氮化硅复合种植体－骨界面的剪切强度
作者：阮世红 武剑 刘杰
单位：阮世红 武剑(深圳市慢性病防治院 518020)；刘杰(天津大学力学系)
关键词：硅；骨内牙种植；剪切强度
实用口腔医学杂志000515
〔摘要〕 目的：测试并分析新型种植体及钛种植体与骨的剪切强度。方法： 以Beagle犬为实验对象，羟基磷灰石(HA)涂层钛种植体及钛合金种植体为对照，用 力学测试方法研究新型种植体--氮化硅复合羟基磷灰石涂层种植体和单一氮化硅种植体植 入股骨后，不同时期种植体-骨界面的剪切强度。结果：两种有涂层 的种植体植入后1个月 ，其界面剪切强度高于非涂层者，但3个月后实验组的两种种植体界面剪切强度明显高于对 照组，与骨形成更牢固的骨性结合。结论：新型种植材料具有一定 的临床应用价值及发展潜力。
, http://www.100md.com 中图分类号：R783.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3733(2000)05-0378-02
Shearing strength of bone interface with silicon nitride composite implant
Ruan Shihong Wu Jian Liu Jie
(Shenzhen Chronic Disease Hospital, Shenzhen 518020)
〔Abstract〕Objective:To study the shearing strength of bone interfac e with silicon nitride composite coated(Si3N4-HA) implant.Methods: Si3N4- HA and Si3N4 were implanted into femur of Beagle dogs.1 and 3 months after i mplant ation shear strength of bone interface with the materials was examined with mech anic testing method. Ti-HA and Ti were used as the controls.Results: The shear st rength values (MPa) of the bone interface with Si3N4-HA,SiN4,Ti-HA or Ti were 2.64±0.81,1.91±0.78,2.45±0.08 and 1.75±0.74 (P<0.01) respect ively 1 month after implantation;those were 13.93±1.87,13.55±1.62,12.45±1.58 and 10.70±1.93 (P<0.01) 3 months after implantation.Concl usion:Si3N4-HA may induce stronger shearing strength with bone i nterface.
, 百拇医药
Key words Silicon;Endosseus dental implantation; Shear strength
本文选用高强度陶瓷氮化硅(silicon nitride,Si3N4)做基底材料，表面等离子喷 涂羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)，就这种新型复合种植体及单一氮化硅种植体的理化性 能、生物学特性已做了大量研究〔1,2〕。为进一步了解该种植体与骨的界面结合情 况，又进行了科学的定量实验研究。本文以Beagle犬为实验对象，采用生物力学方法测试新 型种植体与骨界面的剪切强度。
1 材料与方法
1.1 种植体
实验组：Si3N4-HA,Si3N4(直径3.7～4.0 mm，长10 mm，圆柱型。)；对照组 ：Ti-HA，Ti
, http://www.100md.com
Ti-HA由四川大学材料科学研究所提供，Ti由Core-Vent Corp.Encino Calif.U.S.提供。
1.2 实验动物
国际标准实验用Beagle犬6只。
1.3 实验方法
用30 g/L戊巴比妥钠以每千克体重30 mg静脉麻醉Beagle犬后， 双侧股骨由近及远植入种植体，间隔5～10 mm，于术后1个月、3个月、6个月分别处死，取 新鲜 股骨标本去除附着的软组织，用骨锯沿种植体方向将股骨锯成若干小块，每一小块含一个种 植体；再用金刚砂片将每一小块沿与种植体长轴成正交的方向切成两块，所有标本置于生理 盐水中。将制备成的试件放于409-Ⅱ型加载架上，以10 mm/min的施载速度逐渐加压，至种 植体从骨块中脱出，记录试件破坏时的施载力，测量、计算出各试件的种植体-骨界面面积 ，按下列公式求得剪切强度：
, 百拇医药
剪切强度(MPa)=试件破坏时的最大力/界面结合面积。
