作者：解海林，郭雪琪，王丽萍，广州医科大学附属口腔医院种植科

氧化锆材料因其出色的机械性能和生物相容性，广泛应用于生物医学领域，牙科最早使用氧化锆是在20世纪70年代。作为一种多晶陶瓷材料，氧化锆存在3种不同的晶相结构，分别是室温条件下的单斜晶相（monoclinicphase,m-ZrO2）、1 170℃以上条件下的四方晶相（tetragonalphase,t-ZrO2）和2 370℃以上条件下的立方相（cubicphase,c-ZrO2）。目前口腔科最常用的氧化锆材料包括氧化钇稳定氧化锆陶瓷（yttrium-stabilized tetragonal zirconia,Y-TZP）和氧化钇部分稳定氧化锆陶瓷（yttrium-partially stabilized zirconia,Y-PSZ）。

其中，Y-TZP具有良好的机械性能和生物学性能，但其半透性低，临床为了美观考量往往需要更多的牙体预备量，且影响修复体强度。基于计算机辅助设计（computer aided design,CAD）和计算机辅助制造（computer aided manufacturing,CAM）技术加工制作的全解剖式氧化锆修复体可在一定程度上解决强度不足的问题，但修复体美观性能仍有不足。含有不同氧化钇摩尔分数的氧化锆可具有不同的力学和光学性能，Y-PSZ的出现使得氧化锆修复体的美学性能得以改善。因此，要充分发挥含钇稳定氧化锆的优势，需综合材料性能和临床应用进行考量。

1.含钇氧化锆材料的分类

氧化锆可以是成分均一的单色单层、多色多层，也可以是成分梯度不同的多色多层。最早应用于牙科的是摩尔分数0.03的氧化钇稳定的四方相多晶氧化锆陶瓷（3 mol%yttrium-stabilized tetragonal zirconia,3Y-TZP），含有0.25wt%～0.50 wt%氧化铝作为助烧剂，晶粒尺寸为0.5～1.0μm，是口腔科第一代氧化锆陶瓷，又称为传统氧化锆。由于其钇含量较低，具有强度高但透明度不足的特点，需使用饰面瓷改善美观上的不足。

为了改善传统氧化锆饰面瓷带来的崩瓷影响，第二代整体式高半透明氧化锆将氧化铝含量降低到0.05 wt%以下，其主要成分仍然为3Y-TZP，但氧化铝颗粒的尺寸和数量都减小了，可在保障高强度和高韧性的同时，实现更高的透光率。在此基础上使用CAD/CAM技术加工得到的全解剖式氧化锆修复体无需饰面瓷修饰，且可通过内外染色得到合适的颜色。

尽管3Y-TZP具有较高的强度，但其透明度仍极大限制了其在前牙区的应用。通过将氧化铝含量从0.25 wt%降低到0.05 wt%，将氧化钇含量从摩尔分数0.03增加到0.04或0.05，可产生透光性更高的Y-PSZ立方相与四方相混合材料，即5Y-PSZ（高半透明第三代氧化锆，5 mol%yttrium-partially stabilized zirconia）和4Y-PSZ（高强度第四代氧化锆，4 mol%yttrium-partially stabilized zirconia）。由于5Y-PSZ半透明度进一步提高，不需要添加饰面瓷，使整体式氧化锆修复前牙冠成为可能。为了同时获得具有高半透明性和耐磨性的材料，市场上相继开发了各种类型的多层氧化锆材料、多层多色氧化锆材料以及多色多层混合氧化锆块，包括了不同成分、特性的TZP和PSZ的叠层，可分为牙本质层、牙釉质层和过渡层。

4Y-PSZ则是介于高半透明3Y-TZP和超高半透明5Y-PSZ之间的中间组合物，可组成单一的多色多层型材料，如M3Y、M4Y、M5Y，可满足更多的美学需求。

2.含钇氧化锆材料的基本性能

1） 物理性能：

氧化锆的导热系数极低，氧化钇的加入可降低热膨胀系数，但不同钇含量的热膨胀系数无显著差异。氧化钇的加入可稳定氧化锆在高温烧结过程中的晶体结构转变，改善氧化锆的物理性能，使其四方晶系在室温下即可保持稳定，从而有效抵抗口腔中的酸性侵蚀。

2） 低温老化性：

尽管在氧化锆中添加了氧化钇以稳定四方相和立方相，但口腔环境中晶体的稳定性仍然较差，在局部应力和湿润环境的作用下，四方相可以转变为单斜相（t-m相），即发生低温降解（low temperature degradation,LTD）。

