正常磨牙抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究

張達(dá) 姜海英 張兆龍

1 概述

隨著口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展，牙齒缺損的修復(fù)以及牙齒鑲復(fù)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于人工牙齒代用材料的需求量日漸增加。所以牙齒修復(fù)及鑲復(fù)的人工材料研究是口腔醫(yī)學(xué)家、材料學(xué)家和生物學(xué)家工程家們研究的重要課題。欲研究人工代用材料，首先必須搞清楚正常國人牙齒的生物力學(xué)性能指標(biāo)，諸加應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、抗壓強(qiáng)度、剪刀強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊韌性、泊松尸體磨牙進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究、以期為牙齒代用人工材料的研究提供物力學(xué)參數(shù)。

2 材料與方法

實(shí)驗(yàn)標(biāo)本取自正常國人，均為男性，年齡20～30歲。拔除第三磨牙后裝入塑料袋中，密封后置于低溫冰箱保存。實(shí)驗(yàn)前限出，在室溫下解凍，將解凍后的磨牙通過機(jī)械加工的方法加工成長5 mm、寬3 mm、厚1.5 mm的試樣20個(gè)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。

在日本島津AG-10TA自動(dòng)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。該機(jī)最大量程為100 kN，使用量程為30 kN，載荷通過載荷傳感器傳遞，應(yīng)變通過應(yīng)變式引伸計(jì)傳遞。試驗(yàn)機(jī)帶有-35℃～250℃環(huán)境溫箱。本實(shí)驗(yàn)?zāi)M正常人體溫在36.5℃ ±0.2℃的溫度場下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將試樣置于裝有pH值為7.4工作臺(tái)上。預(yù)先將試樣的原始數(shù)據(jù)輸入給計(jì)算機(jī)，設(shè)定好實(shí)驗(yàn)程序，記錄方式為x-y，其中x軸為應(yīng)為，y軸為應(yīng)變。驅(qū)動(dòng)機(jī)器以2 mm/min的實(shí)驗(yàn)速度對(duì)試樣施加壓應(yīng)力，試樣破壞后計(jì)算打印機(jī)自動(dòng)輸出應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)力變曲線等數(shù)據(jù)和曲線。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖1)

為了整理和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者采用了伸長比λ，拉格朗日應(yīng)力σ、拉格朗日應(yīng)變?chǔ)煤突鶢柣舴驊?yīng)力s，即:

S=σ/λ

式中λ=變形后標(biāo)路/標(biāo)路原長，

γ =(λ2-1)

σ=力/試樣原始橫截面積。

正常國人磨牙壓縮實(shí)驗(yàn)伸長比λ，拉格朗日應(yīng)力σ，拉格朗日應(yīng)力γ，位移ΔL，擬彈性橫量E等指標(biāo)見表1。

表1 正常國人磨牙壓縮聲像結(jié)果

圖1 正常國人磨牙試樣壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線

4 討論

牙體硬組織主要為釉質(zhì)和牙本質(zhì)構(gòu)成。釉質(zhì)組織結(jié)構(gòu)包括釉柱、無釉柱牙釉質(zhì)。釉柱為細(xì)長的礦化小柱，起自釉牙本質(zhì)界，呈放射狀伸向牙釉質(zhì)表面。在窩溝處、釉柱從釉牙本質(zhì)界向窩溝底部集中。近牙頸部釉柱幾乎呈水平狀排列。近表面的釉柱較直(直釉)，近釉牙本質(zhì)界的2/3常扭曲絞繞(絞釉)。無釉柱牙釉質(zhì)在牙釉質(zhì)最內(nèi)層，以及多數(shù)乳牙和恒牙表、層約30 mm處，看不到釉柱的結(jié)構(gòu)，其中晶體相互平行排列。牙釉質(zhì)表層與其深層的結(jié)構(gòu)成分不同，其礦化程度高，含氟量高，有較強(qiáng)的抗酸能力，不易被酸溶解［1］。牙本質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)包括牙本質(zhì)小管、成牙本質(zhì)細(xì)胞突起、牙本質(zhì)間質(zhì)。其中牙本質(zhì)小管貫穿牙本質(zhì)全層，自牙髓表面向外呈放射狀排列。在牙尖及切緣處，小管較直;在牙頸部，小管呈“-”形彎曲，靠近牙髓的一端凸面向著根尖方向。在牙本質(zhì)小管內(nèi)有成牙本質(zhì)細(xì)胞突起。成牙本質(zhì)細(xì)胞胞體位于牙髓表面，排列成整齊的一層。每個(gè)細(xì)胞在近牙本質(zhì)端有一個(gè)細(xì)長的突起伸入到牙本質(zhì)小管內(nèi)。牙本質(zhì)的細(xì)胞間質(zhì)是礦化的間質(zhì)。分為二種，其一為管周牙本質(zhì)(圍繞成牙本質(zhì)細(xì)胞突起周圍的間質(zhì))，礦化程度比其余部分高，含膠原纖維少，構(gòu)成牙本質(zhì)小管的管壁;其二為管間牙本質(zhì)(位于管周牙本質(zhì)之間)礦化程度較低，含膠原纖維較多［2］。牙齒主要是由膠原纖維和羥磷灰石組成的復(fù)合材料，具有很好的生物力學(xué)性能，羥磷灰石沿軸向的彈性模量與常用用的金屬材料接近。人牙齒既有脆性材料的性質(zhì)，又具有粘彈性材料的性質(zhì)，它既能避免硬材料的脆性破壞，又能避免材料的過早屈服［3］。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磨牙具有很高的抗壓強(qiáng)度，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有一定的線性關(guān)系。20個(gè)試樣的破壞斷口多數(shù)為斜斷口，只有個(gè)別為橫斷口，分析認(rèn)為磨牙壓縮破壞為剪應(yīng)力所為。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在加卸過程中具有滯后理象，說明磨牙和其他生物材料一樣具有粘彈特性，所以在研究人工牙齒材料時(shí)要考慮到這一點(diǎn)。所制作的標(biāo)本主要成份為牙釉質(zhì)及少量牙本質(zhì)，是牙齒行使咀嚼功能的主要部分，其生物力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)修復(fù)后人工義齒的完成有很大的指導(dǎo)意義。

［1］載福隆.現(xiàn)代力學(xué)測試技術(shù).華南理工大學(xué)出版社，1998.

［2］柳兆榮.生物力學(xué)新進(jìn)展.成都科技大學(xué)出版社，1996.

［3］馬洪順.人長管狀骨生物力學(xué)性能試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī)，1990，(2):38.