口腔修复中3D打印钴铬合金的应用综述,口腔论文.docx

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1、口腔修复中3D打印钴铬合金的应用综述,口腔论文内容摘要：总结了3D打印钴铬合金技术特点和现在状况,比照了3D打印钴铬合金与铸造钴铬合金的性能差异,分析了3D打印钴铬合金生物相容性研究现在状况,最后讨论了3D打印钴铬合金在口腔修复领域面临的问题和发展方向。 本文关键词语：3D打印; 钴铬合金; 口腔修复; 3D printing Co-Cr alloy in the application of prosthodontics CAI Hai-jiao LIAO Zan ZHANG Ai-fang ZHANG Bao-xiang WANG Zhen-guo CHEN Gui YUAN Zhi-sh

2、an LI Jun-tao GRIMED Medical (Beijing) Co.,Ltd. Yangquan Stomatological Hospital of Shanxi Province Beijing Chunlizhengda Medical Instruments Co., Ltd. Abstract：Technical characteristics and current status of 3D printing Co-Cr alloy were summarized, the performance difference between 3D printing and

3、 cast Co-Cr alloy were compared, the research status of 3D printing Co-Cr alloy biocompatibility was analyzed, and finally the problems and development directions of 3D printing Co-Cr alloy in the field of prosthetics were discussed. 铸锭冶金法制备的医用金属材料是应用最早的医用材料之一,它具有优良的力学性能,易加工性,可靠性以及较低的成本,其制成的医疗器件具有很好

4、的治疗、修复、替代人体组织和器官功能的作用,是当前全世界应用最多,最广泛的医用材料1。早在20世纪90年代,就有关于钴铬合金应用于骨科植入物的相关报道2。钴铬合金由于其生物相容性良好,耐疲惫性强、机械强度高,被用于各种医疗器械的制作,临床应用广泛,并成为中国当前应用最广的口腔用合金材料之一3,24,25。当前,常用的钴铬合金齿科部件的加工方式为铸造法和CNC加工。铸造法加工经过存在加工周期长、工艺繁琐、铸件性能不理想、铸件内有气孔和外表粗糙等问题4。CNC同样存在加工速度慢,材料利用率低等问题。近年来,随着数字化技术的发展,能够实现个性化、精准化制作的3D打印技术(增材制造技术)得到了口腔修复

5、领域的广泛关注。 1 3D打印与铸造钴铬合金性能比照 相比于传统加工工艺,3D打印技术能够简化义齿加工工艺流程,使用软件建立牙齿模型后即可打印出义齿(见图1、图2),实现快速、精准、经济、高效地制作经过,主要可用于金属内冠、全冠,可摘局部义齿支架,全口义齿基托等修复体的制作。本文概述了3D打印钴铬合金在口腔修复领域的研究现在状况和面临的问题,并对其应用进行了瞻望。 图1 软件建立牙齿模型 图2 3D打印钴铬合金义齿 3D打印是以激光或电子束为热源,在密闭空间和惰性气体保卫下将粉末材料熔化后层层叠加构造制品。与铸造钴铬合金相比,3D打印材料的微观形态(如组织构造、晶粒大小)和具体表现出出的材料性

6、能可能不同。针对以上问题,国内外学者已经做了大量研究,证明在适宜的工艺参数下,3D打印钴铬合金制品的多项性能优于铸造态或与其相当。 Takaichi A等5讨论了SLM成形经过中工艺参数对钴铬合金组织构造及拉伸性能的影响,结果表示清楚,成形试样的抗拉强度、委屈服从强度、伸长率等性能均优于铸造件。Schwindling F S等6将SLM成形的CoCr合金与铸造态钴铬合金比照,发如今一样周期的咀嚼模拟环境下磨损量较低,具有更好的耐磨性能。Andreas等7发现用SLM技术制造的修复体具有良好的外表性能同时避免了传统铸造修复体易出现气孔和铸造缺陷的缺点。李小宇等8研究发现,标准3D打印钴铬合金试件

7、的耐蚀性及TS、BS的稳定性较铸造钴铬合金更优,VHN的稳定性与铸造钴铬合金相当,讲明3D打印钴铬合金在口腔环境里能保持力学性能的稳定知足临床应用。刘爽9通太多项试验研究发现,3D打印钴铬合金硬度和耐腐蚀性均优于进口和国产铸造钴铬合金。李国强等10进行的试验表示清楚,3D打印钴铬合金金瓷结合力明显优于铸造钴铬合金烤瓷金属基底冠;另一研究发现激光熔覆技术制作钴铬金属基底冠的金瓷结合力优于传统铸造法钴铬合金基底冠的金瓷结合力11。在烤瓷冠桥方面,有研究发现,运用3D打印方式方法制作的钴铬合金烤瓷内冠其边缘密合性与传统铸造工艺类似12,金-瓷结合结合能力与传统工艺相当13。 这些成果均讲明了利用3D