初始t-m相变会导致4%～5%的局部体积膨胀，可密封裂纹，防止进一步扩展，这种现象称为相变增韧。当t-m相变进行到材料本体时，即可产生微裂纹，增加表面粗糙度，降低强度，这种效应与低温老化期间亚临界裂纹扩展引起的马氏体相变有关，这种现象主要针对第一代和第二代氧化锆，其中，3Y-TZP因为氧化铝含量较低更易受低温降解影响，但仍可满足大部分临床需求。另有文献指出，表面处理可影响氧化锆植入物的强度，如经过精细抛光后，即使是3Y-TZP在口腔环境中也可长期耐用。

研究表明，水热老化对不同成分的氧化锆材料有不同程度的影响，但不影响其表面粗糙度。对3Y-TZP和4Y-PSZ而言，老化对材料表面和体积性能的影响程度相似，但与5Y-PSZ相比，4Y-PSZ受老化的影响更大。无论氧化钇含量多少，5Y-PSZ似乎都不太容易被水热老化降解，这与5Y-PSZ含有更多的立方相有关，t-m相变率较低，可提供更好的耐LTD性能。

3） 机械力学性能：

在所有的口腔科修复材料中，含钇氧化锆硬度最高，且抗弯曲强度也极大。研究发现，氧化钇含量越高，氧化锆的半透明性越高，机械强度则越低，但硬度几乎不变。体外研究显示，3Y-TZP弯曲强度为584 MPa,5Y-PSZ弯曲强度为373 MPa，5Y-PSZ的断裂韧性比3Y-TZP低近50%，但与玻璃陶瓷相比，5Y-TZP仍具有较高的抗弯强度和断裂韧性。

多层氧化锆的氧化钇含量分布差异较大：牙本质层氧化钇含量最低，牙釉质层氧化钇含量较高，过渡层则介于两者之间。有研究表明，由多层半透明氧化锆制成的固定修复体（fixed dental prosthesis,FDP）与传统氧化锆FDP强度相当，但具有不同的断裂行为，牙本质层的抗折强度最高，平均弯曲强度为762.17 MPa，釉质层最低，平均弯曲强度为504.26 MPa。提示在应力集中区域应谨慎使用氧化钇含量高的氧化锆，避免磨损对颌牙尖。

含钇氧化锆的表面处理（上釉或抛光）可影响材料表面粗糙度和显微硬度，从而影响其强度。研究显示，采用不同表面处理后，4Y-PSZ强度均优于5Y-PSZ，其中，使用氧化铝喷砂对4Y-PSZ有轻微强化作用，但对5Y-PSZ却有弱化作用。无论氧化钇含量多少，采用金刚砂调改后，含钇氧化锆抗弯曲强度明显下降，使用精加工和抛光系统调改则可减少强度的降低。

此外，粘结剂类型和材料厚度也可影响含钇氧化锆的断裂载荷，与玻璃离子粘接剂相比，树脂粘接剂对含钇氧化锆的机械性能影响更小；0.7 mm、1.2 mm厚度时，4Y-PSZ和3Y-TZP具有相似的机械力学行为，5Y-PSZ的机械性能则最差。因此，临床应用中应充分考虑表面处理、粘接剂选择以及椅旁调磨，有效发挥材料性能。

4） 生物相容性：

含钇氧化锆具有低腐蚀电位、低细胞毒性和低细菌黏附性等优越的生物学特性，大量体外研究显示，氧化锆对成骨细胞和成纤维细胞均无细胞毒性，体内研究也证实，植入大鼠体内的含钇氧化锆无细胞毒性，其骨结合效果和软组织附着潜力与钛合金相近。

Kazi等研究发现，无论表面处理如何，8Y-TZP均具有良好的生物相容性，提示氧化钇含量高的氧化锆有利于细胞表面的强黏附。含钇氧化锆抛光后软组织附着力更好，且氧离子处理可大大提升含钇氧化锆的可润湿性，保持稳定的表面亲水性，提示氧化锆在种植修复中具有独特优势。

5） 光学性能：

含钇氧化锆是一种美观的生物材料，但由于助烧剂、氧化物、粘接剂的存在，其透光性往往会受到影响，但如果去除这些影响因素，增加立方氧化锆晶体含量和氧化钇含量，则会使其失去强度和耐用性。