注意制备试件及测试界面剪切强度应在处死动物24 h内完成。
2 结 果
表1是在不同的种植时期的4种种植体-骨界面的剪切强度的均数及标准差。
结果显示，种植体植入后1个月，Si3N4-HA、Ti-HA与骨界面的剪切强度高于非涂 层的 两种(P<0.01);3个月时实验组均高于对照组(P<0.01或<0.05)；6个月时Si 3N4的界面剪切强度略高于其他3种，但无显著性。
4种植体植入后1～3个月其界面剪切强度均明显升高(P<0.01),3～6个月时Si3N 4-HA和Ti-HA骨界面剪切强度变化无统计学意义。
, http://www.100md.com
表1 4种种植体-骨界面剪切强度 (
±s,MPa) 种植时间
(月)
Si3N4-HA
Si3N4
Ti-HA
Ti
1
2.46±0.81
1.91±0.78
2.45±0.88
, http://www.100md.com
1.79±0.74
3
13.93±1.87
13.55±1.62
12.45±1.58
10.70±1.39
6
14.37±1.84
15.54±1.91
13.42±1.98
12.67±2.53
表2 种植体-骨界面剪切强度的均数比较及两两比较结果
, http://www.100md.com
SHl
SH3
SH6
Sl
S3
S6
THl
TH3
TH6
Tl
T3
T6
SHl
, 百拇医药 -
<0.01
<0.01
<0.01
NS
<0.01
SH3
-
NS
NS
<0.05
<0.01
SH6
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-
NS
NS
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-
<0.01
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<0.01
S6
-
NS
NS
TH1
-
<0.01
<0.01
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TH3
-
, 百拇医药 NS
<0.05
TH6
-
NS
T1
-
<0.01
<0.01
T3
-
<0.01
T6
-
, 百拇医药
NS表示检验无统计学意义，SHl表示种植后1个月的Si3N4-HA,S3表示种植后3个月 的Si3N4，TH6表示种植后6个月的Ti-HA,其它以此类推。
3 讨 论
种植体-骨界面的结合问题包括界面的结合方式及界面的结合类型，这两者的统一决定了界 面结合强度的高低。
结合方式为种植体表面与骨单纯的直接附着，或互相嵌合，或生物性固定等。结合类型如骨 性结合、纤维骨性结合等。
目前一般认为较理想的界面结合类型是骨性结合，即光镜水平下骨组织与种植体间的直接相 连。其优点是：种植体与骨组织成为整体，受力时无相对运动及磨耗产物释放，能更有效地 传递应力，防止骨萎缩或吸收，阻止上皮组织向下潜行。
, 百拇医药
另外，这种骨性界面的结合强度还要受到界面骨矿化程度的影响。一般来说，在结合类型及 方式一定的前提下，界面的矿化程度与其结合强度成正比关系。本实验采用的生物力学测试 结果表明，植入后早期有涂层的种植体其界面结合强度高于非涂层者(P<0.01)，至 6个月时 几种种植体的剪切强度之间无显著性差异，但Si3N4-骨界面的结合强度略高，这一结 果与骨计量学分析结果近似。从生物力学的角度显示，此时Si3N4种植体周围骨组织矿 化 及成骨仍较活跃，骨性结合还在加强。提示涂层种植体能在同期的较早时间加速骨矿化。涂 层内的结构、成分决定着界面的矿化速度和程度，以及界面的剪切强度。因此可认为，结合 强度的测试能反映种植材料的生物相容性及成骨速度，可做定量的分析比较。
研究表明，生物活性陶瓷涂层种植体-骨界面的剪切强度，在种植早期高于未涂层者，这可 能是因为涂层表面孔穴能引导骨长入，以及涂层作为亲骨性基质的缘故。羟基磷灰石-骨结 合被认为是生物性结合界面〔3,4〕，因而HA涂层牙种植体稳定性高，优于非涂层者 ，本文结果也证实了这一点。但HA涂层能否保持长期稳定，特别是在咀嚼压力下能否维持其 原有特性，尚须进一步研究。
, 百拇医药
参考文献
1，阮世红,李松岭,史书俊,等.氮化硅复合骨内种植体的骨计量学研究.中华口腔医学 杂志,1999,34(4):223
2，阮世红,李松岭,武剑.新型种植材料的扫描电镜观察.见:张其清,薛福庆,李朝兴,主编.跨 世纪的科学与技术.天津:南开大学出版社,1998.49～52
3，Block MS.Hydroxyapatite as bone replacement graft.J Calif Dent Assoc,1992,20:3 0