8、打印技术制作金属材料修复体能有效提高修复体多项性能,操作简便,合适应用于临床。 2 3D打印钴铬合金生物相容性研究 利用3D打印技术加工钴铬合金,在加工经过中并未带入有毒成分和产生毒性物质,因而不会影响材料的生物安全性和生物相容性。XIN等14将SLM打印的钴铬合金材料在人工唾液中放置7天后比同条件下的铸造钴铬合金释放出较少的钴离子和钼离子,具有更良好的生物相容性;并用细胞生长试验证明了3D打印金属材料比铸造金属材料具有愈加优越的生物安全性及生物相容性。刘爽9通过细胞毒试验和细胞凋亡试验,以为3D打印钴铬合金对小鼠成纤维细胞L-929的生物相容性优于进口铸造钴铬合金、国产铸造钴铬合金。田甜等3

9、通过溶血试验、短期全身毒性试验、细胞毒性试验、口腔黏膜刺激试验对LRF Co-Cr合金进行生物安全性评价,初步以为激光快速成形钴铬合金具有良好的生物安全性。 同时,也有关于钴铬合金离子析出方面的报道。研究发现,使用含钴铬合金假体的全髋关节置换患者,其血液中的钴离子和铬离子水平增高,术后出现一系列神经异常感觉和状态,临床上应该慎用15。陈志红16对5种牙科合金进行彗星试验和体外试验,检测未见口腔粘膜细胞有明显的遗传损伤,但发现钴铬合金细胞毒性相比其他合金有明显差异,初步分析以为这些差异与合金中析出的离子浓度有关。以上研究表示清楚,钴铬合金长期植入人体后,会释放铬离子等金属离子,具有潜在的细胞毒性

10、、致癌性和过敏反响。因而,3D打印钴铬合金在临床应用前的研究经过中仍要关注离子析出对周围组织和人体产生的影响。 3 3D打印钴铬合金临床应用 3D打印钴铬合金在口腔修复领域的临床应用报道较少,主要集中在义齿冠和支架制作两方面。 有学者利用3D打印技术直接制作可摘局部义齿的钴铬合金支架,随访显示患者对其临床效果较为满意17。黄丽娟等18通过3D 打印技术制作10件钴铬合金可摘局部义齿支架,并在患者口内试戴,结果制作完成的修复体外观完好,大部分义齿就位顺利,有5件义齿就位时稍困难,局部调磨后顺利就位,义齿就位后无翘动,卡环、牙合支托与基牙密合,金属连接体与软组织贴合度良好。李靖敏等19用3D打印钴

11、铬合金烤瓷冠和传统铸造钴铬合金烤瓷冠修复220 颗患牙,在黏结后1、6、12、24 个月进行随访观察,结果显示3D打印钴铬合金烤瓷冠边缘着色比传统铸造钴铬合金烤瓷冠少,具有良好的边缘密合度,最近临床效果满意。魏玉华等20研究了3D打印钴铬合金烤瓷冠修复的效果及对血清和牙龈组织中炎症因子、黏附分子含量的影响,发现其有助于缓解牙龈组织的炎症反响,表现为炎症因子和黏附分子生成减少,是冠修复的理想材料。苑翔等21通过两组共86颗烤瓷冠的对照试验,研究了3D打印烤瓷冠对牙周组织的影响,结果发现3D打印钴铬合金烤瓷冠较常规钴铬合金烤瓷冠对牙周组织影响更小。 4 面临的问题及发展方向 与美国、德国等3D打印

12、技术水平较高的国家相比,中国的3D打印技术研究起步较晚,但近5年相关研究数量增长态势与国际同步22,23,讲明针对3D打印技术的研究热度不减,且仍存在众多需要解决的问题。 3D打印的实现包括数据采集、数据处理和3D打印3个主要经过,软件、设备和材料是影响打印效率和质量的重要因素。当前,中国市场上3D打印软件和设备的核心技术基本由国外专业公司垄断,价格昂贵,极大地限制了3D打印技术在中国口腔医学领域的推广。在口腔修复领域,3D打印钴铬合金技术的推广还面临一些需要关注和解决的问题:(1)钴铬合金粉末主要依靠进口,国产钴铬合金粉末各项性能还不尽人意,亟需研究开发国产高质量3D打印钴铬合金粉末,进而推

