牙科氧化鋯材料的介紹

李佳凌 莊淑芬

        近年來，氧化鋯在牙科領域備受矚目，氧化鋯具有優異的生物相容性、高強度和優越的抗磨耗性能，使其成為牙科植體、牙冠、牙橋等理想選擇。

      氧化鋯 (ZrO₂) 陶瓷是於1789年由德國化學家 Martin Heinrich Klaproth發現。從1988年開始，氧化鋯開始在牙科應用為修復材料。氧化鋯是一種多晶型材料，具有三相：單斜相 (m 相)、四方相 (t 相) 和立方相 (c 相)。當室溫下的m相晶體加熱到1370℃時，就會轉變為t相。再加熱超過熔點 (2715 ℃) 時，會轉變為立方相 [1]。氧化鋯通常添加氧化釔 (Y₂O₃) 以穩定結構於t相 [2]，一旦加入超過 8 mol% 氧化釔(13.75wt%)，就可以變成完全C 相氧化鋯 [2]，但一般使用還是以含有2-3 mol% 的氧化釔的Y-四方氧化鋯多晶 (3Y-TZP) 為主，因為其機械性能較強 [3]。3Y-TZP當應力加載時，會導致馬氏體四方 (t) 轉變為單斜 (m)並使晶體體積膨脹3-5%  [4]，形成裂紋尖端的局部壓應力，使裂紋被限制不會繼續擴展，這種現象稱為破裂韌變(fracture toughening)，會使氧化鋯多晶具有高抗彎強度 (1,200MPa)、高斷裂韌性 (9-10 MPa m^1/2)。 氧化鋯也具有優異的生物相容性和化學穩定性 [3]，因此，已成為目前十分受歡迎的修復材料 [5]。

      傳統的多晶氧化鋯由於不透明的特性，所以需加上玻璃鑲面瓷(veneering porcelain)製成陶瓷燒附氧化鋯 (PFZ) 牙冠。然而，雙層PFZ修復材料需要更多的牙齒製備(修磨)，上方陶瓷材料也容易碎裂，增加了修復體的失敗風險 [6]。因此，近十年來引入單層氧化鋯(monolithic Zirconia)牙冠以克服上層玻璃鑲面瓷斷裂的缺點，也允許更少的牙齒製備 [7]，與降低製造成本的優勢 [8]。

        根據Zhang等人的研究 [9]，單層氧化鋯相對於PFZ的贗復物具有更好的抗彎曲斷裂性，失敗率較低。單層氧化鋯牙冠的需求也衍生高透明度氧化鋯的開發。從2003年到2015年，研究人員開發了多種高透明度氧化鋯。根據Zhang等人的分類  [10]，依透明度可分為第一代、第二代和第三代氧化鋯，分別以下列方式提高透光性：(1) 改變燒結溫度，(2) 改變Al₂O₃含量，(3) 增加氧化釔含量。通過這些方式，氧化鋯透明度逐漸提升至 49%-50%。然而，這些氧化鋯的光學性質雖有所改善，但強度也大幅降低，因此高透明度氧化鋯材料較不適用於長牙橋，臨床斷裂比率也較高。

      牙科氧化鋯以其卓越的特性和廣泛的應用範疇成為現代牙科材料的首選。未來，我們期待牙科氧化鋯在牙科領域取得更多的突破和創新，為患者提供更為先進、耐用且美觀的牙科治療方案。

參考文獻

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2. Mihai, L.L., et al., In vitro study of the effectiveness to fractures of the aesthetic fixed restorations achieved from zirconium and alumina. Revista de Chimie, 2014. 65: p. 725-9.
3. Piconi, C. and G. Maccauro, Zirconia as a ceramic biomaterial. Biomaterials, 1999. 20(1): p. 1-25.
4. Sen, N. and S. Isler, Microstructural, physical, and optical characterization of high-translucency zirconia ceramics. The Journal of prosthetic dentistry, 2020. 123(5): p. 761-768.
5. Sailer, I., et al., 10-year randomized trial (RCT) of zirconia-ceramic and metal-ceramic fixed dental prostheses. Journal of dentistry, 2018. 76: p. 32-39.
6. Sailer, I., et al., All-ceramic or metal-ceramic tooth-supported fixed dental prostheses (FDPs)? A systematic review of the survival and complication rates. Part I: Single crowns (SCs). Dental Materials, 2015. 31(6): p. 603-623.
7. Koenig, V., et al., Clinical behavior of second-generation zirconia monolithic posterior restorations: Two-year results of a prospective study with Ex vivo analyses including patients with clinical signs of bruxism. Journal of dentistry, 2019. 91: p. 103229.
8. Yagawa, S., et al., Effect of priming agents on shear bond strengths of resin-based luting agents to a translucent zirconia material. Journal of prosthodontic research, 2018. 62(2): p. 204-209.
9. Zhang, Y., et al., Edge chipping and flexural resistance of monolithic ceramics. Dental materials, 2013. 29(12): p. 1201-1208.Zhang, Y. and B. Lawn, Novel zirconia materials in dentistry. Journal of dental research, 2018. 97(2): p. 140-147.

作者資訊

李佳凌    成大牙醫系    研究助理

莊淑芬    成大牙醫系    教授