摘要
目的：本研究旨在通过数字化评估方法来评估纳米硅锂喷涂层对高透氧化锆冠内部和边缘密合性的影响。
方法：本研究中，使用口腔数字扫描仪对氧化锆基台的三维分析模型进行数字扫描，并设计和制作了 30 个高透氧化锆单层瓷冠。根据所采用的表面处理方法将其分为以下三组 (n = 10)：(1) 无处理：烧结态氧化锆；(2) 50 μm AlO 颗粒的氧化铝喷砂；和 (3) 纳米硅锂喷涂。使用口腔数字扫描仪获得基台、氧化锆冠和位于基台上的氧化锆冠的三维数据。采用咬合分析方法重建氧化锆冠和基台之间的三维座合，并使用三维 (3D) 偏差分析，使用均方根 (RMS) 值评估不同改性方法对氧化锆冠内部和边缘密合性的影响。
结果：三组的三维方差分析均符合正态分布 (P > 0.05)，且方差均为齐次 (P > 0.05)。不同的表面处理对高透氧化锆冠的咬合面、轴面和边缘区域的均方根值没有统计学显著影响 (P > 0.05)。
结论：使用纳米硅锂喷涂对烧结态氧化锆进行表面改性在临床上可行，并且不会影响高透氧化锆冠的内部或边缘密合性。
临床意义：纳米硅锂喷涂层不会影响氧化锆冠的适应性，是临床上可行的氧化锆表面处理方法。在制作纳米硅锂喷涂氧化锆冠时，无需增加内部或边缘密合性的设定值。
关键词
氧化锆，硅涂层，表面处理，密合性，适应性
硅基陶瓷（silica based ceramics）是以玻璃相为基质的陶瓷材料，因其与天然牙有高度的相似性、优越的美观性及较好的力学强度，是现代临床美学牙体修复的首选材料，被大量应用于前牙美学修复中。相比氧化锆等氧化物多晶材料，硅基陶瓷具有更好的粘接性能，也可作为氧化锆表面改性材料用于改善氧化锆粘接表现。近年来，伴随患者审美意识的提高与临床美学修复需求的增加，口腔修复医生需要较为全面地理解和掌握硅基陶瓷的种类和性质、修复体的临床应用特点、粘接技术以及未来临床应用趋势，本文通过总结硅基陶瓷的临床应用现状与展望，以期为口腔医生临床应用与深入研究提供参考依据。
1.引言
高透氧化锆是一种兼具机械强度和美学功能 [1]的材料，可用于制作氧化锆单层瓷冠修复体。高透氧化锆在临床上越来越多地用于牙科美学修复领域 [2]，是未来最有可能替代氧化锆贴面瓷修复体的材料之一[1] 。由于氧化锆具有致密的晶相结构，其不利于微机械固位，也不含硅和玻璃相成分[3]。因此，与高透氧化锆粘接的耐久性是影响临床应用的一个重要问题 [4,5]。
一些研究尝试了机械表面处理、化学改性等方法来提高氧化锆和树脂之间的粘接强度 [6-11]。氧化锆陶瓷的表面处理方法包括喷砂 [6]、酸蚀 [7]、等离子体技术 [8]、激光蚀刻 [9]、熔融溅射 [10]、化学预处理 [11]、硅涂层喷涂 [6] 以及这些技术的组合。甲基丙烯酰氧基癸基磷酸二氢酯 (MDP) 是一种高效的氧化锆陶瓷表面化学预处理成分 [11]。最近，一些研究尝试使用不同的方法制备用于氧化锆表面的硅涂层，包括摩擦化学硅涂层法 [12]、硅涂层溶胶-凝胶法 [13]、选择性湿法蚀刻法 [14]、内部硅涂层法 [15]、热化学硅涂层法 [16]、化学气相沉积法 [17] 和纳米硅涂层法 [18] 等。
内部硅涂层法包括在氧化锆固定修复体的组织面涂上含硅的陶瓷成分，并烧结以改善氧化锆树脂的粘接性 [15,19]。Sawada 等人最近在预烧结氧化锆表面使用了含硅的表面调节剂，在氧化锆分级结构上形成了硅涂层，对氧化锆的双轴抗折强度和晶相稳定性无影响 [20]。然而，控制涂层厚度和均匀性是难点 [19]。Kitayama 等人报告，采用这种方法形成的涂层厚度达到了 200 μm，而此厚度可能会影响临床修复体的植入和密合 [16]。此外，还必须进一步简化工艺，以提高其临床适用性。
