人牙釉质微结构与其宏观摩擦学特性的关系研究

• 作 者: 郑靖 黄毅 周仲荣
• 机 构: 西南交通大学摩擦学研究所610031
• 出 处: 2008全国青年摩擦学与表面保护学术会议
• 发表日期: 2008年5期
• 关键词: 摩擦学特性 牙齿磨损 牙釉质 天然微结构

鉴于生理功能的需要，牙齿磨损不可避免，因此，优异的摩擦学特性是人类牙齿行使生理功能的保障。作为一种天然生物材料，人牙的摩擦磨损行为强烈地依赖于其内部独特的天然微结构。本文初步分析了人牙釉质内部微结构与其宏观摩擦学特性的关系。
牙釉质是人体内最硬的组织，对咀嚼磨耗有较大的抵抗力。牙釉质内分布有釉柱和釉间质两种天然微结构(见图1)。釉柱是细长的柱状结构，主要由磷灰石晶体择优排列、紧密堆积而成。相邻釉柱被釉间质隔开，釉间质由有机物、水和少量松散排列的磷灰石晶体组成。纳米压痕测试结果显示，釉柱的硬度和弹性模量均显著高于相邻釉间质。
宏观摩擦学测试结果显示(见图2、3)，在相同磨损条件下，乳牙、恒牙、四环素牙的宏观摩擦学行为存在明显差别。健康恒牙的磨损表面主要呈现轻微犁削和剥落痕迹，耐磨性较好；乳牙的摩擦系数变化波动较大。表面损伤以显著的犁削效应和片状剥落为主，耐磨性差；四环素牙的摩擦系数也出现波动，磨损表面呈现显著的犁削效应和剥落，耐磨性较低。乳牙和四环素牙的耐磨性均低于健康恒牙。
显微分析结果显示(见图4)，不同自然状态人牙釉质内部的天然微结构存在一定差别。与恒牙相比.乳牙的釉柱晶体形状小，釉柱排列松散，釉问质占的体积比大；鉴于四环素类药物会影响牙齿的发育和矿化，四环素牙牙合面釉质中的釉柱边界逐渐模糊，釉问质渐趋消失。上述实验结果表明，牙齿的宏观摩擦学行为依赖于其内部的天然微结构。釉柱具有较高的硬度和弹性模量，在摩擦磨损过程中表现出较强的摩擦承载能力和抵制塑性变形能力；而釉间质具有一定的弹性，能缓冲应力，吸收部分摩擦变形能。不同微结构在牙齿摩擦磨损过程中扮演的角色及其作用机制有待进一步研究。