烧结温度和时间可影响含钇氧化锆的气孔和晶粒尺寸，从而影响其透光率。研究表明，较高的烧结温度（超过1 300℃）和较短的烧结时间可生产出具有优异半透明度、高对比度的氧化锆材料，降低加工过程中的孔隙率也可改善Y-TZP的半透明性。但也有文献指出，与常规烧结相比，快速烧结会降低氧化锆的半透明度。

增加氧化锆的厚度也可降低材料的透明度。为了保持含钇氧化锆的半透明性，还应选用合适的粘接剂。研究发现，目前使用的所有材料（3Y-TZP,4Y-PSZ,5Y-PSZ）均可遮盖正常牙本质颜色，但无法掩盖严重变色的牙本质颜色；所有1.5 mm厚度的材料均可遮盖钛基底底色，但厚度为0.8 mm时，只有3Y-TZP和4Y-PSZ能够遮盖钛背景。

此外，含钇氧化锆还具有放射线阻射性，可获得有助于X线诊断的高对比度图像。

3.含钇氧化锆材料在口腔中的临床应用

1）在冠桥中的应用：

第一代3Y-TZP常结合饰面瓷的二次烧结被用作全冠或固定桥修复体内冠,第二代3Y-TZP则主要用于后牙全锆冠桥、前牙修复体内冠及前后牙3单元或4单元桥修复体，是目前全氧化锆修复体的主流材料。与烤瓷材料比较，含钇氧化锆在冠桥修复中的5年留存率和成功率无显著差异，但具有统计学意义上更好的边缘密合性。

在冠桥修复中使用含钇氧化锆，必须充分考虑强度和美学的矛盾关系，即强度高但透明度低的3Y-TZP可用于多单位固定桥，但不适用于前牙美学修复；美观性好的4Y-PSZ、M4Y则适用于包括后牙在内的、小于3单元的固定桥修复；强度低但透光率高的5Y-PSZ或M5Y不可用于多单位固定桥，但适用于前牙美学区修复；诸如M3Y-5Y的多色多层混合材料中，低强度的5Y-PSZ占主要成分，因此同样不适用于多单位固定桥修复。

2） 在桩核冠中的应用：

与传统金属材料比较，氧化锆桩具有良好的透光性和足够的粘接强度，且无腐蚀反应，在前牙大面积缺损的修复中具有明显优势。目前临床使用的氧化锆桩形态不一，现已证实，CAD/CAM直接扫描根管或间接扫描石膏模型制作个性化氧化锆桩核具有良好的应用前景，其在前牙的成功率为100%，在前磨牙的成功率也高达95.4%。

3） 在嵌体中的应用：

含钇氧化锆嵌体具有出色的机械性能和美学外观，Iketani等研究表明，无论使用何种树脂粘固剂，含钇氧化锆嵌体均可将缺损天然牙的抗折性恢复到完整天然牙相近水平。随着树脂粘接技术的不断发展，嵌体边缘封闭性持续改进，其作为相较于FDP更保守的修复替代方案，更适用于口腔卫生状况好、龋易感性低的人群。

4） 在贴面中的应用：

含钇氧化锆美学性能优异，是前牙贴面的不二选择。5Y-TZP贴面的最小厚度为0.1～0.3 mm，比玻璃陶瓷需要的牙体预备量更小，且具有比二硅酸锂贴面具有更高的抗折性能。但由于氧化锆多晶具有化学惰性，难以使用氢氟酸酸蚀，在受到外力作用时，其粘接力低于往往对酸敏感的二氧化硅陶瓷，临床应用应警惕贴面脱落。

5） 在预成冠中的应用：

作为一种具有良好美观性能的修复材料，近年来，预制氧化锆冠（prefab-ricated zirconia crowns,PZCs）在儿童口腔的乳牙修复中得以广泛应用。高压灭菌和低温灭菌均不会影响PZCs的颜色稳定性及透光性，且与传统不锈钢预成冠比较，PZCs在咀嚼模拟测试中留存率更高，修复体本身的完整性和耐磨性更好。临床随访显示，PZCs可在乳牙的修复期间有效保障健康与功能，对牙龈指数（gingival index,GI）、菌斑指数（plaque index,PLI）、探诊出血（bleeding on probing,BOP）等软组织指标均无显著影响。