出现了一种新的硅锂喷涂技术，可在氧化锆表面形成厚度均匀的玻璃陶瓷涂层 [21,22]。该技术操作简便，并且在使用有机和无机溶剂进行超声波清洗后，形成的硅涂层依然稳定 [21,22]。最近，有研究报告称此喷涂方法可提高粘接强度和耐久性 [22]。一些研究报告称，陶瓷涂层可以模拟传统玻璃陶瓷的粘接性能 [23,24]，具有较高的长期粘接强度 [22,24,25]。陶瓷涂层结合含 MDP 的底涂剂喷涂可有效提高粘接氧化锆与树脂的耐久性 [4]。相比于传统方法，此替代方法有望提高氧化锆粘接效果 [21,22]。然而，目前尚无确凿证据表明纳米硅涂层会影响固定修复体的固位和适应性。
已有多项研究提出了多种测量边缘适应性和内部密合性的方法 [26-30]，各有其优缺点。但尚无统一的标准 [27,28]。目前最常用的定量分析方法是替代体技术 [28]。将聚硅氧烷印模材料的轻体注入义齿的组织面，制备出义齿与基台之间间隙的替代体，然后用显微镜进行观察评估。不过，聚硅氧烷材料在关键观察区域可能含有气泡或缺陷 [29]。观察部分有限，有些位置可能没有被正确观察到。分节也可能导致替代体变形 [30]。
近年来，随着口腔数字扫描仪扫描精度的提高和逆向工程软件的优化，使用数字化方法分析修复体冠适应性的优势越来越明显 [31]。本研究使用一种基于基台三维 (3D) 模型的数字化评估方法，评估纳米硅锂喷涂层对高透氧化锆冠内部和边缘密合性的影响。
2.材料和方法
使用口腔数字扫描仪（Trios 4; 3Shape, 丹麦哥本哈根）对右上第一磨牙（Type 1 Advance; Nissan Chemical, 日本东京）进行扫描并采集三维数据。我们根据这些数据，使用全冠预备计算机辅助设计软件设计了基台，并在下文详细介绍了冠基台的数字化设计方法[32]。全冠基台的参数化设计包括以下四个步骤：采集临床冠三维数据，生成需要预备的肩台、咬合面和轴面 [32]。基台设计参数如下：咬合预备体深度 1.5 mm；聚合度 10°；肩宽 0.5 mm 的倒角。设计了四个适用于记录分析的特征标记物。这些标记物分别设计为三棱柱、长方体、正方体和六棱柱，位于预备体周围。最终采集了基台、基托和标记物的数字模型，用于牙冠适应性的三维分析。如图 1 所示，冠基台模型由五轴计算机数控 (CNC) 切削机 (AMD-500; Aidite) 切削预烧结的 3 mol% 氧化钇稳定的氧化锆四方多晶陶瓷 (3Y-TZP)（APW; Aidite, 中国青岛）制成，并按照制造商的说明完全烧结（图 2）。
图 1.冠基台的三维分析数字设计模型
(A) 俯视图、(B) 侧视图
图 2.计算机数控切割氧化锆冠基台的三维分析模型
使用口腔数字扫描仪 (Trios 4, 3Shape) 扫描氧化锆基台生成三维模型。基于冠形态的扫描数据，使用 3Shape 设计软件 (Dental System, 3Shape) 设计冠。虚拟水门汀间隙设置为 40 μm。所有 30 个高透氧化锆冠均由五轴 CNC 切削机 (AMD-500, Aidite) 切削预烧结的含 4-5 mol% YO 的氧化锆 (3D Pro, Aidite) 制成，并按照制造商的说明完全烧结。将氧化锆试件分为三组（每组 = 10）进行表面处理。样本量 ( = 10) 根据基于功效分析的试点研究确定，以提供 80% 功效下的统计显著性 (α = 0.05)。表面处理方法如下：(1) 无处理组 (NT)，烧结高透氧化锆冠，组织面无表面处理；(2) 喷砂组 (APA)，烧结高透氧化锆冠，组织面用 50 μm AlO（COBRA; Renfert GmbH, 德国希尔青根）喷砂，喷砂机 (Basic classic, Renfert GmbH)，压力 0.2 MPa（垂直于冠组织面，距离保持 10 mm，均匀喷砂 15 s）；(3) 纳米硅锂喷涂组 (SC)，在采用表面处理专利技术 [21] 改性的基础上使用氧化锆处理喷涂剂 (SiO 55-75%; LiO 5-16%; AlO 1.2-6%; NaO 1.4-11%; NbO 6-19.8%) 制备。在 10 个完全烧结的高透氧化锆冠组织面上均匀喷涂，然后进行低温烧结。将纳米硅锂氧化锆处理剂摇匀后以 Z 字形均匀喷涂在氧化锆表面，每个试件喷涂两次（图 3）。
