预制体，再在特定的温度下经过 结晶化处理，析出结晶相而瓷化，使材料 获得足够强度。经过结晶化处理后进行铸 造的陶瓷材料称为铸造陶瓷材料。目前多 采用玻璃陶瓷进行铸造，其铸造工艺一般 采用熔模铸造法（investment casting）或 称为失蜡铸造法（lost-wax process）。几类口腔陶瓷材料的特性介绍（一）长石质陶瓷l结构特点：以长石为主要原料，配以石英、白陶土及少量硼砂和着色剂。少量助熔剂用以降低陶瓷的熔点。l生物学性能良好，可作为烤瓷粉的材料以及制备成品陶瓷牙、陶瓷牙面等。

7、（二）玻璃陶瓷结构特点：是玻璃经微晶化处理制得的多晶固体。与玻璃的不同处在于，玻璃是由无定形或非晶态的玻璃相组成，而玻璃陶瓷则是由一种或数种结晶相和残存玻璃相组成。与人体牙、骨成分相近，可作为植入人体材料，也可作为烤瓷材料、可磨削陶瓷材料和铸造陶瓷材料使用。（三）氧化铝陶瓷 结构特点：分为多晶氧化铝陶瓷和单晶氧 化铝陶瓷。 生物学性能：单晶氧化铝表面存在一层水 化膜，使其亲水性好。a-Al2O3增多瓷体 的性能逐渐提高。 作为人工牙根种植体 氧化铝渗透玻璃陶瓷 全瓷冠几种口腔陶瓷材料的物理机械性能6.3 陶瓷口腔材料的结构及性能 6. 3. 1陶瓷口腔材料的结构特点（一）陶瓷材料的结构(相组成

8、)陶瓷材料的显微结构通常由三种不同的相组成，即结晶相、玻璃相和气相。结晶相结晶相是陶瓷中原子、离子和分子按周是陶瓷中原子、离子和分子按周期、有规律的空间排列而成的固体相，是期、有规律的空间排列而成的固体相，是陶瓷材料中最主要的组成相，陶瓷的物理陶瓷材料中最主要的组成相，陶瓷的物理、化学性质主要由晶相所决定。陶瓷材料、化学性质主要由晶相所决定。陶瓷材料的晶体结构比较复杂，晶相的结构与配料的晶体结构比较复杂，晶相的结构与配料矿物和制作工艺有关。矿物和制作工艺有关。玻璃相非晶态固体部分，存在于各晶粒间。对于不同陶瓷其玻璃相的含量不同。玻璃相的作用是充填晶粒间隙，粘接晶粒，提高陶瓷材料的致密程度；降低

9、烧结温度、改善工艺、抑制晶粒长大等。气相在陶瓷材料中起重要作用。气孔是陶瓷成型过程中残留于制品内的气体。气孔包括开口气孔和闭口气孔，气孔存在可使陶瓷机械性能显著下降。但对陶瓷材料的光学性能有很大影响。合理控制陶瓷中气孔的数量、形态和分布极为重要。（二）结合键： 离子键无方向性，键强度较高，组成的陶瓷强度高、硬度高，但脆性也大。 共价键具有方向性和饱和性，因此共价晶体中原子的堆积密度较小。共价晶体键 强度较高，且有稳定的结构，这类陶瓷熔 点高、硬度高、脆性大、热胀系数小。 口腔陶瓷多为混合键结合。6.3.2 陶瓷口腔材料的性能 材料在口腔疾病的治疗过程中起着重要的 作用，因此，作为口腔医生其对材

10、料的一 些基本性能也是非常了解的。这些材料的 性能主要包括： （1）物理性能; （2）力学性能： （3）化学性能 （4）生物学性能(1)(1)口腔陶瓷材料主要物理性能口腔陶瓷材料主要物理性能密度密度2.4(g/cm2.4(g/cm3 3) )光透过率光透过率 50%(2mm50%(2mm板板) )热胀系数热胀系数 610610-6-6810810-6-6 线收缩率线收缩率 13%13%70%70%热导率热导率 0.042(J/cm.s. 0.042(J/cm.s. ) ) 体积收缩率体积收缩率35%35%50%50%吸水率吸水率 0%0%2%2% 口腔陶瓷材料是热的绝缘体，热胀系 数与牙体接近