13、动中国3D打印技术的发展。(2)关于口腔医学领域的3D打印钴铬合金粉末的行业标准缺乏,导致粉末质量参差不齐、难以管控,亟需建立相关规范和标准。(3)国家对于3D打印粉末和医疗器械的管理政策严格,该类产品的注册成本高、周期长、前期投入大,对企业要求高。 5 结束语 3D打印钴铬合金在对个性化定制要求较高的口腔修复领域拥有无可比较的先天优势。相信在不久的将来,随着3D打印设备和材料的不断发展,以及相关标准和制度的完善,加之临床跟踪研究的深切进入和大量临床研究数据的积累,3D打印钴铬合金技术在口腔修复领域会有愈加广阔的应用前景。 以下为参考文献 1 崔福斋,冯庆玲.生物材料学M.北京:科学出版社,1

14、996. 2 人体植入物用钴-铬合金J.金属功能材料,1994,1(6):41. 3 田甜,余占海,高勃.激光快速成形钴铬合金的生物安全性评价J.实用口腔医学杂志,2020,28(2):151. 4 张倩,吴文孟,宁宝麟,等.3D打印钴铬合金应用于可摘局部义齿支架制作的机械性能评价J.全科口腔医学杂志,2021,3(1):87. 5 Takaichi Atsushi.Microstructures and mechanical properties of Co-29Cr-6Mo alloy fabricated by selective laser melting process for de

15、ntal applicationsJ.Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials,2020(21):67. 6 Franz Sebastian Schwindling.Two-body wear of CoCr fabricated by selective laser melting compared with different dental alloysJ.Tribology Letters,2021(60):25. 7 Andreas Gebhardt.Additive manufacturing by sele

16、ctive laser melting the realizer desktop machine and its application for the dental industryJ.Physics Procedia,2018,5(2):543. 8 李小宇,郑美华,王洁琪,等.3D打印和铸造钴铬合金耐蚀性及力学稳定性比拟J.中华口腔医学研究杂志:电子版,2021,10(5):327. 9 刘爽.不同加工工艺对钴铬合金的理化性能及生物学影响的研究D.大连:大连医科大学,2021. 10 李国强,沈晴昳,高建华,等.选择性激光熔覆钴铬合金与瓷的结合性能研究J.实用口腔医学杂志,2020,28

17、(3):302. 11 李国强,华佳捷,戴文安,等.激光熔覆技术(SLM)与传统铸造法钴铬金属基底冠的金瓷结合力比拟研究J.口腔医学,2020,32(5):280. 12 HUANG Zhuo-li,ZHANG Lu,ZHU Jing-wei,et al.Clinical marginal and internal fit of metal ceramic crowns fabricated with a selective laser melting technologyJ.The Journal of Prosthetic Dentistry,2021,113(6):623. 13 刘洁,

18、刘洋,孙荣,等.选区激光溶化钴铬合金金-瓷结合强度初探J.中华口腔医学杂志,2020,48(3):170. 14 XIN X Z,XIANG N,CHEN J,et al.In vitro biocompatibility of Co-Cr alloy fabricated by selective laser melting or traditional casting techniquesJ.Materials Letters,2020,88:101. 15 王烨欣,张善勇,郑吉驷.人工颞下颌关节材料的研究进展J.中国口腔颌面外科杂志,2021,14(06):567. 16 陈志红.五种牙

19、科合金细胞遗传毒性的体外试验和颊粘膜细胞微核试验研究D.杭州:浙江大学,2020. 17 凡亚强,张艳,李美华.3D打印技术在口腔临床医学中的诊断及应用研究J.中国试验诊断学,2021,22(2):363. 18 黄丽娟,景双林,聂蓉蓉,等.3D打印技术制作可摘局部义齿支架的临床应用J.南京医科大学学报:自然科学版,2021,36(10):1259. 19 李靖敏,王维倩,马婧媛.选择性激光融积钴铬合金烤瓷冠与铸造钴铬合金烤瓷冠的临床疗效比拟J.上海口腔医学,2020,23(3):350. 20 魏玉华,杨磊.选择性激光融积钴铬合金烤瓷冠修复对患者血清和龈沟液中相关分子含量的影响J.海南医学院学报,2021,21(8):1146. 21 苑翔,邓巍,张辉,等.选择性激光熔覆钴铬合金烤瓷冠对牙周组织的影响J.中国激光医学杂志,2022,28(1):42. 22 陶燕萍.我们国家3D打印技术突破点辨别及对策研究D.北京:北京工业大学,2021. 23 王晓军,王文杰.Yb填充下Ni与Te替代对CoSb3热电性能的影响J.金属功能材料,2021,25(5):12. 24 孙世杰.美国ExOne公司推出6种3D打印用新材料J.粉末冶金工业,2021,25(3):64. 25 孙世杰.Harbec塑料有限公司计划扩大直接激光烧结技术的应用J.粉末冶金工业,2018,20(3):59.