人牙釉质三体磨粒磨损特性研究.doc

西南交通大学 硕士学位论文人牙釉质三体磨粒磨损特性研究 姓名：周丹 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：周仲荣 20060601 西南交通大学硕士研究生学位论文 第ｉ页 摘 要 人体天然牙的磨损是无法防止的研究说明，食物颗粒的硬度对于口颌系统发育有着重要的影响，食物颗粒硬度过小会导致咀嚼功能下降，影响口颌系统结构和功能发育目前，食物过于细软导致牙列拥挤的人数正不断上升因此，深入系统地研究食物颗粒特性对牙齿摩擦磨损行为的影响，不仅可以丰富和开展生物摩擦学理论，还可以为口颌系统正常发育及牙齿保健提供理论指导 本论文选用高硬度的沙子和低硬度的荞麦颗粒作为模拟食物颗粒，每种食物颗粒的粒度分为三个等级，在体外摩擦磨损试验机上采用陶瓷球，牙釉质平面试样接触方式，考察了食物颗粒的粒度与硬度对人牙釉质三体磨粒磨损特性的影响主要结果和结论如下： １．当食物颗粒硬度较高时，随着颗粒粒度减小，牙釉质的稳态摩擦系数略有降低，磨损外表形貌逐渐由剥落为主转变为犁削效应；当食物颗粒粒度较低时，随着粒度增加，牙釉质的稳态摩擦系数显著降低，磨损外表形貌由犁削效应转变为轻微擦伤 ２．当食物颗粒粒度相同时，硬颗粒对应的牙釉质稳态摩擦系数高于软颗粒，并且随着粒度减小，二者的差距增大；硬颗粒存在时，牙釉质磨损外表形貌那么以剥落和犁削效应为主，磨损严重，而软颗粒对应的釉质磨损外表形貌以擦伤和划痕为主，磨损轻微。

３．和两体直接接触磨损相比，硬度低、粒度小的食物颗粒在摩擦磨损过程中可能有一定的润滑作用，从而减缓人牙釉质的磨损；而硬度高、粒度大的食物颗粒那么会加剧人牙釉质的磨损关键词：人牙釉质；食物颗粒；粒度；硬度：三体磨损 西南交通大学硕士研究生学位论文 第ｉｉ页 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｗｅａｒ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｔｅｅｔｈ ｉｓ ａｎ ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｃｌｉｎｉｃａｌ ｐｒｏｂＩｅｍｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔＯｏｔｈ ｗｅａｒ ｈａｖｅ ｂｅｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｅｃａｕｓｅｐｅｏｐｌｅ ａｒｅ ｋｅｅｐｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｏｗｎ ｔｅｅｔｈ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｙｅａｒｓ．Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｂｏｄｙ ｗｅａｒ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｅｎａｍｅｌ ｗｏｕｌｄ ｈｅｌｐ ｔｈｅ ｃＩｉｎｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｗｅａｒ ｏｆ ｔｅｅｔｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ｎｅｗ ｄｅｎｔａｌ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． １ｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｓａｎｄ ａｎｄ ｂｕｃｋｗｈ。