11、。但口腔陶瓷材料在烧 结制作过程中，存在较大的体积收缩 而影响修复体的精度，需采取必要的 措施，如烧结前尽量除去水份、振荡 、压缩成型，以及真空烧结等防止或 减小其收缩。 影响陶瓷材料透明性的主要原因是陶瓷内存在的气孔。陶瓷粉颗粒越细，气孔越小，越致密，颗粒间的接触面积越大，但在光散射作用下透明度反而降低，因此采用适当的颗粒度可调整光透过率。对于含有石英等折光率较大原料的材料，可添加一些折光率较小的成分，如白榴石、长石等，可以提高透明性。(2) 陶瓷口腔材料的主要力学性能：压缩强度(Mpa) 3453000 弯曲强度(Mpa) 551300 拉伸强度(Mpa) 24.837.4 口腔陶瓷材料是

12、一种脆性材料(3)(3)陶瓷口腔材料的化学性能陶瓷口腔材料的化学性能 口腔陶瓷是口腔材料中化学性能最稳定的材料，均可耐受许多化学物质的作用而不发生变化，长期在口腔环境条件下，对各种食物、饮料、唾液、体液、微生物及其酶的作用，不会产生变质、变性。具体的化学性能的考核指标包括： 腐蚀性、扩散和吸附性、老化、化学性粘结等 。（4 4）口腔材料的生物学性能）口腔材料的生物学性能口腔陶瓷材料具有较好的生物学性能，在口腔内使用安全、无毒。特别是生物陶瓷，更应具有生物相容性。安全性和相容性是口腔材料的生物学性能的最基本的要求，在此基础上，生物学性能还包括生物功能（要求植入的牙科材料与宿主局部组织的成份有很好

13、的吻合，不仅不对机体产生损伤和破坏，而且能够承受各种力学作用，具备口腔器官所具有的基本功能）、生命功能（植入的口腔材料能够融入宿主的生命体系，最终成为宿主的一部分并能够承担宿主的生理功能。这一性能是口腔材料所要达的到最高理想境界，也是当前口腔材料研究的重要课题和目标。（5）陶瓷口腔材料的陶瓷口腔材料的审美性能审美性能 审美性能是口腔材料所特有的一种性能要求 。 由于口腔陶瓷材料的着色性能好，表面光泽 度高，又具有透明和半透明性，能恢复牙体 组织的天然色彩。所以，审美性能是陶瓷口 腔材料所具有的重要特色。6.4 烤瓷材料 6.4.1烤瓷材料的基本概念烤瓷是指用于制作陶瓷修复体的瓷料。适用 制作嵌

14、体、（牙）冠、贴面等修复体。为了克服单纯烤瓷材料的本身强度不足和脆 性等问题，可以利用金属底层冠（又称为金属 帽状冠）的强度在其表面熔附上一种性能与其 相匹配，且具有天然牙色的低溶瓷粉，这种瓷 粉称为金属烤瓷材料。这种修复技术，称为烤 瓷熔附金属工艺（PFM)。制成的修复体称为金 属烤瓷修复体。烤瓷熔附金属全冠牙示意图烤瓷熔附金属全冠牙特点：由制作过程的观察可以看到，烤瓷熔附金属 全冠牙具有： 形态功能好，抗折力强，颜色外观逼真，色 泽稳定，表面光滑，耐磨性和抗冲击性强 ，有良好的生物相容性，属终身性修复等 的特点。（优点） （兼具金属全冠的强度和烤瓷全冠的美观）困难与问题困难与问题：工艺较复

15、杂，技术难度高； 需要高质量的专门设备、材料； 牙体切割量多； 修复体颈部调配成自然色泽的难度大； 瓷层的脆性大，易发生瓷裂，修理较困难 等。金瓷结合原理 （1 1）化学结合（）化学结合（Chemical bond)Chemical bond)：指在烧烤过：指在烧烤过 程中合金表面所形成的氧化膜中的氧化物与底程中合金表面所形成的氧化膜中的氧化物与底 层瓷中的氧化物发生氧化还原反应，从而使界层瓷中的氧化物发生氧化还原反应，从而使界 面发生化学反应而产生牢固的化学结合。因此面发生化学反应而产生牢固的化学结合。因此 ，合金表面的氧化膜是化学反应的必备条件之，合金表面的氧化膜是化学反应的必备条件之 一。一。 （2 2）机械结合（）机械结合（MechannicalMechannical bond) bond)：金：金- -瓷间瓷间 相互交错状结合而产生的一种结合力。粗化的相互交错状结合而产生的一种结合力。粗化的 表面较之光滑面，结合强度大幅度提高。表面较之光滑面，结合强度大幅度提高。（3）范德华力：两种极化的原子或分子在 一定范围内互相靠近而产生静电吸引。合 金表面的润湿效果越好，范德华力越大。（4）压缩结合(compressive bond)：是由 于瓷粉与合金之间存在热膨胀系数差而产