4，Jones JD,Saigusa M,Van Sickels JE,et al.Clinical evaluation of hydroxy1apa t ite-coated titanium plasma-sprayed and titanium plasma-sprayed cylinder denta l impl ants:A preliminary report.Oral Surg Oral Med Oral Pathol,1997,84(2):137
(收稿：1999-07-21修回：1999-12-24), 百拇医药
单位：阮世红 武剑(深圳市慢性病防治院 518020)；刘杰(天津大学力学系)
关键词：硅；骨内牙种植；剪切强度
实用口腔医学杂志000515
〔摘要〕 目的：测试并分析新型种植体及钛种植体与骨的剪切强度。方法： 以Beagle犬为实验对象，羟基磷灰石(HA)涂层钛种植体及钛合金种植体为对照，用 力学测试方法研究新型种植体--氮化硅复合羟基磷灰石涂层种植体和单一氮化硅种植体植 入股骨后，不同时期种植体-骨界面的剪切强度。结果：两种有涂层 的种植体植入后1个月 ，其界面剪切强度高于非涂层者，但3个月后实验组的两种种植体界面剪切强度明显高于对 照组，与骨形成更牢固的骨性结合。结论：新型种植材料具有一定 的临床应用价值及发展潜力。
, http://www.100md.com 中图分类号：R783.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3733(2000)05-0378-02
Shearing strength of bone interface with silicon nitride composite implant
Ruan Shihong Wu Jian Liu Jie
(Shenzhen Chronic Disease Hospital, Shenzhen 518020)
〔Abstract〕Objective:To study the shearing strength of bone interfac e with silicon nitride composite coated(Si3N4-HA) implant.Methods: Si3N4- HA and Si3N4 were implanted into femur of Beagle dogs.1 and 3 months after i mplant ation shear strength of bone interface with the materials was examined with mech anic testing method. Ti-HA and Ti were used as the controls.Results: The shear st rength values (MPa) of the bone interface with Si3N4-HA,SiN4,Ti-HA or Ti were 2.64±0.81,1.91±0.78,2.45±0.08 and 1.75±0.74 (P<0.01) respect ively 1 month after implantation;those were 13.93±1.87,13.55±1.62,12.45±1.58 and 10.70±1.93 (P<0.01) 3 months after implantation.Concl usion:Si3N4-HA may induce stronger shearing strength with bone i nterface.
, 百拇医药
Key words Silicon;Endosseus dental implantation; Shear strength
本文选用高强度陶瓷氮化硅(silicon nitride,Si3N4)做基底材料，表面等离子喷 涂羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)，就这种新型复合种植体及单一氮化硅种植体的理化性 能、生物学特性已做了大量研究〔1,2〕。为进一步了解该种植体与骨的界面结合情 况，又进行了科学的定量实验研究。本文以Beagle犬为实验对象，采用生物力学方法测试新 型种植体与骨界面的剪切强度。
1 材料与方法
1.1 种植体
实验组：Si3N4-HA,Si3N4(直径3.7～4.0 mm，长10 mm，圆柱型。)；对照组 ：Ti-HA，Ti
, http://www.100md.com
Ti-HA由四川大学材料科学研究所提供，Ti由Core-Vent Corp.Encino Calif.U.S.提供。
1.2 实验动物
国际标准实验用Beagle犬6只。
1.3 实验方法
用30 g/L戊巴比妥钠以每千克体重30 mg静脉麻醉Beagle犬后， 双侧股骨由近及远植入种植体，间隔5～10 mm，于术后1个月、3个月、6个月分别处死，取 新鲜 股骨标本去除附着的软组织，用骨锯沿种植体方向将股骨锯成若干小块，每一小块含一个种 植体；再用金刚砂片将每一小块沿与种植体长轴成正交的方向切成两块，所有标本置于生理 盐水中。将制备成的试件放于409-Ⅱ型加载架上，以10 mm/min的施载速度逐渐加压，至种 植体从骨块中脱出，记录试件破坏时的施载力，测量、计算出各试件的种植体-骨界面面积 ，按下列公式求得剪切强度：
