口腔材料学  大纲

主题

口腔外科材料

基本内容

组织教学：

复习提问：窝沟封闭剂的性能

导入新课：课程特点、课程设置、学习方法、学时分配

口腔外科材料

口腔种植材料

近年来，随着社会的发展，工业的发展，各种生物材料不断出现，加上生产工艺的更新，技术设备的革命，口腔种植体得到了不断的充实和完善，所采用的材料从金属、碳、陶瓷到多聚物四大类不下数十种，而且出现了各种复合材料，以弥补单一材料的不足。由于口腔种植体处于口腔这一特殊的环境中，不仅要和软组织牙龈接触，还要和硬组织牙槽骨接触，细分一下又包括骨松质、骨密质等不同的组织，而且其上部结构还要暴露在唾液中。这也就要求它必须具备良好的生物相容性；对体液有抗腐蚀的能力，能长期保持所需要的机械性能；材料对骨组织应有较好的生物力学适应性；同时口腔组织对材料有较好的耐受性，材料对组织没有或有极弱的化学刺激，不会产生周围支持骨的吸收。口腔种植体一般常可按其形状、材料、种植部位进行分类，下面就主要从材料方面进行阐述： 1．  金属与合金材料 金属类材料是应用最早的种植材料之一。由于具有理想的机械强度和生物相容性，加上加工工艺的不断提高，不少金属及合金材料至今仍为推崇和使用。作为种植材料，对金属要求有如下几点： ①优良的耐腐蚀性；②无毒、副作用，组织相容性好；③适宜的机械性能，耐磨、坚固；④合理的价格。 ⑴金：可认为最早的生物材料之一。早在1565年，Petronius便采用金作为骨代用品，无论是动物实验条件下，还是细胞学筛选实验乃至人体，金都显示出无与伦比的优越性，这与金的化学惰性及无毒性分不开，此外，金的另一个特性就是它的延展性极好。至今许多高级种植体系统如Branemark种植体中部分配件仍采用金或铂的合金制造。⑵316L不锈钢（铁-铬-镍合金）：不锈钢应用于骨代用品的历史可追述到1912年。不锈钢是铁基耐腐蚀合金。其金相组织为奥代体。目前应用较多的316L不锈钢，含铬18-19%，镍14-15%，钼3%，锰0-2%，硅0-0.75，铜1-1.1%，碳0.03-0.07%，其余为铁。平均电化学价约为2.7。316L不锈钢的硬度低（维氏硬度仅165），表面易于压痕，极限抗拉张强度、屈服强度和疲劳强度均低，易变形折断。但它也有其再钝化性能优良、腐蚀率低、生物适应力较好和经济便宜等优点。目前Vitreous Carbon种植体和穿下颌种植体的一部分仍采用其作为核心，外面用纯碳或羟基磷灰石涂层。（3）铸造钴铬钼合金：商品名vitallium，简称为铸钴，起始于1936年，含铬28%，钼6%，镍2-2.5%，铁0-15%，硅0-15%，锰0-1%，碳0-0.25%，其余是钴。平均电化学价为2.4%。钴基合金的强度、极限抗拉张强度、屈服强度和疲劳强度均高。其耐腐蚀、疲劳性强度也高。再钝化速度高，腐蚀率低。但其毒性较不锈钢明显为大，对钴过敏者可导致种植失败。目前国际上仅少数如骨膜下种植体会采用。（4）钛及合金：钛材料用于医疗领域仅40余年历史，1957年Downs博士首先在矫形外科使用。至今钛的使用之多是其它金属所无法比拟的。这与其优良性能是分不开的。钛的纯度可达99-100%，电化学价为4.0。钛合金含铝6%，钒3-4%，碳0-0.08%,铁0-0.25%,其余是钛，平均电化学价约为3.9%。钛质轻，弹性模量低，对震动的减幅力、硬度、屈服强度和疲劳强度均高，其抗腐蚀性、疲劳极限亦高。更主要的是钛的钝化性能极好。钝化指金属在体液中迅速氧化，在表面形成一层薄的、致密的、难溶的有晶体结构的氧化物，这层钝化膜称为氧化膜。由于氧化膜的保护，金属继续氧化的速度减慢。也就是说，氧化膜的形成就是金属耐腐蚀性的来源。钛形成氧化膜的速度相当快，在富氧的情况下被破坏的氧化层会立即得到修补。这种功能是钛在电化学次序表中的位置决定的。钛的高抗破坏能力表现在其钝化区不可能产生腐蚀。根据Branemark骨整合的理论，正是由于钛表面坚固的氧化层使得钛具备了非金属的特性。因为钛-组织界面中仅仅是氧化层与细胞和体液间形成的化学结构。因而，钛具备良好的生物相容性。而其它Co、Ni、Ge常常引起过敏反应，而且这些元素还会在人的肝、肾和脑等器官中积累起来。