图 3.氧化锆冠内表面上的纳米硅锂涂层
将处理剂垂直于冠组织面 10 cm 处喷洒。第一次喷涂后，将氧化锆冠顺时针旋转 90°，然后再进行第二次喷涂。喷涂完毕，将牙冠放入氧化锆烧结炉 (AGT-L, Aidite) 中，在以下条件下烧结：30% 真空，预干燥 1 min，初始温度 450 ℃，升温速率 80℃/min。然后将温度升至 890℃，保持 1.5 min；之后，让冠自然冷却至室温。最终，纳米硅锂喷涂高透氧化锆冠制作完成。将经过表面处理的氧化锆冠在 75% 酒精和蒸馏水中超声清洗 10 min，然后干燥备用。
所有 30 个氧化锆冠均由同一位牙科技师（具有 10 年以上工作经验）制作，以最大限度地避免冠制作过程中出错并确保各试件制备成品的一致性。尝试植入经不同表面处理方法处理的氧化锆冠，均完全固位。使用牙科探针检查冠，确保没有明显的突出或间隙。使用光学立体显微镜（SZX7; Olympus, 日本东京）在 10 倍放大倍数下检查冠修复体，确保其边缘明晰，无明显缺陷，倒角肩台光滑连续。
首先使用口腔数字扫描仪 (Trios 4, 3Shape) 基于基台 3D 分析模型的标记物对基台和基托部分进行扫描，保存为基台数据（数据 A），如 图 4 所示。
图 4.基台数据（数据 A）
然后扫描高透氧化锆冠的组织面和外表面，保存为冠数据（数据 C），如图 5 所示。最后将轻体乙烯基聚硅氧烷印模材料（3 型，美佳印；沪鸽口腔，中国山东）注入氧化锆冠的组织面，并将冠置于氧化锆基台上。
图 5.冠数据（数据 C）(A) 冠外表面(B) 冠组织面
使用 500 克重物垂直压在咬合面上 5 分钟，直至乙烯基聚硅氧烷印模完全聚合。去除冠边缘多余的印模材料，固位氧化锆冠的组织面，并扫描带有标记物的基托。这些数据保存为固位数据（数据 S），如图 6 所示。测量旨在获得无尘的清晰扫描结果。上述三个数据集保存为 STL 格式的数据。
图 6.在基台三维分析模型上固位的冠的数据（数据 S）
(A) 俯视图(B) 侧视图
扫描的数据集使用三维逆向工程软件（Geomagic Studio 2013; 3D Systems, Rock Hill, SC, 美国）进行分析。根据牙齿模型的特征进行了如下数据记录：交互式选择数据 A 和 S 的相应特征点，使用记录模块对这两个数据点进行初步记录。然后，根据迭代最近点算法计算，选择标记物所在区域作为公共区域，并通过“最佳拟合对齐”对数据 A 和数据 S 进行精确对齐，如图 7 所示。采用同样的对齐策略，利用“虚拟固位坐标”在同一坐标系获得数据 C 和数据 S 的相对位置。
图 7.数据 A 和数据 S 的记录。(A) 使用记录模块的初步记录。
(B) 数据 A 和数据 S 最终通过“最佳拟合对齐”进行记录。
使用软件重建冠和基台的相对位置后（图 8），保留冠的组织面和相应的基台外表面，选择其他区域并去除。
图 8.重建的冠和基台的相对位置。
然后使用“绘制曲线”模块翻转冠组织面区域的法线，将固位密合区域分为三部分：咬合面区域 (Or)、轴面区域 (AR) 和边缘区域 (MR)（图 9）。最后选择相应的区域进行三维偏差分析，得出该区域两个表面之间的平均距离，即固位密合性的平均值。
图 9.绘制曲线来划分牙冠的三维固位密合区域
(A) 绘制曲线。(B) 将三维固位密合区域分为三个区域
使用 SPSS（版本 20.0; IBM, Armonk, NY, 美国）对均方根值 (RMS) 进行统计分析，并使用 Shapiro-Wilk 和 Levene 检验对数据进行正态性和方差齐性检验。采用单因素方差分析 (ANOVA) 评估不同的表面处理方法是否会影响高透氧化锆冠固位密合性的均方根值。
样本量 ( = 10) 根据基于功效分析的试点研究确定，以提供 80% 功效下的统计显著性 (α = 0.05)。对不同表面处理组的固位密合均方根值进行了多重比较，统计显著性取 α=0.05。
