张达 姜海英 张兆龙

1 概述

随着口腔医学的发展，牙齿缺损的修复以及牙齿镶复技术的发展，对于人工牙齿代用材料的需求量日渐增加。所以牙齿修复及镶复的人工材料研究是口腔医学家、材料学家和生物学家工程家们研究的重要课题。欲研究人工代用材料，首先必须搞清楚正常国人牙齿的生物力学性能指标，诸加应力应变关系、抗压强度、剪刀强度、弯曲强度、冲击韧性、泊松尸体磨牙进行抗压强度实验研究、以期为牙齿代用人工材料的研究提供物力学参数。

2 材料与方法

实验标本取自正常国人，均为男性，年龄20～30岁。拔除第三磨牙后装入塑料袋中，密封后置于低温冰箱保存。实验前限出，在室温下解冻，将解冻后的磨牙通过机械加工的方法加工成长5 mm、宽3 mm、厚1.5 mm的试样20个准备实验。

在日本岛津AG-10TA自动控制电子万能试验机上进行试验。该机最大量程为100 kN，使用量程为30 kN，载荷通过载荷传感器传递，应变通过应变式引伸计传递。试验机带有-35℃～250℃环境温箱。本实验模拟正常人体温在36.5℃ ±0.2℃的温度场下进行实验。将试样置于装有pH值为7.4工作台上。预先将试样的原始数据输入给计算机，设定好实验程序，记录方式为x-y，其中x轴为应为，y轴为应变。驱动机器以2 mm/min的实验速度对试样施加压应力，试样破坏后计算打印机自动输出应力、应变及应力变曲线等数据和曲线。

3 实验结果(图1)

为了整理和分析实验结果，作者采用了伸长比λ，拉格朗日应力σ、拉格朗日应变γ和基尔霍夫应力s，即:

S=σ/λ

式中λ=变形后标路/标路原长，

γ =(λ2-1)

σ=力/试样原始横截面积。

正常国人磨牙压缩实验伸长比λ，拉格朗日应力σ，拉格朗日应力γ，位移ΔL，拟弹性横量E等指标见表1。

表1 正常国人磨牙压缩声像结果

图1 正常国人磨牙试样压缩应力应变曲线

4 讨论

牙体硬组织主要为釉质和牙本质构成。釉质组织结构包括釉柱、无釉柱牙釉质。釉柱为细长的矿化小柱，起自釉牙本质界，呈放射状伸向牙釉质表面。在窝沟处、釉柱从釉牙本质界向窝沟底部集中。近牙颈部釉柱几乎呈水平状排列。近表面的釉柱较直(直釉)，近釉牙本质界的2/3常扭曲绞绕(绞釉)。无釉柱牙釉质在牙釉质最内层，以及多数乳牙和恒牙表、层约30 mm处，看不到釉柱的结构，其中晶体相互平行排列。牙釉质表层与其深层的结构成分不同，其矿化程度高，含氟量高，有较强的抗酸能力，不易被酸溶解［1］。牙本质的组织结构包括牙本质小管、成牙本质细胞突起、牙本质间质。其中牙本质小管贯穿牙本质全层，自牙髓表面向外呈放射状排列。在牙尖及切缘处，小管较直;在牙颈部，小管呈“-”形弯曲，靠近牙髓的一端凸面向着根尖方向。在牙本质小管内有成牙本质细胞突起。成牙本质细胞胞体位于牙髓表面，排列成整齐的一层。每个细胞在近牙本质端有一个细长的突起伸入到牙本质小管内。牙本质的细胞间质是矿化的间质。分为二种，其一为管周牙本质(围绕成牙本质细胞突起周围的间质)，矿化程度比其余部分高，含胶原纤维少，构成牙本质小管的管壁;其二为管间牙本质(位于管周牙本质之间)矿化程度较低，含胶原纤维较多［2］。牙齿主要是由胶原纤维和羟磷灰石组成的复合材料，具有很好的生物力学性能，羟磷灰石沿轴向的弹性模量与常用用的金属材料接近。人牙齿既有脆性材料的性质，又具有粘弹性材料的性质，它既能避免硬材料的脆性破坏，又能避免材料的过早屈服［3］。

本实验结果表明，磨牙具有很高的抗压强度，其应力应变关系具有一定的线性关系。20个试样的破坏断口多数为斜断口，只有个别为横断口，分析认为磨牙压缩破坏为剪应力所为。实验中发现，在加卸过程中具有滞后理象，说明磨牙和其他生物材料一样具有粘弹特性，所以在研究人工牙齿材料时要考虑到这一点。所制作的标本主要成份为牙釉质及少量牙本质，是牙齿行使咀嚼功能的主要部分，其生物力学性能指标对修复后人工义齿的完成有很大的指导意义。

［1］载福隆.现代力学测试技术.华南理工大学出版社，1998.

［2］柳兆荣.生物力学新进展.成都科技大学出版社，1996.

［3］马洪顺.人长管状骨生物力学性能试验技术与试验机，1990，(2):38.