3D打印牙科陶瓷材料在口腔修復領域的應用進展

李昊，廖紅兵

（廣西醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院口腔修復科，廣西 南寧）

0 引言

牙科陶瓷材料是一種生物惰性材料，具有優(yōu)異的力學性能、生物相容性以及良好的耐磨、耐腐蝕性和類似天然牙的美學性能，因此，其在牙科修復材料中的應用日漸廣泛[1-4]。常用的牙科陶瓷材料根據(jù)主要成分不同，可分為氧化鋁陶瓷、二硅酸鋰陶瓷、氧化鋯陶瓷、復合陶瓷等，在牙科全瓷修復體制作中，可采用不同的工藝加工，主要包括粉漿涂塑法、失蠟熱壓鑄造法等[5]。以這些傳統(tǒng)方法制作出滿足患者個性化需求的修復體，需依賴有充足經驗的技師，且工藝流程耗時長，難以滿足日益增長的市場需求。近年來興起的計算機輔助設計與輔助制作（computeraided design/computer-aided manufacturing，CAD/CAM）技術，與傳統(tǒng)加工方法相比，雖然能簡化工藝流程，但其材料利用率不足，成本較高，因此在應用中受到了一定限制。

3D打印技術也稱為增材制造技術或增量制造技術（additive manufacturing，AM），是建立在三維數(shù)學模型數(shù)據(jù)基礎上，利用連續(xù)分層打印及層層疊加，最終形成三維實體的技術[6]。3D打印技術在成型過程中無需使用刀具和模具，對原材料利用率接近100%，可大大降低生產成本，簡化生產工序，縮短制作周期，并制造出傳統(tǒng)成型工藝難以生產的復雜結構，具備傳統(tǒng)成型工藝無法比擬的優(yōu)勢[7，8]。目前常用于牙科陶瓷材料成型的3D打印技術，包括光固化快速成型技術、噴墨打印技術、選擇性激光燒結/熔融技術等[9-11]，而光固化快速成型技術又包括立體光刻成型技術、數(shù)字光處理技術和基于光固化成型的掩膜投影技術[12-14]。氧化鋁陶瓷、二硅酸鋰玻璃陶瓷、氧化鋯陶瓷、復合陶瓷等常用的牙科陶瓷材料，均可用于3D打印[15，16]。

結合3D打印技術與陶瓷材料的優(yōu)點，應用3D打印成型的陶瓷修復體治療口腔疾病，是目前口腔臨床醫(yī)療發(fā)展的熱門方向之一。本文主要闡述現(xiàn)階段3D打印牙科陶瓷材料在口腔修復領域的應用進展，對其作一綜述。

1 在貼面修復中的應用

貼面修復是采用粘結技術，對一定程度的牙齒表面缺損、著色牙、變色牙和畸形牙等，在保存活髓、少磨牙或不磨牙的情況下，用修復材料直接或間接粘結覆蓋，恢復牙體正常形態(tài)和改善其色澤的一種修復方法。與以往常用的烤瓷全冠類修復相比，瓷貼面修復可避免磨除患者大量的牙體組織[17]，并具有良好的邊緣適合度以及舒適度等[18]，因此受到了諸多患者的青睞。

Ioannidis等[19]通過比較光刻成型3D打印技術制作的氧化鋯超薄貼面、CAD/CAM技術制作的氧化鋯超薄貼面、熱壓鑄瓷（IPS e.max Press）超薄貼面的承載能力，發(fā)現(xiàn)三組貼面的承載能力均超過臨床中可能承受的負載力，而3D打印氧化鋯貼面的80%最大承載能力、開始斷裂時的載荷、貼面完全斷裂的荷載高于其他兩組，兩組氧化鋯貼面開始斷裂時的載荷、貼面完全斷裂的荷載及抗彎強度高于熱壓鑄瓷組，且斷裂形態(tài)的分布較為合理，這提示3D打印氧化鋯瓷貼面在臨床應用中具有一定優(yōu)勢。

2 在冠橋修復中的應用

全冠是應用最為廣泛的口腔修復體，其覆蓋整個牙冠表面，可用于恢復牙體缺損的形態(tài)、功能和美觀，還可用作固定橋的固位體[20]。隨著打印制作方法的改進以及陶瓷材料研究的深入，3D打印陶瓷材料在制作全瓷冠及全瓷固定橋方面的技術日益成熟。

2009年，Ebert等[21]用直接噴墨打印技術成功制作出氧化鋯全瓷單冠。該學者制作了一種氧化鋯材料的陶瓷懸濁液（27%的固體含量），然后用經過改良的噴墨打印機制作牙冠，得到一種橫截面結構相對均勻、氣孔級別小于微米、抗壓強度為763MPa、平均斷裂韌性為6.7MPam（0.5）的氧化鋯全冠，該打印方法存在噴嘴堵塞、噴墨精度難以控制、難以制作固定橋等復雜修復體等局限性[21]。2013年，?zkol等用改良噴墨打印技術制作氧化鋯陶瓷冠，并后續(xù)燒結致密，制造出了強度堪比冷等靜壓成型的氧化釔增韌氧化鋯，并通過研究對比不同固相含量的氧化鋯陶瓷漿料，從粒徑、粘度、表面張力、液滴的分布、形狀等因素分析總結了氧化鋯陶瓷漿料的配制方法，制造出相對密度達96%、抗彎強度達834MPa的陶瓷冠橋修復體[22]。2018年，丁桐桐在熔融沉積實驗平臺上，用紫外激光器系統(tǒng)替換了原來的熔融噴頭系統(tǒng)，另加載了刮料鋪粉升降平臺，在此基礎上進行光固化樹脂基陶瓷漿料的配備,以樹脂基溶劑與納米氧化鋯陶瓷溶質組成漿料，以低聚物、單體、光引發(fā)劑與其他助劑組成樹脂基溶劑，形成適合成型的陶瓷漿料配方并打印全冠，為3D打印全瓷冠技術的進一步發(fā)展提供了一定基礎[23]。王偉娜等[24]進行了基礎與臨床研究，以立體光固化3D打印、數(shù)控切削等不同技術制作氧化鋯全瓷修復體，并比較修復效果，觀察到3D打印的氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠不同部位的精度分別達到了切削氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠的制作精度；3D打印的氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠的邊緣適合性達到了臨床普遍接受的120μm以內，且與切削氧化鋯全瓷單冠、聯(lián)冠的邊緣、內部適合性無統(tǒng)計學差異；對患者進行修復治療后可見3D打印全瓷冠在口內就位良好，在后續(xù)隨訪中無不適，表明3D打印制作的氧化鋯全瓷冠橋在精度、邊緣適合性等方面能獲得滿意的效果。

