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背景近年来,氧化锆陶瓷材料因其具有良好的化学稳定性、生物相容性和美观性而在口腔修复领域备受青睐。随着计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)技术在口腔修复领域的迅速发展,全解剖式氧化锆冠因其具有数字化设计完成后直接加工成形,无需人工参与饰瓷的优势,越来越多地被应用于临床。全锆冠的数字化制造技术主要包括减材制造(Subtractive manufacturing)技术和增材制造(Additive manufacturing)。目前临床常用的是减材制造生产的常规切削素烧制作的全锆冠,但它存在较多的材料浪费和制造缺陷。随着材料学的发展,有学者研发出可以采用三维(Three dimensional,3D)胶态成型的制作工艺,这种增材制造生产的全锆冠不仅节省了大量因切削浪费的氧化锆原料,而且能够通过数字化流程将不同尺寸的氧化锆胶体分层堆积,消除了晶体颗粒之间的缺陷,形成相对平整的表面。不同的制作工艺可导致氧化锆材料表面性能的差异,进而影响修复体表面细菌的粘附和生物膜的形成。因此,本研究拟揭示两种不同制作工艺对全锆冠表面结构和表面性能的影响,并进一步探究它们表面细菌粘附和生物膜形成的差异。研究目的本实验对比两种不同制作工艺的全锆冠表面结构和表面性能的不同,并进一步探究它们表面细菌粘附和生物膜形成的差异。材料与方法本课题分为两个部分:1、材料表面性能实验:(1)将临床上常用的两种全锆冠制备成直径为15mm,高度为1mm的圆盘试件,共40片,分成4个小组(n=10):1)UCZ组(Unpolished conventional full-contour zirconia):采用切削素烧法生产的常规全锆冠试件;2)USGZ组(Unpolished self-glazed full-contour zirconia):采用3D胶态成型法生产的全锆冠试件;3)PCZ(Polished conventional full-contour zirconia):切削素烧法生产之后抛光的常规全锆冠试件;4)PSGZ(Polished self-glazed full-contour zirconia):3D胶态成型法生产之后抛光的全锆冠试件。(2)使用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)、接触角测试仪对四组全锆冠材料表面进行表面微观结构,表面粗糙度,接触角和表面自由能的分析。2、体外和体内细菌粘附实验:(1)体外细菌粘附实验:将临床上常用的两种全锆冠制备成直径为15 mm,高度为1 mm的圆盘试件,共12片,分成四组(n=3),分组如上。通过酶标仪和激光共聚焦显微镜(Confocal laser scanning microscopy CLSM)研究在各组全锆冠试件表面培养变形链球菌24h后细菌的粘附量和菌斑的厚度。(2)体内细菌粘附实验:将临床上常用的两种全锆冠制备成直径为3 mm,高度为1 mm的圆盘试件,共32片,分成四组(n=8),分组如上。八名志愿者在佩戴随机插入四组不同全锆冠试件的上颌颌弓24 h后,通过CLSM探究分析各组全锆冠材料表面菌斑覆盖面积的比例和菌斑的厚度。结果(1)SEM观察发现,在UCZ组和USGZ组的表面都可以看到纳米级别的颗粒。放大5000倍时,可以观察到USGZ组与UCZ组相比,表面更均匀致密。同时抛光过后的PCZ组和PSGZ组相对未抛光组均显示出更加光滑的表面。放大50000倍时,可发现UCZ组晶粒平均尺寸比USGZ组晶粒平均尺寸大。PCZ组和PSGZ组的表面虽然更加平整但在高倍镜下仍可见一些浅划痕,特别是在PCZ组上。(2)表面粗糙度结果显示,四组全锆冠试件表面粗糙度分别为UCZ组(Ra=45.9±12.6 nm),USGZ组(Ra=33.0±2.5 nm),PCZ组(Ra=16.6±1.7 nm)和PSGZ组(Ra=8.0±1.2 nm)。未抛光组和抛光组的常规全锆冠表面粗糙度都显著高于3D胶态成型全锆冠(P<0.001),且抛光明显降低了两种全锆冠的表面粗糙度(P<0.001)。(3)接触角测试结果显示,四组全锆冠试件接触角分别为PSGZ组(79.5±2.0°),PCZ组(78.4±1.8°),USGZ组(47.5±3.0°)和UCZ组(44.7±1.4°)。未抛光的UCZ组接触角明显低于USGZ组(P<0.05),而抛光之后两种全锆冠的接触角之间无统计学差异(P=0.26),常规全锆冠和3D胶态成型全锆冠在抛光之后相较未抛光时,接触角都有显著增高(P<0.001);表面自由能结果显示,UCZ组表面自由能最高为(48.6±1.7 m J/m2),其次依次为USGZ组(46.4±1.8 m J/m2)、PCZ组(46.2±1.1 m J/m2)和PSGZ组(44.9±2.4 m J/m2)。UCZ组和USGZ组,UCZ组和PCZ组之间都存在统计学差异(P<0.05)。抛光后全锆冠表面自由能降低。(4)24h MTT法检测的光密度值(Optical density,OD)显示,未抛光组和抛光组3D胶态成型全锆冠表面细菌粘附量都显著低于常规全锆冠(P<0.05)。同时抛光处理之后的两种全锆冠变形链球菌粘附量都明显减少(P<0.001)。(5)体外变形链球菌实验CLSM扫描结果显示,未抛光的UCZ组和USGZ组之间菌斑沉积厚度存在统计学差异(P<0.05),而抛光过后PCZ组和PSGZ组之间并无统计学差异(P=0.75)。(6)志愿者体内细菌粘附实验CLSM扫描显示,生物膜覆盖面积比例只有USGZ组与PSGZ组有显著差异(P<0.05)。但是,各组平均值有所不同。生物膜覆盖面积比例最低的是PSGZ组为10.4%,其次是PCZ组为12.2%,USGZ组为13.9%和UC组为15.5%;生物膜厚度结果之间均无统计学差异(P>0.05),但平均值有所不同,以UCZ组最高平均值为15.21μm,其次是USGZ组为15.19μm,PCZ组为14.08μm,PSGZ最低为13.8μm。结论(1)由于制作工艺的不同,常规切削素烧的全锆冠和3D胶态成型的全锆冠的表面晶粒尺寸大小和分布存在差异,3D胶态成型的全锆冠表面粗糙度和表面自由能更小,接触角更大。抛光处理也可以改变全锆冠表面结构和表面性能。(2)在确保全锆修复体切割精度不需要调改的情况下,两种制作工艺生产的全锆修复体都可以达到临床使用标准,且3D胶态成型法生产的全锆冠能够有效地降低细菌的粘附;在全锆冠修复体需要调改的情况下,两种全锆冠都建议在车针调改之后进行抛光处理。抛光可以改变材料表面性能且显著地降低细菌的粘附。