口腔修复用合金材料的研究现状
(2008-07-19 08:20:47)
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合金材料贵金属合金健康 |
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【摘要】口腔修复用合金材料多种多样,本文按照贵金属含量进行分类,分别介绍3类口腔修复用合金材料的主要特点和临床应用现状。
牙科修复合金材料根据贵金属含量的多少分为高贵金属合金、半贵金属合金和非贵金属合金,也可以根据合金的用途分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类合金材料,还可以根据合金中主要元素的组分分为金基合金、银基合金、钯基合金、铜基合金等。本文主要采用国际标准化组织(In temational standard Organization,ISO)的分类方法,重点介绍贵金属合金材料、半贵金属合金材料和非贵金属合金材料。
一、贵金属合金材料
根据ISO 1562标准,此类合金的贵金属含量≥75wt%,此处的贵金属是指金(Au)和铂族元素(铂、铑、钯、铱、钌、锇)。由于贵金属含量高,此类合金都有极好的生物相容性,良好的色泽,极高的耐腐蚀性和好的铸造性。用于牙科历史最为悠久的是黄金,据统计,1994年发达国家牙科领域黄金用量达到55吨,而发展中国家牙科用量仅为5.1吨,分别占世界黄金总需求量的2%和 0.18%。在我国,由于历史原因,牙科贵金属的消费量更少。此类贵金属合金中以金元素的含量最多,也可称为金基合金。金元素含量在88.4%以上时,硬度较低,没有热处理效果,故而其机械性能达不到临床使用要求。为了使金合金的机械性能、强度、硬度达到较高的水平,牙科铸造用金合金一般都含有5种或5种以上的其他元素,主要有Cu、Ag、Pd、Pt、In、Zn等,具有明显的时效硬化效应。根据美国牙科协会5号标准(ADA No.5),此类合金的熔化温度870-930℃,最软的Ⅰ类合金(用于嵌体修复)淬火态的最低维氏硬度为50,最硬的Ⅳ类合金佣于全冠、支架修复)淬火态的最低维氏硬度是150,硬化态维氏硬度的最小值为220。
有学者认为这类合金实际上是Au-Ag-Cu的三元合金,热处理后合金机械性能的变化主要是由有序无序化转变产生的[1,2]。在此基础上添加少量的铂、钯、铟、锡、锌、钌、铱等元素构成5-8元合金,铂、钯可以提高系统的强度和化学稳定性,铱、钌为晶粒细化剂,锌具有去氧化、成渣作用,多元合金较三元合金具有更优异的综合性能。有学者发现AuCu等原子比二元合金在室温下可以被诱导进行AuCu相的有序化转变,这就提出了在口内温度下时效硬化的可能性[3]。藉此研究出一种牙科金合金,通过降低有序化转变温度,使之在口内环境就具有时效性。该合金戴入口内2天左右硬度就可增加至原来的2倍。因此该合金修复体在粘固时较软,具有良好的边缘适合性,2天后合金硬度增加,具有较好的机械强度[4,5]。由于该合金的单一相结构,其抗腐蚀性也是相当高的[6]。
二、半贵金属合金材料
根据ISO 8891标准,这类合金的贵金属含量在25wt%-75wt%。20世纪70年代由于金价的大幅上扬,出现了大量的金合金的替代合金,以期降低牙科修复材料的成本,其中大多数可以归为此类。由于合金中降低了金、铂等元素含量,进而以银、铜、钯等元素代替,合金的价格降低了,同时合金的机械性能保持了原有水平,甚至还有提高,故而在临床大量使用。然而,由于贵金属含量较低,一般认为其生物相容性不如贵金属合金材料,合金的抗晦暗性受到影响。目前关于这类合金的标准有ISO 8891、日本标准齿科铸造用银钯铜合金(JIB T6106)与齿科铸造用银合金(JIB T6116)。由于这类合金种类繁多,分类不易,故择其代表性材料做一介绍。