ａｔ ｗｅｒｅ ｓｅＩｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｆｏｏｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｇｒａｄｅｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｏｆ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｆｏｏｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｂｏｄｙ ｗｅａｒ ｏｆｈｕｍａｎ ｅｎａｍｅｌ ｗａｓ ｕｎｄｅｒ ｂａｌｌ—ｏｎ－ｆｌａｔ ｃｏｎｆａｃｔ ｕｓｉｎｇ ａ ｉｎＶｅｓｔｉｇａｔｅｄ Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ．ｅｘａｍｉｎｅｄ ｂｙ ｍｉｃｒｏ－ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔｅｒ，ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ〔ＯＭ〕ａｎｄ ｌａｓｅｒｃｏｎｆｏｃａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ〔ＬＣＳＭ〕．Ｍａｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｒａｗｎ ａｓｆｏｌｌｏｗｓ： １，Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ３ ａｃｔ ａｓ ｔｈｉｒｄ ｂｏｄｙ，ｔｈｅ ｓｔａｂＩｅ ＶａＩｕｅ ｏｆｆｔｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａ １ｉｔｔｌｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎａｍｅｌ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｆｒｏｍ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｌｏｕｇｈｉｎｇ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｕｃｋｗｈｅａｔｐａｎｉｃｌｅｓ ａｃｔ ａｓ ｔｈｉｒｄ ｂｏｄｙ，ｔｈｅ ｓｔａｂＩｅ ｆｔｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔ沁ｌｅｓ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎａｍｅｌ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｆｒｏｍｐ】ｏｕｇｈｉｎｇ ｔｏ ｓ】王ｇｈｔ ｓｃｒａｔｃｈ． ２．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｆ００ｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ，ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｒｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｆｂｏｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ． Ｔｈｅ ｗｏｒｎｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ｅｎａｍｅｌ ａｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｍａｉｎｌｙ ｂｙ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄｐｌｏｕｇｈｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｒｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｗｈｉＩｅ ｓｌｉｇｈｔ ｓｃｒａｔｃｈ ｉｓｄｏｍｉｎａｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ｅｎａｍｅｌ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆ、Ｄａｒｔｉｃｌｅｓ． 西南交通大学硕士研究生学位论文 第ｉｉｊ页 ３．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｂｏｄｙ ｗｅａｒ ｏｆ ｅｎａｍｅｌ，ｔｈｅ ｆｏｏｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈ ｌｏｗ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ ｍａｙ ａｃｔ ａｓ ｓｏｌｉｄ １ｕｂｒｉｃａｎｔ ａｎｄａｌｌｅＶｉａｔｅ ｔｈｅ ｔｈｆｅ宴－ｂｏｄｙ ｗｅａｒ ｏｆ ｅｎａｍｅｌ， ｈｏｗｅ审ｅｒ，ｔｈｅ ｆｂｏｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｓｉｚｅ ｃｏｕｌｄ ａｇｇｒａｖａｔｅ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｂｏｄｙ ｗｅａｒｏｆ ｅｎａｍｅｌ．１〔ｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｈｕｍａｎ ｔｏｏｔｈ ｅｎａｍｅｌ；ｆｏｏｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ； ｓｉｚｅ； ｈａｒｄｎｅｓｓ； ｔｈｒｅｅ－ｂｏｄｙ ｗｅａｒ 西南交通大学硕士研究生学位论文 第１页 第一章绪论１．１人体天然牙的组织结构 从外部观察，整个牙齿是由牙冠、牙根及牙颈三局部组成…。

平时我们在口腔里能看到的局部就是牙冠，它是发挥咀嚼功能的主要局部，依据咀嚼功能不同，形态各异牙根是固定在牙槽窝内，它是牙体的支持局部，其形态与数目也随功能的不同而有差异可分为单根牙和多根牙切牙和尖牙绝大局部是一个根下颌前磨牙少数为两个根，多数为一个根上颌前磨牙多数为两个根，少数为一个根磨牙一般为２—３个根每一个牙根的末端有一个小孔，叫根尖孔牙冠与牙根交界处叫牙颈如果我们把牙齿纵型剖开来观察，可见到牙齿是由牙釉质〔俗称珐琅质〕、牙本质和牙骨质三层硬组织，及最里层的一种牙髓软组织构成图１一ｌ示出了天然牙的组织结构 图１－１天然牙结构示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第２页 〔１〕 牙釉质它是牙冠外层的白色半透明的钙化程度最高的坚硬组织，其硬度仅次于金刚石，对咀嚼磨耗有较大的抵抗力硬化完全的牙釉质仅含４％的有机物，而无机物那么可高达９６％，一般说来，它是没有感觉的活组织，其新陈代谢过程缓慢牙釉质的根本结构是釉柱釉柱由拉长的扁六棱柱形磷灰石晶体择优排列而成，贯穿牙釉质的整个厚度，与牙冠外表近似垂直牙釉质在牙尖部位最厚，约２—３ｍｍ，在牙颈局部最薄报道称其性能比牙尖部的差…最新的研究结果说明釉质的机械性能随着釉质在牙冠上的位置、局部化学成分和釉柱取向的变化而变化【３“〕。

