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人牙匹配易加工義齒材料問世

中國新聞網·遼寧 2019年11月18日 17:15

  中新網遼寧新聞11月18日電 (沈殿成)近期,中國科學院金屬研究所材料疲勞與斷裂實驗室劉增乾研究員和張哲峰研究員與美國加州大學伯克利分校的Robert O. Ritchie教授以及吉林大學開展合作,他們結合生物力學原理,采取組成復合化和組織結構仿生化設計,將臨床應用的氧化鋯陶瓷與生物相容性樹脂相結合,通過模仿天然貝殼珍珠層的微觀組織結構,設計研發成功硬度、強度和模量均與人體正常牙齒完全匹配的新型氧化鋯-樹脂仿生復合義齒材料。

新型仿生復合義齒材料的宏觀外形、微觀組織結構及其與天然貝殼的比較

  新型義齒材料微觀上具有與天然貝殼類似的組織結構,氧化鋯以片層形式平行排列或以“磚墻”形式緊密堆疊,其間的空隙以樹脂填充,如圖1所示。新型義齒材料保留了氧化鋯陶瓷優異的生物相容性、耐腐蝕性和美學效果,并且具有一定的塑性變形能力和獨特的動態耗能特性,即義齒在受力時能夠通過粘彈性變形消耗外力施加的能量,從而起到保護牙床和對磨牙齒的作用。與牙齒對磨實驗表明:新型義齒材料具有比氧化鋯陶瓷更低的摩擦系數,能夠顯著減輕義齒對人體正常牙齒的磨損,如圖2所示。特別是新型義齒材料的斷裂韌性高于目前報道的所有義齒材料,其仿生結構通過促進裂紋偏轉、阻止裂紋張開等機制對裂紋擴展起到有效的阻礙作用,如圖3所示。此外,新型義齒材料能夠很容易地進行機械加工,特別是利用計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)的方法在醫院進行現場制作,如視頻所示,從而改變現有氧化鋯全瓷義齒私人定制式的生產方式,實現批量供貨,顯著降低義齒的制備加工成本,并縮短患者的等待時間。

牙齒(牛牙)在模擬口腔環境中與氧化鋯以及新型仿生義齒材料對磨后的表面形貌

  與目前報道的其他所有義齒材料相比,新型仿生復合義齒材料與人體正常牙齒的力學性能匹配程度最高、加工性能最好(以脆度因子衡量),并且斷裂韌性最為優異,因此有望替代目前應用廣泛的氧化鋯全瓷義齒,顯著提升義齒的使用效果并延長其使用壽命,具有可觀的應用前景和市場潛力。

  目前,研究團隊正在就新型義齒材料在模擬實際應用條件下的壓-壓疲勞性能、著色以及生物相容性等方面開展進一步研究,并且正在與醫院合作開展臨床應用方面的探索,旨在推進新型義齒材料的實際應用。

新型仿生義齒材料的裂紋擴展阻力曲線與裂紋擴展形貌

及其斷裂韌性和模量與其他義齒材料的比較

  上述研究成果于近期發表在Advanced Materials(doi: 10.1002/adma.201904603),文章第一作者為中國科學院金屬研究所的博士研究生談國旗。相關工作得到了國家自然科學基金項目的資助(資助號:51871216,51501190)。

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