口腔修复体材料的磨损实验研究(2)
人和动物机体都离不开摩擦学问题。简单的说，人脚和地面有摩擦才可以走路，同样身体内部也有摩擦学现象，比如，各关节之间有摩擦才可以使机体运动等。生物摩擦学就是研究这些内容的科学。生物摩擦学按研究对象可划分为两类：一类是生物体自身的摩擦学，另一类是生物替代体的摩擦学。生物体自身的摩擦学主要研究天然牙、自然关节、心脏瓣膜、管壁、骨骼以及皮肤、毛发等摩擦学现象；生物替代体的摩擦学主要研究人工关节、种植义齿、人工心脏瓣膜（如图1.1、图1.2及图1.3）等磨损机制。而目前有关生物摩擦学的研究中，口腔生物摩擦学(dental bio-tribology) 是生物摩擦学的一个主要分支，它将摩擦学与材料学、物理学、生物化学、流变学，计算机等知识交叉，研究口颌系统、口腔内部及人工植入体或生物代用材料的摩擦学现象。
1.1 典型的人工 1.2典型种植义齿形式 1.3 人工心脏瓣膜
1.2 口腔生物摩擦学
口腔生物摩擦学主要研究舌头、咽喉、嘴唇及牙齿等部位的摩擦与润滑，牙齿的生物摩擦学是口腔生物摩擦学系统中一个很复杂的问题，它涉及物理学、材料学、医学等多门学科，体现在天然牙的磨损、义齿的磨损、牙齿在唾液中的生物润滑行为等。目前对牙齿的生物摩擦学行为研究并不多，但它们的摩擦学行为对人体健康和生活具有重要影响，在口腔修复领域，研究修复各种材料的摩擦性能也是非常重要的[3]。
1.2.1 天然牙的构成及功能
牙齿是人类身体最坚硬的器官，如图1.4所示，正常成人有28至32个恒牙，排成上下对颌的两排[4]。如图1.5所示，人体天然牙结构从外部观察，由牙冠和牙根构成，其中牙冠与牙根交界处的弧形曲线是牙颈。牙根是固定在牙槽窝内，它是牙体的支持部分，牙冠是发挥咀嚼功能的主要部分，由牙釉质、牙本质和牙髓组成，牙釉质和牙本质的力学性能参数如表1.1。牙本质是构成牙齿的主体部分，含矿物质65%~75%，有机质20%，其余5%~10%为水，牙本质矿化不如牙釉质，但比牙釉质具有更大的弹性。牙釉质是一种半透明高度钙化的组织，主要含有磷酸钙和碳酸钙，是人体中最硬的组织，硬度相当于石英石。牙釉质覆盖在牙冠表面，进行牙齿摩擦磨损研究时，主要是牙釉质的磨损研究。当牙齿脱落或拔除后，用于修复牙体缺损、牙列缺损或缺失，恢复咀嚼、美观、发音等功能制备出的假牙就是义齿。义齿代替天然牙在口中长期行使咀嚼咬合功能，不可避免地会与天然牙产生磨损，本文就义齿材料与天然牙之间的摩擦磨损性能进行研究。综上所述，针对天然牙牙釉质和义齿材料产生的磨损现象，有必要对磨损的特性与机理进行了解。
1.4人体恒牙列结构示意图 1.5人体天然牙结构示意图
表1.1牙釉质和牙本质的力学性能参数
性能 牙釉质 牙本质
杨氏模量（GPa） 20.0-84.2 10.2-15.6
剪切模量（GPa） 29 6.4-9.7
体积模量（GPa） 45-65 3.11-4.38
压强强度（GPa） 0.095-0.386 0.249-0.315
泊松比 0.23-0.30 -0.18
拉伸强度 0.030-0.035 0.040-0.276
剪切强度 0.06 0.012-0.138
努氏硬度 250-500 57-71
密度（Kg/ m3） 2500 2900
1.2.2 磨损特征与机理
1996年，Imfeld将“磨损”定义为由于异物反复与牙齿接触而导致牙齿病理性损耗的机械过程。郑靖[5]的文章中提到，用3个不同的术语来描述牙齿和牙科修复材料的磨损，即上下对颌牙表面的直接接触磨损（Attrition）、食物颗粒存在于牙颌面所导致的非直接接触磨损（Abrasion）以及口腔内化学因素导致的材料损失（Erosion）。温诗铸[6]的书中提到，按照不同的磨损机理，磨损可分为四个基本类型：磨粒磨损、黏着磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损，这也是口腔修复体材料摩擦磨损过程中常见的磨损类型。其中，磨粒磨损作为最普遍的磨损形式，其作用机理是磨粒的犁沟作用，当磨粒沿着一个表面发生磨损行为时，称为二体磨粒磨损，当磨粒存在于两摩擦表面之间成为三体磨粒磨损；黏着磨损是由于黏着结点发生剪切断裂所形成的磨损，分为轻微黏着磨损、一般黏着磨损、擦伤磨损、胶合磨损；表面疲劳磨损是由于循环变化的接触应力使表面疲劳，从而剥落形成凹坑的作用，分为鳞剥和点蚀两种；腐蚀磨损是由于化学或电化学反应而产生的表面损伤。表1.2为口腔修复体材料的磨损机制分类表。
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