〔２〕 牙本质它是构成牙齿的主体，位于牙釉质和牙骨质的内层，也是牙髓腔及根管的侧壁，颜色淡黄，大约含有３０％的有机物和水，７０％的无机物，无机相的主要成分也是磷灰石晶体，但其尺寸小与牙釉质中的磷灰石晶体１７ Ｊ硬度低于牙釉质，有一定的弹性，当牙釉质受力时，其变形可适当缓冲其咀嚼压力而不致破碎假设用显微镜观察，可见到牙本质内有许多排列规那么的细管，称为牙本质小管，管内有神经纤维，具有良好的渗透能力，组织液和牙局部环境中的许多液体介质和离子可经过牙本质当牙本质暴露后，能感受外界冷、热、酸、甜等刺激，而引起疼痛牙釉质与牙本质的性能及参数见表１．１¨“… 表１．１牙釉质及牙本质的性能参数 西南交通大学硕士研究生学位论文 第３页 〔３〕 牙骨质它包绕牙根的外层，较薄ｊ颜色较黄，大约有４５％．５０％的无机物，硬度类似于骨组织，具有不断新生的特点 〔４〕 牙髓它位于髓腔及根管内，主要由结缔组织、血管和神经构成，后两者通过根尖孔与身体的血液循环系统和神经系统相连接牙髓组织的功能是形成牙本质，具有营养、感觉、防御的能力牙髓神经对外界的刺激特别敏感，可产生难以忍受的剧烈的疼痛１．２牙齿的摩擦学问题１．２．１磨损类型 口腔内的相关磨损机制和它们之间的相互作用如图１．２所示。

磨牙〔Ｔｈｅｇｏｓｉｓ〕是牙齿对牙齿的横向滑动，是一种基因遗传决定的运动模式，最初用于磨尖牙齿【“ｌ，见图ａ夜磨牙〔Ｂｒｕｘｉｓｍ〕专指牙牙台面没有食物存在时牙齿的病理性磨损行为，见图ａ咀嚼〔Ｍａｓｔｉｃａｔｉｏｎｌ一般指上下对颌牙之间存在有食物颗粒时牙齿牙合面的咀嚼行为，可分为两个阶段：第一阶段通常称为“开牙台阶段〞，此时上下对颌牙外表几乎无咬合力作用，悬浮在食物浆中的食物颗粒可以自由运动，见图ｂ；第二阶段通常称为“闭牙合阶段〞，咬合力开始作用在食物颗 〔ａ〕磨牙／夜磨牙 〔ｂ〕开牙台阶段 西南交通大学硕士研究生学位论文 第４页 厂〕 ｂ＠吲 ｌ ｌ Ｉ．．．．．．．．．．．．．．一 〔ｃ〕闭牙台咀嚼阶段 〔ｄ〕化学影响 图１．２牙齿在口腔内的磨损机制粒上，食物颗粒的运动被限制在上下对颌牙外表，见图ｃ此外，口腔内的化学环境也会影响牙齿的磨损，见图ｄ１．２．２磨损工况１．２．２．１磨损参数 研究人员对人体口腔内咀嚼参数的测定结果说明１１ ２１４ｌ，咬合力的数量级可以从几牛顿到几百牛顿，上下对颌牙的滑动距离约为Ｏ．９～１．２ ｍｍ在每天的正常咀嚼过程中，对颌矛间的咬合力一般介于３～３６Ｎ，在咬合力作用下的总接触行程大约１００ｍ，总接触时间大约１５～３０ ｍｉｎ。

严格说来，在摩擦磨损试验中以接触应力来定义负荷更具有科学性但是到目前为止由于天然牙形状的复杂性和咀嚼运动的不规那么性，还没有获得有关天然牙接触应力的满意结果，关于接触应力的报导也大不相同【〞】比方，Ｊａｈｎｍｉｒ【〞】对天然牙咬合面的力学参数进行的测量结果为：接触载荷１～７００Ｎ〔咀嚼载荷为６～１ ３０Ｎ，接触应力为２００ ＭＰａ〕，加载频率为１～１ ５００ ｃｙｃｌｅｓ／ｄ，滑动距离３０ ｋｍ／５０ 西南交通大学硕士研究生学位论文 第５页ｙ〔０．５～１．０ ｍｍ／ｃｙｃｌｅ；０．６ ｋｍ／ｙ〕：Ｄｏｗｓｏｎ【ｌ ７１测得口腔内的正常咀嚼咬合力那么处于３～３６ Ｎ以内；而Ｈｕ等‘１ ８１采用的咀嚼应力值为０．８～１．７５ ＭＰａ，并且认为天然牙咬合面的接触应力蛆线可大致以正弦函数的正半周来描述，其周期为０．２５～０．３３ ｓ１．２．２．２磨损环境 口腔系统环境十分复杂，如唾液，人体摄。