人工老化三单位临时固定修复体的断裂抗力：增材制造光聚合物、铣削PMMA和传统自聚合PEMA基树脂的比较

《Polymers》：Fracture Resistance of Artificially Aged Three-Unit Interim Fixed Dental Prostheses: A Comparison of an Additively Manufactured Photopolymer, a Milled PMMA, and a Conventionally Autopolymerized PEMA-Based Resin

　　

临时固定修复体（FDPs）必须承受功能性载荷、温度波动和湿度，但增材制造、CAD/CAM铣削和传统聚合临时材料在人工老化后的断裂抗力比较仍不清楚。研究人员使用增材制造光聚合物树脂、CAD/CAM铣削聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或传统自聚合粉末-液体聚甲基丙烯酸乙酯（PEMA）基树脂制作了90个三单位临时FDPs（每种材料n=30），并分为非老化和老化亚组（5000次热循环，5/55°C；n=15）。修复体未粘接就位于刚性钛基台上，并在桥体处以4mm球形压头、0.5mm/min的速度加载至断裂。材料-制造流程分组对最大断裂载荷的影响最大（p < 0.001, η²p = 0.923）：CAD/CAM铣削PMMA（1131.95 ± 135.31 N）> PEMA基树脂（475.06 ± 171.96 N）> 光聚合物树脂（163.34 ± 36.79 N）。材料×老化交互作用（p = 0.009）表明，热循环仅降低了铣削PMMA的断裂载荷。对于最大载荷时间，仅交互作用显著（p = 0.008），由光聚合物组驱动。断裂位置和模式因组而异。在这项体外研究的局限性内，最大断裂载荷的差异主要与所研究的材料-制造流程组合相关，而老化效应具有材料依赖性。

**论文解读：人工老化三单位临时固定修复体的断裂抗力比较研究**

**研究背景与问题**
临时固定修复体（interim fixed dental prostheses, FDPs）是现代固定修复治疗中的关键组成部分，用于保护预备基牙、维持咬合稳定、保持牙周健康，并在最终修复体交付前恢复功能和美观。尽管设计为临时使用，但临时修复体常因种植体骨整合、多学科治疗顺序或实验室周转时间而长期服役，据报道平均功能服务期约44.5天，期间断裂发生率接近13%。因此，临时修复体需持续承受循环咬合载荷、温度波动和湿度，其力学性能，尤其是断裂抗力，对临床功能可靠性至关重要。

目前，树脂基临时材料因其美观性、易操作性、可修复性、可抛光性和成本效益而成为首选。然而，其力学性能不仅受材料固有性质影响，还受制造路线、聚合物化学、单体-聚合物组成、转化度和加工条件的影响。传统聚合粉末-液体甲基丙烯酸酯基树脂、工业预聚合CAD/CAM铣削聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和增材制造光聚合物树脂通过根本不同的聚合路径生成不同的聚合物网络结构，这些差异可能影响残余单体含量、交联密度、分子均匀性、内部孔隙率和聚合物链组织，进而影响裂纹萌生、扩展和最终断裂抗力。数字制造技术的快速集成已显著改变了临时修复体的制造方式：CAD/CAM铣削利用在精确控制温度和压力条件下工业预聚合的PMMA盘，产生高度均匀的材料，具有最小聚合收缩、低内部孔隙率、低残余单体含量和优异尺寸稳定性，并持续表现出优于传统制造的断裂抗力、弯曲强度、边缘精度和长期力学可靠性。相比之下，增材制造通过逐层聚合过程制造几何复杂修复体，具有材料浪费少、生产时间短和制造重现性好的优点，但层间粘附、构建方向、层厚、打印参数和后固化条件显著影响其力学性能，断裂行为较工业铣削材料更具变异性。此外，水热老化通过吸水引起聚合物塑化和水解降解，以及热循环产生的内部应力，会加速聚合物网络的疲劳损伤，但老化效应的程度取决于材料组成和制造技术。