, 百拇医药
剪切强度(MPa)=试件破坏时的最大力/界面结合面积。
注意制备试件及测试界面剪切强度应在处死动物24 h内完成。
2 结 果
表1是在不同的种植时期的4种种植体-骨界面的剪切强度的均数及标准差。
结果显示，种植体植入后1个月，Si3N4-HA、Ti-HA与骨界面的剪切强度高于非涂 层的 两种(P<0.01);3个月时实验组均高于对照组(P<0.01或<0.05)；6个月时Si 3N4的界面剪切强度略高于其他3种，但无显著性。
4种植体植入后1～3个月其界面剪切强度均明显升高(P<0.01),3～6个月时Si3N 4-HA和Ti-HA骨界面剪切强度变化无统计学意义。
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表1 4种种植体-骨界面剪切强度 (
±s,MPa) 种植时间(月)
Si3N4-HA
Si3N4
Ti-HA
Ti
1
2.46±0.81
1.91±0.78
2.45±0.88
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1.79±0.74
3
13.93±1.87
13.55±1.62
12.45±1.58
10.70±1.39
6
14.37±1.84
15.54±1.91
13.42±1.98
12.67±2.53
表2 种植体-骨界面剪切强度的均数比较及两两比较结果
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SHl
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NS表示检验无统计学意义，SHl表示种植后1个月的Si3N4-HA,S3表示种植后3个月 的Si3N4，TH6表示种植后6个月的Ti-HA,其它以此类推。
3 讨 论
种植体-骨界面的结合问题包括界面的结合方式及界面的结合类型，这两者的统一决定了界 面结合强度的高低。
结合方式为种植体表面与骨单纯的直接附着，或互相嵌合，或生物性固定等。结合类型如骨 性结合、纤维骨性结合等。
目前一般认为较理想的界面结合类型是骨性结合，即光镜水平下骨组织与种植体间的直接相 连。其优点是：种植体与骨组织成为整体，受力时无相对运动及磨耗产物释放，能更有效地 传递应力，防止骨萎缩或吸收，阻止上皮组织向下潜行。
, 百拇医药
另外，这种骨性界面的结合强度还要受到界面骨矿化程度的影响。一般来说，在结合类型及 方式一定的前提下，界面的矿化程度与其结合强度成正比关系。本实验采用的生物力学测试 结果表明，植入后早期有涂层的种植体其界面结合强度高于非涂层者(P<0.01)，至 6个月时 几种种植体的剪切强度之间无显著性差异，但Si3N4-骨界面的结合强度略高，这一结 果与骨计量学分析结果近似。从生物力学的角度显示，此时Si3N4种植体周围骨组织矿 化 及成骨仍较活跃，骨性结合还在加强。提示涂层种植体能在同期的较早时间加速骨矿化。涂 层内的结构、成分决定着界面的矿化速度和程度，以及界面的剪切强度。因此可认为，结合 强度的测试能反映种植材料的生物相容性及成骨速度，可做定量的分析比较。
研究表明，生物活性陶瓷涂层种植体-骨界面的剪切强度，在种植早期高于未涂层者，这可 能是因为涂层表面孔穴能引导骨长入，以及涂层作为亲骨性基质的缘故。羟基磷灰石-骨结 合被认为是生物性结合界面〔3,4〕，因而HA涂层牙种植体稳定性高，优于非涂层者 ，本文结果也证实了这一点。但HA涂层能否保持长期稳定，特别是在咀嚼压力下能否维持其 原有特性，尚须进一步研究。
, 百拇医药
参考文献
1，阮世红,李松岭,史书俊,等.氮化硅复合骨内种植体的骨计量学研究.中华口腔医学 杂志,1999,34(4):223
2，阮世红,李松岭,武剑.新型种植材料的扫描电镜观察.见:张其清,薛福庆,李朝兴,主编.跨 世纪的科学与技术.天津:南开大学出版社,1998.49～52
3，Block MS.Hydroxyapatite as bone replacement graft.J Calif Dent Assoc,1992,20:3 0
4，Jones JD,Saigusa M,Van Sickels JE,et al.Clinical evaluation of hydroxy1apa t ite-coated titanium plasma-sprayed and titanium plasma-sprayed cylinder denta l impl ants:A preliminary report.Oral Surg Oral Med Oral Pathol,1997,84(2):137
(收稿：1999-07-21修回：1999-12-24), 百拇医药