3 在種植修復中的應用

口腔種植修復是一種以植入骨組織內的下部結構為基礎來支持、固位上部修復體的修復缺失牙的方式；它采用人工材料（如金屬、陶瓷等）制成種植體，經手術方法植入組織內獲得骨組織牢固的固位支持，通過特殊的裝置和方式連接支持上部的牙修復體[20]。其中，個性化根形種植體可最大限度地保存牙槽骨量，簡化手術操作，同時使種植體周圍骨的應力分布更符合生理，在口腔種植領域具有重要的發(fā)展前景[25,26]。而與金屬鈦相比，氧化鋯材料的光滑表面可減少組織的炎癥反應，從而利于組織再生[27]。

Osman等利用數(shù)字光處理3D打印技術制作出個性化氧化鋯口腔種植體，檢測了種植體精度、表面形貌、晶相結構、表面粗糙度，并測試了力學系性能，結果顯示打印的種植體精度均方根為0.1mm、粗糙度算術平均值為（1.59±0.41）μm、粗 糙 度 均 方 根 值 為（1.94±0.47）μm，具有足夠的尺寸精度，該種植體晶相為典型的釔穩(wěn)定四方向氧化鋯，抗彎強度接近傳統(tǒng)方式制作的陶瓷種植體。劉奇博等[28]在種植手術前用激光選區(qū)燒結聯(lián)合冷等靜壓技術制備氧化鋯個性化根形種植體，并評價個性化種植體的制作精度，對植體表面形態(tài)進行表征，測試主要機械性能及生物相容性，觀察到打印的種植體具有良好的精度、力學性能及生物相容性，并且能在動物拔牙窩內的種植體-骨界面形成良好的骨整合。這些研究提示，3D打印氧化鋯種植體可為口腔個性化種植的發(fā)展提供有力的技術支持，為未來種植體設計和制作提供新思路。

4 在頜面部骨缺損修復中的應用

頜面部骨缺損不僅影響患者的咀嚼、發(fā)音、進食等功能，而且還可能嚴重影響患者的身心健康。在缺損部位放置人工骨植入物，是頜面部骨缺損修復治療的重要方法，可避免組織移植療法的供體部位缺損、組織數(shù)量有限等缺點。然而，傳統(tǒng)的植入物標準件不能精確匹配患者的骨缺損部位，在手術過程中對植入物加工修改又會延長手術時間，增加手術失敗風險，易導致修復效果不理想，相比之下，使用計算機輔助設計與3D打印制作的骨植入物可以最大化匹配患者的缺損部位，縮短手術時間，改善臨床效果[29]。3D打印牙科陶瓷材料因其理化性能、生物相容性佳，并可經改性從而具備骨傳導性，誘導長入材料孔隙內的間充質細胞骨向分化，且不會導致細胞的無限增殖，在制備骨缺損修復植入物方面具有良好的應用前景[29]。

周琦琪等[29]通過3D打印成形技術制作了雙相陶瓷化骨粉/聚乙烯醇組織工程骨支架以及納米羥基磷灰石/聚乙烯醇組織工程骨支架，并通過體外、動物實驗檢測對比兩種支架的微觀結構、力學性能、生物學特性等，發(fā)現(xiàn)3D打印的雙相陶瓷化骨粉/聚乙烯醇支架孔徑為（240-600）μm、孔隙率為（49.43±8.21）%，抗折性良好，與納米羥基磷灰石/聚乙烯醇支架相比，更利于細胞附著生長，在動物頜骨缺損部位更利于骨鈣素等成骨相關因子表達，并加速骨缺損部位的骨改建愈合速度。Lopez等[30]以3D打印制備β-磷酸三鈣生物活性陶瓷支架，植入兔下頜骨節(jié)段性缺損模型中，并觀察缺損部位骨組織生長情況，觀察到3D打印的生物活性陶瓷支架可在植入8周后，使下頜骨節(jié)段性缺損恢復到與天然骨相似的水平。這些研究提示，3D打印陶瓷材料制備的植入材料可能為頜面部骨缺損修復提供可行的治療方案。

盡管在口腔修復領域應用3D打印陶瓷材料仍存在一些問題，例如，在打印技術難度、力學性能、燒結成品收縮率等方面有待進一步改善[8]，但目前已能應用該技術制備多種陶瓷修復體，如貼面、冠橋、種植體、頜骨植入物等。相信隨著3D打印技術的發(fā)展以及陶瓷材料的改進，3D打印牙科陶瓷材料將在口腔臨床醫(yī)學中獲得更廣泛的應用[31]。