中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

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2021年9月1-3日 | 上海世博展览馆2&4号馆

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纯干货|口腔种植体基台的材料及选择

2021-01-07



常用的种植体基台材料可划分为5个类别: 钛(机械加工、抛光、激光蚀刻)、外科级不锈钢、铸造金合金、氧化锆、聚醚醚酮(PEEK),那么临床中如何合理选择基台材料呢?笔者主要从一下几个方面进行考量。

材料性能

1.1钛

钛是唯一一种能够将韧性、轻质、良好的生物相容性及耐用性和高强度完美结合的材料。钛比任何已知的元素都具有较高的耐腐蚀性和最高的强度重量比。钛基台是由工业纯钛或钛合金制作的。工业纯钛被广泛用于医学,是因为其耐腐蚀性、强度高、生物相容性的特点。


🔺图1 钛在元素周期表中排列为22号

少量添加氧和铁会影响工业纯钛的机械性能。通过严格控制这些成分的添加,可以生产出各种等级(1级-4级)的工业纯钛来满足不同的应用(图2)。氧、铁含量最低的工业纯钛最易加工成形,而逐步增加氧含量可以提高材料强度。


🔺图2 从1级到4级,氧、铁含量逐渐增加,强度逐渐增加

钛合金(Ti-6Al-4V、Ti6Al4V、或者Ti-6-4)。钛合金也称为五级钛。钛合金包含 6% 铝、4%钒、0.25%(最大值)铁、0.2%(最大值)氧气,其余成分均为钛。Ti-6Al-4V 合金强度显著强于工业纯钛,能提供更高的抗拉强度和抗断裂性能。


🔺图3 后牙区种植修复首选钛基台

由于独特的物理特性,后牙种植修复首选钛基台(图3)。这些基台可以是预成的成品基台或 CAD/CAM 研磨的个性化基台。

1.2 外科不锈钢

外科不锈钢是一种用于医学领域的特殊类型不锈钢,含有铬、镍、钼等合金元素。不锈钢易清洁和消毒,强度高,耐腐蚀。镍 -铬 - 钼合金有时用于种植体基台,但免疫系统对镍有潜在的过敏反应。外科级不锈钢可作为临时基台使用,但不是修复基台的理想材料。

1.3 铸造金合金

用于种植体的基台的铸造金合金成分为:60%~65% 的金,20%~25% 的钯,19%铂和 1% 铱。种植体制造商认识到早期的“成品基台”具有局限性,开发了一种可铸造基台,称为 UCLA 基台。


🔺图4 UCLA基台及配套使用的金合金材料

这种基台由机械加工的金合金基底和与之相连的塑料套管组成;金合金基底与种植体相匹配;塑料套管可以切割和修改,制作蜡型用于金合金铸造(图4)。自 20 世 纪 90 年 代 末 以 来, 有 一 个 共 识 认为:与氧化铝(过时的全瓷材料)和钛相比,金和 烤 瓷 的 软 组 织 反 应 较 差。这 些 观 点 来 自 于Abrahamsson 等 1998 年的动物学研究。由于该研究的结果,许多临床医生完全拒绝使用金合金铸造基台。Abrahamson与 Welander 在后期的研究(Welander 等,2008 年)中再次强调,与金相比,钛和氧化锆有更优越的软组织反应。

对于不同基台材料,我们会关注它们形成和维持“种植体封闭”的能力;从这一点而言,金合金与钛、氧化锆相比存在劣势,临床尽量不要选用。

1.4 氧化锆

氧化锆是一种白色晶体氧化锆(图5)。自然界存在的主要形式是单斜晶体结构的矿物斜锆石。生 物 材 料 学 和 陶 瓷 制 造 技 术 的 进 步 使 强 度高、生物相容性好的氧化锆用于生物医学设备和种植体基台。氧化钇部分稳定四方相多晶氧化锆(Y-TZP)、粉末喷射成型(PIM)、热等静压技术(HIP)的应用是氧化锆发展的标志。其他的发展如氧化铝增韧氧化锆和铈掺杂氧化锆的应用,可阻止氧化锆老化的进展,并将其影响范围控制到最小。


🔺图5 氧化锆粉末和氧化锆坯块(爱尔创)

由于其优越的材料性能和强度,不论是美学的考虑,还是高负荷的要求,均可使用氧化锆材料(例如美学区病例,后牙固定修复桥、种植体基台、多单位种植修复)。氧化锆有很高的抗弯强度和断裂韧度、杨氏模量,与钢类似。除了强度之外,氧化锆最大的优势是卓越的组织整合能力。各种研究已证实氧化锆基台在保持软组织和边缘骨的稳定性方面的成功。结果表明,基台材料类型影响着周围组织的量和质地(氧化锆和铸造金合金对比)。此外,氧化锆基台能大大降低细菌和菌斑的附着,防止软组织炎症。