6） 在口腔种植中的应用：

（1）含钇氧化锆种植体：

21世纪初，氧化锆种植体开始应用于临床。与其他种植体相比，氧化锆种植体具有较高的弯曲强度和较低的热传导性，骨结合能力稳定，细菌黏附率低，同时兼顾良好的美学效果。最初氧化锆种植体以一段式为主，近年来两段式氧化锆种植体也逐渐开始普及。

一段式氧化锆种植体与基台间无缝隙，可有效防止细菌积聚，但对外科操作要求较高，为保障美观种植深度往往较大，且无法使用基台纠正修复角度偏差，在种植体强度以及预防粘接剂残留方面仍有待改善。一项采用咀嚼模拟器的体外研究表明，一体式氧化锆种植体老化后的断裂强度与传统钛种植体无统计学差异。另有前瞻性研究结果显示，一段式氧化锆种植体3年留存率为98.5%，且呈现低边缘骨吸收（marginal bone loss,MBL）表现，其在可一次性完成种植手术上仍具有独特优势。

与一段式钛种植体相比，两段式氧化锆种植体具有成品可调、断裂强度低以及断裂失效率较高等优势，还可用于骨增量技术。体外研究显示，两段式圆柱形氧化锆种植体在咀嚼模拟器中的老化后断裂强度只有一段式氧化锆种植体的一半，且断裂多发生在相对薄弱的螺纹连接处。有短期随访数据显示，两段式氧化锆种植体失败率为13.7%，但两段式氧化锆种植体的长期随访研究仍非常有限。

此外有研究采用CAD/CAM技术制备根形氧化锆种植体用于即刻种植，随访显示种植体软硬组织相容性良好，提示根形种植体可能是未来的发展方向。尽管氧化锆种植体具有乐观的应用前景，但其在水或水蒸气环境中，易发生低温降解，从而影响其表面粗糙度和材料性能。因此，氧化锆种植体在表面改性、炎症反应、机械并发症方面仍有待进一步长期观察。

（2）含钇氧化锆基台：

氧化锆基台的美学优势有目共睹，在薄龈生物型的美学区尤为明显。采用CAD/CAM技术制造的个性化氧化锆基台，不仅可保障材料自身的理化性能，还可定制高达30°的弯曲角度，可大大提高其临床适用性。

目前临床使用的氧化锆基台包括一段式氧化锆基台和采用钛基底的两段式氧化锆基台，其中，一段式氧化锆基台抗弯曲性明显较低。有5～7年随访结果显示，钛基底两段式氧化锆基台的留存率与纯钛基台无明显差异，不过一段式氧化锆基台尚缺乏长期数据。Rohr等报告氧化锆种植体上部修复结构的断裂载荷与断裂韧性之间存在明显相关关系，指出上部修复结构的断裂强度很大程度上取决于修复体在咬合接触区的强度，因此建议综合考虑患者咬合力和修复体位置，选择合适的氧化锆材料。除基台连接和咬合设计外，修复体内冠的形态设计、粘接剂选择、粘接剂厚度均可影响氧化锆基台的抗断裂强度。

此外，含钇氧化锆支架也逐渐应用于无牙颌种植修复中，与金属材料支架相比，含钇氧化锆支架适配性良好。但传统需要添加饰面瓷的含钇锆支架易发生崩瓷甚至折断，经由数字化切削制作的一体式含钇锆支架则可有效提高临床成功率，配合牙龈染色可有效保障重度萎缩无牙颌患者的美观需求，但仍需更多的临床数据支持。

4.展望

含钇氧化锆具有稳定的生物学性能、良好的美学性能以及机械性能，除氧化钇含量外，氧化锆材料的烧结、表面处理、粘接选择均可影响含钇氧化锆的半透明性和强度，临床选择合适的材料应综合多方面因素，注重医技沟通。尽管含钇氧化锆在口腔修复、种植中表现出了巨大潜力，但氧化锆修复体对对颌牙的磨损、氧化锆种植体的表面处理、一段式氧化锆种植体及氧化锆基台的硬度、数字化技术在一体式氧化锆支架中的精准性和高效性等，都是含钇氧化锆材料未来发展中需要关注的问题，继续增加氧化锆中的钇含量稳定氧化锆的立方晶相，或将氧化锆以纳米形式添加至树脂、玻璃陶瓷中有望为氧化锆材料的临床应用和数字化发展提供新的思路，我们对长期的临床检验拭目以待。

来源：解海林,郭雪琪,王丽萍.含钇氧化锆材料在口腔临床应用中的研究进展[J].中国口腔种植学杂志,2024,29(02):184-189.

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