2、陶瓷材料陶瓷作为口腔种植材料已有20年历史，由于陶瓷强度高，耐腐蚀、无毒、能很好地被口腔组织接受等特点，近几年发展很快，但陶瓷的脆性又是它的致命弱点，同样也限制了它在口腔种植领域的应用。目前，生物陶瓷大体上分为以下3类： ⑴生物惰性陶瓷：所谓生物惰性陶瓷材料是指这些材料植入活体组织后没有或几乎没有组织反应，它们在体内处于稳定状态。包括有单晶和多晶氧化铝、高密度羟基磷灰石、氧化锆、氮化硅等。 ⑵生物活性陶瓷：它是指那些在生理环境中具有化学活性的陶瓷。它具有在组织和种植体之间刺激化学性结合的能力。这类陶瓷种植体植入后有引导界面上骨组织形成的作用，因而能很快形成与骨组织的化学性结合。包括有低密度的羟基磷灰石（锆-羟基磷灰石、氟-羟基磷灰石、钙-羟基磷灰石等）陶瓷、磷酸钙玻璃陶瓷、生物玻璃等。 ⑶生物降解性陶瓷：是指能完全被组织吸收的陶瓷材料，包括可溶性的磷酸三钙、可溶性铝酸钙等。它具有更好的生物相容性。在植入体内初期，逐渐有机体组织长入。由于孔隙小，有较好的机械强度。但随着陶瓷在机体新陈代谢过程中被吸收，其强度便明显下降，最终被机体软硬组织所取代。临床常用在组织缺损时起过渡性支架或填充体的作用。三种陶瓷材料在口腔种植方面的应用状况：由于口腔种植体需要的强度较大，氧化铝陶瓷具有一定的优势。因此，致密型氧化铝陶瓷种植体已用于临床。氧化铝分单晶和多晶两种，前者的机械强度更大，但加工极为困难，同时极易污染，术前要注意严格的清洗，常采用干热消毒。钙磷陶瓷具有很好的生物活性，但强度低，脆性大，易发生断裂。目前多采用涂层形式出现。陶瓷类种植材料多具有很好的生物相容性和很稳定的化学性能。在物理性能方面，它们与骨组织的弹性模量较接近而可避免界面形成过大的应力。其颜色也有利于修复体恢复自然牙色泽。陶瓷类材料的主要缺点是其机械强度还不足，生物降解问题尚需要长期研究。

 3．碳素材料 碳是一种化学惰性物质，在生理环境下具有较高的稳定性，无生物降解作用。具备良好的生物相容性和物理化学性能，其弹性模量与骨相近，因而能形成良好的界面。碳素材料包括玻璃碳、低温各向同性碳等。玻璃碳种植体是研制较早、应用较早的一种碳素材料。它是纯钛的一种玻璃态物质。对碳素种植体的消毒常采用蒸汽高压或干热消毒。其主要缺点是颜色不美观，较脆弱，没有金属的机械变形作用，因此

较易折断，现已基本不用。

 4．  高分子材料 包括丙烯酸脂类、聚四氟乙烯类、聚枫等。其弹性模量低，具有较好的骨适应性。但由于高分子化和物易老化。在体液环境中易发生不同程度的降解，造成种植的失败。正是因为在以上诸多的种植材料中并没有一种是完美无缺的，往往不能同时满足生物相容性和机械性能方面的要求。因

此复合材料应运而生。

5．复合材料 种植体复合材料包括两种主要形式。一种为混合法，如甲基丙烯酸甲脂-无机物-发泡剂混合物。这种材料的弹性模量比金属、陶瓷等材料低，应力分布较好，缺点是疲劳强度低。复合材料目前研究应用最多的是涂层法。该方法通常以机械性能较好的金属或致密氧化铝为核心，表面多以生物相容性优良的生物玻璃或生物陶瓷涂布，但以相同材料复合的也不少，如钛芯表面钛浆涂层；致密氧化铝为核，多孔氧化铝涂层等。目的是增加其表面孔隙，从而扩大表面积，以利于骨组织生长和加强固位力。涂层技术可分为三大类，即烧结涂层、沉积涂层和喷涂法。其中又以烧结涂层发和等离子喷涂法使用较多。但目前复合材料也暴露出许多问题，主要集中在两方面；一是两种材料结合界面的可靠性，易发生剥脱，其二就是涂层材料本身强度不足，可致溶解吸收。在这方面仍有待进一步研

究。