尽管已有研究比较了传统、减材和增材制造方式制作的临时FDPs的力学性能，但由于材料组成、聚合机制、修复体设计、测试方案和老化条件的差异，直接跨研究比较仍困难。在相同几何和刚性支撑条件下，不同材料-制造流程组合在人工老化后的断裂行为尚未充分表征。因此，本研究旨在比较在标准化刚性钛基台模型上，增材制造光聚合物树脂、CAD/CAM铣削PMMA和传统聚合甲基丙烯酸酯基树脂制成的三单位临时FDPs在人工老化后的断裂抗力。零假设为：（1）修复材料不影响断裂抗力；（2）人工老化不影响断裂抗力；（3）修复材料与老化条件之间无交互作用。

**研究开展与结论**
研究人员采用体外实验设计，制作了90个标准化三单位临时FDPs，分别使用增材制造光聚合物树脂（Cyclone Temp Premium Resin, shade A2, ON DENT, ?zmir, Türkiye）、CAD/CAM铣削PMMA（Alliance Disc, shade A2, Turkuaz Dental, ?zmir, Türkiye）和传统自聚合粉末-液体甲基丙烯酸酯基树脂（Dentalon? Plus, shade A2, Kulzer GmbH, Hanau, Germany），每种材料30个，再均分为非老化和人工老化亚组（n=15）。老化条件为5000次热循环（5/55°C，停留25秒，转移10秒）。所有修复体未粘接就位于刚性钛基台上，使用万能试验机以4mm球形压头、0.5mm/min速度加载至断裂。主要结局指标为最大断裂载荷（N），次要指标包括最大载荷时间（s）、断裂位置和断裂模式。统计分析采用双因素ANOVA（正态分布数据）或双因素稳健ANOVA（非正态分布数据），显著性水平α=0.05。

结果表明，材料-制造流程分组对最大断裂载荷的影响最大（p < 0.001, η²p = 0.923），CAD/CAM铣削PMMA（1131.95 ± 135.31 N）显著高于传统聚合PEMA基树脂（475.06 ± 171.96 N）和增材制造光聚合物树脂（163.34 ± 36.79 N）。人工老化主效应显著（p = 0.037），但交互作用显著（p = 0.009），表明仅CAD/CAM铣削PMMA组在老化后断裂载荷显著降低（1213.06 ± 126.65 N vs. 1050.83 ± 88.22 N），其他材料无显著变化。对于最大载荷时间，仅交互作用显著（p = 0.008），由增材制造光聚合物组驱动，老化后时间显著缩短（281.92 s vs. 233.01 s）。断裂位置方面，增材制造光聚合物组以近中连接体断裂为主；传统聚合PEMA基树脂组在非老化时主要为近中连接体，老化后转为远中连接体；CAD/CAM铣削PMMA组无论老化与否均以远中连接体为主。断裂模式方面，所有材料以不完全断裂为主，增材制造光聚合物组未发生完全断裂。该论文发表在《Polymers》期刊上，具有重要意义：为临床选择临时修复体材料提供了直接的比较数据，强调了材料-制造流程组合是决定断裂抗力的主要因素，而老化效应具有材料依赖性，并指出了增材制造光聚合物树脂在特定打印-后固化组合下性能较差的局限性。

**关键技术与方法**
1. **标准化数字设计与制造**：使用实验室扫描仪和CAD软件（exocad DentalCAD）设计统一的三单位FDP数字模型，确保所有修复体几何参数（轮廓、连接体尺寸、桥体形态、咬合解剖、边缘形态、粘接间隙）一致。
2. **三种材料-制造流程**：增材制造采用低力立体光刻（LFS）3D打印机（Form 3B）及Open Material Mode，层厚100μm，后固化在Form Cure中进行；传统聚合采用硅橡胶复制索引法，使用自固化粉末-液体PEMA基树脂；CAD/CAM铣削使用五轴铣削单元从工业预聚合PMMA盘加工。
3. **人工老化方案**：在专用热循环仪中进行5000次热循环（5/55°C，停留25秒，转移10秒），非老化组在37°C蒸馏水中储存24小时。
4. **断裂载荷测试**：使用万能试验机（AG-X Plus, 100 kN载荷传感器），修复体未粘接就位于定制刚性钛基台，4mm不锈钢球形压头垂直加载于桥体中央窝，速度0.5mm/min，记录最大断裂载荷、时间、位置和模式。
5. **统计分析**：双因素ANOVA（正态数据）或稳健ANOVA（非正态数据），Bonferroni校正事后比较，效应量报告部分η平方（η²p）及95%置信区间。