3.结果
NT 组、APA 组和 SC 组的高透氧化锆冠无需调整组织面即可成功固位。通过逆向工程软件基于记录获得冠和基台的相对位置。重建的三维固位密合区域的整体和局部放大图如图 10 所示。
图 10.重建冠的三维固位密合区域
(A) 整体图。(B) 局部放大图
固位密合区域分为咬合面区域 (OR)、轴向表面区域 (AR) 和边缘区域 (MR) 三部分，如图 11 所示。对这三个区域进行三维偏差分析，绘制色度图（图 12），并得出该区域的平均均方根值。
图 11.三维固位密合三个区域。
(A) 咬合面区域(B) 轴面区域(C) 边缘区域
图 12.冠三维偏差分析色度图。
(A) 咬合面区域(B) 轴面区域(C) 边缘区域。
NT 组、APA 组和 SC 组（每组 = 10）氧化锆冠密合性的三维偏差分析结果见表 1。各组的 RMS 值呈正态分布 ( > 0.05)，方差均为齐次 ( > 0.05)。NT 组、APA 组和 SC 组的 OR、AR 和 MR 的均方根值无显著差异。
表 1不同表面处理方法下氧化锆冠适应性的三维偏差分析 ( = 10)。
NT, 无处理；APA, 喷砂；SC, 纳米硅锂喷涂；OR, 咬合面区域；AR, 轴面区域；MR, 边缘区域。数据以平均值 ± 标准偏差 (SD) 表示。
不同表面处理方法下氧化锆冠均方根值的单因素方差分析结果见表 2。三个处理组之间三个区域的均方根值无显著差异 ( > 0.05)。
表 2 NT, APA 和 SC 氧化锆冠均方根值的单因素方差分析
NT, 无处理；APA, 喷砂；SC, 纳米硅锂喷涂；OR, 咬合面区域；AR, 轴面区域；MR, 边缘区域。
4.讨论
本研究定量评估了纳米硅锂喷涂对冠密合度的影响，并通过均方根值和色度图来呈现三维偏差分析结果。均方根值反映了两个数据集中每个位置的偏差，色度图则直观地显示了三维形态偏差 [33]。固定修复体和基台数据模型的分析结果表明均方根值越小，修复体和基台之间的固位密合区域越小 [34]。Jang 等人报告了计算机辅助设计/制造 (CAD/CAM) 陶瓷冠边缘和内部密合的平均均方根值介于 30.9 μm 至 52.6 μm 之间 [34]，这与本研究的结果一致。本研究中，边缘和内部密合区域的平均均方根值介于 58.54 ± 1.18 μm 和 44.46 ± 1.93 μm 之间。
固定义齿的密合性通常通过边缘差异和内部密合性来评估 [35]。边缘差异过大可能会导致牙菌斑堆积和微渗漏，影响牙周健康，并增加继发龋的风险 [36]。因此，需要着重对固定修复体的边缘差异进行临床评价 [35,36]。研究表明，CAD/CAM 冠临床可接受的边缘差异范围在 30-150 μm [37, 38]。McLean 等人对 1000 多个口内固定修复体的适应性进行了为期 5 年的临床研究，发现临床上可接受的边缘差异为 <120 μm [39]。尽管缺乏足够的科学证据，但大多数研究认为边缘差异 <120 μm 在临床上可以接受 [26,40,41]。本研究中的 MR 的均方根值结果表明边缘密合在此范围内。
内部密合性对于修复体的长期稳定性也至关重要 [34,37]。内部密合性与义齿的固位和抗折性能有关 [42]。内部密合性过高和水门汀厚度不均可能导致固位力不足、义齿脱落或义齿折断 [43]。然而，临床上可接受的固定修复体内部密合的最大值至今尚未明确 [41].。一项文献综述表示 CAD/CAM 修复体的内部密合值介于 23 至 230 μm 之间 [41]。该综述还表示陶瓷修复体的内部密合值介于 29 至 195 μm 之间 [37]。本研究中，三组中 OR 和 AR 区域内部密合的均方根值均在此范围内，表明临床上可接受。
