评估用于3D打印和CNC铣削的牙科氧化锆的机械性能和生物安全性

时间:2026年3月15日
来源:The Journal of Prosthetic Dentistry

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3D打印氧化锆的机械性能及生物相容性研究显示其韧性、硬度优于CNC加工样品,表面粗糙度更大且含微孔结构,但细胞活力和动物实验均未发现显著毒性或刺激性,初步满足低应力修复需求,但需工艺优化。

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吴震|韩康|李晓静|魏中兴|王雄宇|韩雅欣|谭俊霞|刘欣
哈尔滨医科大学附属第一医院口腔医学院研究生,中国哈尔滨

摘要

问题陈述

三维(3D)打印牙科陶瓷的机械性能和生物相容性需要进一步研究,以为其临床应用提供理论基础。

目的

本体外研究的目的是评估和比较3D打印与传统的计算机数控(CNC)铣削制备的氧化锆的机械性能和生物相容性。

材料与方法

氧化锆样品通过3D打印和CNC铣削制备。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)(n=5)评估晶体相(CP)和表面粗糙度(SR)。使用万能试验机和维氏硬度计(n=5)检测抗弯强度(FS)、断裂韧性(FT)和维氏硬度(HV)。通过CCK-8实验评估细胞活力,并使用骨髓间充质细胞(BMSCs),每组5个重复孔。机械性能测试和CCK-8实验独立重复3次。通过Sprague-Dawley大鼠的急性口服毒性测试(n=5)和金仓鼠的黏膜刺激评估来评估体内生物相容性(α=.05)。

结果

与CNC铣削的氧化锆相比,3D打印的氧化锆表面更粗糙,具有微孔结构。两种陶瓷主要处于四方相,3D打印的氧化锆显示出更宽且强度较低的衍射峰。CNC铣削的氧化锆的抗弯强度显著高于3D打印的氧化锆(P<.001)。3D打印的陶瓷在断裂韧性(P=.029)和维氏硬度(P=.002)方面表现出更好的机械性能。在3个时间点上,各组之间的细胞活力没有统计学上的显著差异(P>>.05)。在短期动物模型中未观察到明显的系统毒性或黏膜刺激。

结论

3D打印的氧化锆陶瓷具有更好的韧性、硬度和短期生物安全性。其抗弯强度初步满足低应力修复的临床要求,为3D打印氧化锆修复体的未来临床应用提供了理论基础。需要进一步研究和优化制造工艺,以满足高应力和长期临床应用的需求。

部分摘录

材料与方法

所使用的氧化锆材料、设备和制造参数详见表1。氧化锆样品通过3D打印(SLA+)和计算机数控铣削(CNC–)制备,分别使用商用3D打印机和五轴机床进行加工。所有样品依次用不同粒度的研磨纸进行湿磨,然后用金刚石抛光膏抛光,在无水乙醇中超声清洗5分钟,最后风干后进行测试。

结果

图2展示了通过计算机数控铣削和3D打印制备的氧化锆样品的扫描电子显微照片。CNC–表面的地形均匀,具有规则的磨削痕迹,而SLA+表面则呈现含有微孔的颗粒结构,表明烧结不完全。

讨论

原假设认为3D打印和CNC铣削的氧化锆陶瓷在这些性能上没有统计学上的显著差异,该假设被拒绝。3D打印和CNC铣削的氧化锆陶瓷在机械性能上存在显著差异(P<.05)。两种陶瓷在生物安全性方面没有显著差异,这支持了3D打印氧化锆陶瓷适用于临床使用的观点。

结论

根据本体外研究的结果,得出以下结论:
  • 1.
    SLA+的表面粗糙度显著更高。
  • SLA+和CNC–均无细胞毒性、急性系统毒性或黏膜刺激,初步的体外和临床前模型表明其生物安全性可接受。
  • 3.
    尽管SLA+的抗弯强度较低,但其机械性能具有满足临床要求的潜力。
  • 4.
    为了达到与CNC–相当的临床性能
  • 作者贡献声明

    吴震:撰写–原始草稿、方法学、数据管理、概念构思。李晓静:研究、数据管理。王雄宇:可视化、验证、资源提供。魏中兴:软件、资源提供。韩雅欣:资源提供。谭俊霞:撰写–审稿和编辑、资源提供、概念构思。刘欣:撰写–审稿和编辑、验证、监督、资金获取。

    致谢

    作者感谢所有自愿参与本研究的参与者。同时,作者也感谢通过在线调查慷慨分享见解和专业知识的专家们。

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