1.银钯铜合金:德国作为生物白金材料开发,该系统合金的典型组分为50%-57%Ag,25%-33%Pd,10%-15%Cu和5%-20%Au[7],由于其贵金属含量较金合金少,也称为半贵金属合金。合金中Ag含量较大,成本较金合金大幅降低。同时其机械性能、铸造性能较好,可以达到Ⅲ类金合金的标准,替代合金。添加Pd元素可以细化晶粒,同时抑制Ag的硫化作用,提高合金的抗腐蚀性,改善机械性能,改善合金色泽。加入Cu使合金具有时效行为,经过适当的热处理,机械性能可以得到较大的改善。但是当Cu>20wt%时会显著降低材料的抗腐蚀性,导致合金色泽发红,降低材料的抛光度。Au在银钯合金中的作用,一般认为可以提高合金的延展性,改善合金抗腐蚀性。该系统合金经过适当的热处理,能够达到Ⅰ-Ⅳ类金合金的性能要求,也被称银钯铜合金经一定热处理后性能得以改善的机制与合金的组分关系很大,一般认为有以下几种:①Cu-Pd有序相的形成(L20型)[8];②Cu富集的α1相沉积[9];③α固溶相分解为Cu-Pd有序相(L20型)和Ag富集的α1相[10]。另据Kamovsksy[11]报道,不稳态分解(spinodal decomposition)出现在40%Ag-25%Pd-Cu合金热处理的早期阶段,但是它的有序相结构与合金硬化无关。
2.高钯合金也可称为钯基合金,第一代钯基合金以Pd-Cu-Ga合金为代表,具有较高的屈服强度和硬度,但同时抛光性和适应性较差。第二代钯基合金以Pd-Ga合金为代表,该类合金具有适宜的屈服强度和硬度以及良好的抗腐蚀性,已应用于临床修复治疗。第三代为Pd-Cu-Au合金。高钯合金在西方国家应用较广,约有50%的烤瓷溶附金属(PFM)修复体采用此类合金制作。对于金合金替代材料的临床表现,目前尚无统一的观点,Sturdevan[12]对15种替代合金(7种商品合金、8种实验合金)进行了8年的临床随访研究,结果表明,作为金合金的替代材料长期使用,其性能满足临床要求,抗晦暗性和表面抛光光洁度在临床可以接受的范围内,在观察期内均未出现继发性龋坏、牙龈炎及过敏。
三、非贵金属合金材料
这类合金中不含有贵金属元素,因而价格低廉,是发展中国家应用时间较长、用量最大的牙科合金材料。该类合金主要有镍铬合金、钴铬合金和钛合金。镍铬合金、钴铬合金熔点较高,价格低廉,有良好的机械性能,但是其生物相容性差,制作的修复体常会引起口腔黏膜变黑、红肿、口臭、过敏等症状。目前对于镍和铬的致敏性和致癌性已有较为一致的认识。镍和铬是已知的变应原,有研究结果显示镍可导致超敏反应,且高达34%-65.5%,女性过敏率明显高于男性,女◇男为10◇1。Ni2+、Co2+有使DNA自我修复功能改变和致癌效应,同时Ni有轻至中度的基因突变性,能诱发鼻癌、肺癌[13]。对铬的过敏性有报道为男性1.5%、女性 4%。鉴于此原因,镍铬合金、钻铬合金正逐步被更为适合的材料取而代之。
医用钛合金在牙科方面的应用主要见于牙科种植体材料,但是临床常用的TiA16V4在长期使用中会析出微量的A1和V, A1与一些神经系统疾病的发生有关,V具有很强的细胞毒性,因此,研制高强度、良好生物相容性的优良钛合金极有必要。β型医用钛合金具有良好的生物相容性,通过添加微量元素可以降低熔点,提高抛光度、打磨性能,目前这方面的研究越来越多。
随着社会的发展和经济水平的提高,具有更好生物相容性、更强的机械性能的口腔修复用合金材料将会成为市场的主流,作为临床医师则应该严格把握适应证、禁忌证,选择最为适宜的修复体材料,在保证美观、功能、远期效果的同时充分考虑患者的承受能力。
参考文献
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