本研究使用色度图生动地展示了基台和冠之间三维偏差的分布和大小，帮助评价冠的适应性。色度图显示，整个冠的OR, AR 和 MR 区域中偏差分布相对均匀且较小，具有相似的分布特征。这与均方根值的分布特征一致。现有研究中关于硅涂层对氧化锆冠适应性影响的研究报告不多 [44-46]。Bottino 等人报告称，12 μm 厚的硅涂层对氧化锆冠的固位和边缘密合性没有影响 [45]。本研究的结果与这些既往研究结果一致。Toyama 等人报告称，氧化锆表面约 6 μm 的硅渗透层预计不会影响修复体的固位和密合 [46]。不过，该研究重点在硅涂层对氧化锆抗弯强度和晶相结构的影响 [46]。而其对于硅涂层对氧化锆冠内部和边缘密合性的影响仅限于推测，并无确凿证据。Vanderlei 等人的研究结果与本研究不同，该研究报告称，应用低熔点玻璃陶瓷粉增加了氧化锆冠的边缘密合性，但仍在临床可接受的范围内 [44]。这可能是由于这种方法制备的瓷涂层较厚，影响了冠的固位，继而导致瓷涂层组和无处理组的冠边缘密合性存在显著差异 [44]。在本研究中，色度图、平均均方根值和单因素方差分析的结果均表明，纳米硅锂喷涂层不会影响氧化锆冠的密合性。这些结果支持了纳米硅锂喷涂层技术的临床可行性。
均方根值结果具有良好的再现性，能全面反映固定修复体的适应性 [47]。然而，由于测量方法和原理的不同，很难将本次实验的有效值与既往研究中测得的差异数据进行直接比较。多项研究证明了数字化评估方法在冠和固定桥修复体适应性方面的可行性 [45-47]。Liang 等人[46] 报告称，通过三次光学扫描和数据记录，可以获得修复体和基台的相对位置。此外，采用 360 度可视化测量固定义齿的边缘差异，可提供更全面的测量数据 [46]。Li 等人[47] 比较了采用上述数字化方法和替代体方法的测量结果，发现两种方法之间没有显著差异，证实了使用口腔数字扫描仪数字化评估冠密合性的可靠性 [47]。值得注意的是，在使用三维偏差分析评估固定修复体的适应性时，扫描数据和记录技术的准确性至关重要。这些因素会直接影响冠数字设计和冠适应性三维偏差分析的准确性。
硅锂喷涂层技术经证明可以增加氧化锆的润湿性，有效提高其粘接强度和耐久性 [22]。该涂层中富含硅，可模拟传统玻璃陶瓷的粘接，因此在使用硅烷预处理剂的情况下，其粘接性能优于传统喷砂法 [19]。此外，该涂层改善了氧化锆的表面粗糙度而没有发生从四方相到单斜相的转变，而且这种技术不会影响机械强度、导致表面损伤或微裂纹的形成 [20,22,24]。通过硅锂喷涂层结合冷烧结对密集烧结的氧化锆进行改性，是提高氧化锆与树脂之间粘接耐久性的一种潜在替代方法 [21,22]。
本研究有局限性，即测量过程涉及许多人机交互操作，需要具备软件操作技能的人员来进行。这是大多数牙医需要学习累积的。随着三维图像分析系统等计算机分析技术的发展和应用，测量方法更趋近无损、高分辨率和自动化，数字化三维偏差分析方法也有望得到进一步优化。未来的发展方向包括开发软件和集成功能模块，以方便快捷地对固定义齿的质量进行临床评价。
5.结论
硅锂喷涂层不会影响高透氧化锆冠的边缘密合性或内部密合性，且是临床上可行的氧化锆表面处理方法。在制作纳米硅锂喷涂氧化锆冠时，无需增加内部或边缘密合性的设定值。
研究经费
本研究由国家重点研发计划 [52035001] 和首都科技领军人才项目 [Z191100006119022] 提供经费支持。
CRediT 作者贡献声明
梁珊珊：概念化、方法学、软件、形式分析、研究、资源、数据整理和撰写——原稿件。
原福松：方法学、软件、形式分析、资源、数据整理和撰写——审阅和编辑。
陈虎：确认、可视化、监督、项目管理、写作——审阅和编辑。
孙玉春：构思、研究、指导、项目管理、经费获取、写作——审阅和编辑。
利益冲突 作者声明不存在利益冲突
参考文献
❖ 慎重声明：文章发布于Journal of Dentistry 132 (2023) 104503
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