🔺图6 基本被淘汰的全氧化锆基台(左)及与Ti-base结合使用的氧化锆基台(右)

需要特别注意的是调改和打磨氧化锆给牙医和技师带来了挑战。调改烧结后的氧化锆部件会显著增加产生微裂纹的风险,这可能导致后面行使咀嚼功能时出现破裂;之前曾用于临床的基台-种植体连接部为氧化锆的基台已基本被淘汰,目前,常推荐氧化锆基台与Ti-base结合使用,常规用于美学区种植修复(图6)。

1.5 聚醚醚酮(PEEK)

PEEK 已成为最流行的临时基台材料。它是一种米黄色或白色的有机聚合物和结晶热塑性塑料,具有优良的机械性能和耐腐蚀性能。杨氏模量是3.6 GPa,抗张强度 90~100 MPa。它具有很高的耐热降解性,以及抵抗有机物和潮湿环境侵蚀的能力。


🔺图7 PEEK临时基台

这些强有力的特性使 PEEK 成为临时基台的完美材料(图7)。早在 1987 年,Williams 等进行的动物研究证明 PEEK 材料具有生物相容性。1995 年,Hunter 等将 PEEK、钛、铬钴(CoCr)用于整形手术,并进行比较;发现三者在成纤维细胞或成骨细胞的附着方面没有差异。

在口腔领域中,PEEK 聚合物被用于修复基台和愈合基台;PEEK 基台是临时修复基台或愈合基台的首选。尽管目前,PEEK 聚合物的研究有限,但它的应用是有前途的。

02 基台位置


🔺图8 穿龈部位软组织厚度不足时使用钛基台存在美学风险

钛基台表面可以处理为金色涂层。在基台表面的金色涂层称为氮化钛。氮化钛涂层是由钛和氮以等离子体形式形成,然后以分子形式结合在基台钛表面(图9)。


🔺图9 氮化钛涂层钛基台(左)和 银白色的钛基台(右)

20 世纪 80 年代,氮化钛首次使用在医疗器械行业。氮化钛的生物相容性检测已经进行了多年,这些检测以及随后的临床应用,证明氮化钛具有生物相容性,可以应用于与骨、皮肤、组织或血液相接触的植入式医疗器械中。

03 基台形成软组织封闭的能力


🔺图10 基台与软组织形成并维持组织封闭的能力非常关键

选择种植体基台的关键因素之一是它的清洁性能,菌斑的形成开始于糖蛋白附着在釉质和种植体表面,形成很薄的一层称之为薄膜。虽然薄膜本身是无害的,但是它提供了一个细菌附着的环境。生物膜是一种多种有机成分聚集形成的集合体。最初,革兰阳性需氧球菌吸附在这个薄糖蛋白层或薄膜上。随着这些细菌菌落的繁殖,创造了一个厌氧环境。该环境为更具危害的革兰阴性杆菌的侵入聚集提供有利条件。生物膜形成了一个导致牙齿龋坏的酸性环境,同时也会导致牙周疾病。

种植体周围黏膜封闭的破坏是由薄膜和生物膜的产生发展及随后炎症导致的骨吸收造成的(图10)。因此,基台材料与软组织形成并维持组织封闭的能力是我们关注的要点。

各种不同基台材料形成并维持软组织封闭的能力见表1,优先推荐钛与氧化锆基台。


🔺表1 各种不同基台材料形成并维持软组织封闭能力的对比

04 小结

综上所述,选择种植体基台的临床建议是:后牙区种植修复首选钛基台,美学区薄龈生物型或穿龈部位软组织厚度不足(小于3mm)时,首选氧化锆基台或者氮化钛涂层的钛基台,临时修复基台或愈合基台首选PEEK 基台;慎重选择铸造金合金制作修复基台,不使用不锈钢材料制作修复基台。

作者简介:



🔘北京大学口腔医院二门诊种植科副主任医师
🔘口腔医学博士,《口腔种植读书会》发起人。
🔘华人美学牙科学会理事。
🔘国际口腔种植医师学会中国专家委员会理事。
主持科研课题3项;申请并主讲3项国家级继续教育项目及10项北京市级继续教育项目课程,发表中英文科研论著10余篇;主译《口腔种植体基台临床设计与制作指南》、《口腔种植修复学》(第二版)上、下卷、《PRF在口腔再生治疗中的应用》、《数字化口腔种植学》等5部专著。

文章来源:口腔种植读书会