**研究结果**
**3.1 最大断裂载荷**
通过双因素方差分析，修复材料主效应显著（F=505.985, p<0.001, 部分η²=0.923），人工老化主效应显著（F=4.499, p=0.037, 部分η²=0.051），交互作用显著（F=4.997, p=0.009, 部分η²=0.106）。Bonferroni事后比较显示，所有材料间差异显著（p<0.05），且仅CAD/CAM铣削PMMA组在老化后最大断裂载荷显著降低（1213.06±126.65 N vs. 1050.83±88.22 N）。

**3.2 最大载荷时间**
双因素稳健方差分析显示，修复材料主效应（p=0.743）和人工老化主效应（p=0.699）不显著，但交互作用显著（F=9.775, p=0.008, 部分η²=0.189）。稳健多重比较表明，该交互作用源于增材制造光聚合物组，老化后最大载荷时间显著缩短（281.92 s vs. 233.01 s）。

**3.3 断裂位置**
增材制造光聚合物组在两种老化条件下均以近中连接体断裂为主；传统聚合PEMA基树脂组在非老化时主要为近中连接体，老化后转为远中连接体；CAD/CAM铣削PMMA组无论老化与否均以远中连接体为主。桥体断裂仅见于增材制造光聚合物组，同时涉及两个连接体的断裂仅见于传统聚合和CAD/CAM铣削组。

**3.4 断裂模式**
所有材料以不完全断裂为主要模式。增材制造光聚合物组仅出现部分和不完全断裂，无完全断裂。传统聚合PEMA基树脂组中，完全断裂主要见于非老化标本，老化后不完全断裂频率增加。CAD/CAM铣削PMMA组在两种老化条件下均以不完全断裂为主，完全断裂偶见。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究证实材料-制造流程组合对最大断裂载荷的影响远大于人工老化，且交互作用显著，表明热循环效应具有材料依赖性，因此拒绝了所有三个零假设。CAD/CAM铣削PMMA的优异性能与既往研究一致，可能归因于工业预聚合产生的高转化度、低残余单体和均匀结构，但未直接测量这些理化特性。传统聚合PEMA基树脂的中间断裂抗力可能受操作依赖性加工、聚合收缩和残余单体影响。增材制造光聚合物树脂的断裂抗力最低，可能与层间结合较弱、树脂-打印平台不兼容（未经验证的Open Material Mode）及后固化条件有关，但未进行显微组织分析。老化仅显著降低CAD/CAM铣削PMMA的断裂载荷，可能因其高转化度限制了进一步后聚合，使水介导降解占主导；增材制造光聚合物组未显示断裂载荷显著降低，但最大载荷时间显著缩短，提示负载-变形行为改变。断裂位置和模式差异反映了材料性质、连接体几何和加载构型的交互作用。研究局限性包括：仅评估单一商业材料，无法分离材料化学与制造技术的独立效应；刚性无粘接测试模型缺乏生理性牙周膜顺应性；静态加载未包含循环机械疲劳；增材制造树脂采用非制造商验证的打印平台；缺少转化度、残余单体、吸水率、断口形貌等直接表征。因此，结果应视为特定于所研究的材料-流程组合和实验条件，而非推广至整个制造技术。

**结论部分翻译**：
在这项体外研究的局限性内，所研究的三种材料-制造流程组合在最大断裂载荷上存在显著差异。CAD/CAM铣削PMMA表现出最高值，其次是传统聚合PEMA基材料，而所研究的增材制造光聚合物树脂表现出最低值。在本实验条件下，热循环仅显著降低了CAD/CAM铣削PMMA组的最大断裂载荷。由于研究设计中材料化学与制造流程内在耦合，无法分离其独立贡献。此外，解释受限于刚性无粘接测试模型、缺乏循环机械疲劳、光聚合物组使用的非验证树脂-打印平台组合，以及缺乏直接理化与断口形貌表征。因此，这些发现应被视为特定于所研究的三种材料-流程组合和实验条件，而非推广至增材制造、CAD/CAM铣削或传统制造作为整体技术。