《Journal of the European Ceramic Society》于2023年2月发表的综述论文《A review of surface topographical modification strategies of 3Y-TZP: Effect in the physicochemical properties, microstructure, mechanical reliability, and biological response》由西班牙加泰罗尼亚理工大学（Universitat Politècnica de Catalunya）的Nerea García-de-Albeniz、Emilio Jiménez-Piqué、Joan Josep Roa和Carlos Mas-Moruno团队完成。该论文系统评述了3mol%氧化钇稳定的四方氧化锆多晶体（3Y-TZP）作为牙科种植体材料的表面形貌改性策略及其对材料性能的影响。
3Y-TZP因其优异的机械性能（断裂韧性达900-1200 MPa）、美学特性（类牙本质的白色半透明）和生物相容性，已成为钛种植体的重要替代材料。然而，其临床应用面临两大挑战：一是低温降解（Low Temperature Degradation, LTD）导致的单斜相（m相）转化会引发微裂纹和强度下降；二是表面拓扑结构对骨整合（osseointegration）的关键影响尚未完全阐明。本文通过分析研磨（grinding）、喷砂（sandblasting）、化学蚀刻（chemical etching）和激光处理（laser treatment）四种减材加工技术，为优化牙科氧化锆种植体设计提供材料科学视角的指导。
研磨通过金刚石磨具的机械作用在表面形成定向沟槽（grooves），其粗糙度（Sa）范围0.01-2.0 μm。研究显示： - 相变控制：粗磨（>100 μm磨粒）可诱导4-7% m相转化，伴随≈700 MPa残余压应力，而超精细研磨（25-40 μm）仅产生1.5-2.2% m相（表1数据）。XRD分析发现(002)t/(200)t峰强比增加，证实存在铁弹畴切换（ferroelastic domain switching）机制。 - 力学性能：当m相含量<10%时，残余压应力主导作用使弯曲强度提升15-50%（如粗磨后强度从823 MPa增至1057 MPa，表2）；但过度研磨（150 μm干磨）会因微裂纹导致强度下降至644 MPa。 - **生物学响应**：单方向研磨（Sa>150 nm）可促进成骨细胞沿沟槽定向排列（图3），而多向研磨无此效应。细菌粘附实验表明，Ra=0.7 μm的表面不会增加微生物定植。
喷砂主要使用Al₂O₃颗粒（25-250 μm），其关键发现包括： - 表面形貌：压力2-4 bar下可获得0.25-1.7 μm的均匀粗糙度（表3）。110 μm颗粒在2 bar压力下形成12 μm深的变形层，包含纳米晶区（图4c）。 - 力学强化：适度喷砂（110 μm/2 bar）使弯曲强度从1016 MPa提升至1558 MPa（表5），归因于残余压应力（-625 MPa，表4）和≤10% m相的共同作用。但250 μm颗粒会导致微裂纹扩展，强度降低20%。 - 抗老化性能：喷砂样本在134℃加速老化20小时后，m相含量仅从9.7%增至42.8%，远低于未处理组的68%（表5）。临床研究证实50 μm喷砂种植体24个月存活率达87.5%。
氢氟酸（HF）蚀刻可创造纳米级孔隙（图5）： - 40% HF处理1小时形成深度≈5 μm的多孔层（图5c），粗糙度达0.4 μm。这种结构促进成骨细胞分化，但高浓度（>60%）会导致过度腐蚀。 - 与喷砂联用时（如50 μm喷砂+HF蚀刻），可协同提高骨结合率（BIC值提升至79.4%）。
虽未在本文详细展开，但指出飞秒激光可制备1-2 μm周期性结构，其热影响区小于传统加工，但设备成本较高。
该综述首次系统比较了四种表面处理技术对3Y-TZP的跨尺度影响： 1. 理论层面：阐明m相含量与残余应力的阈值效应（10% m相为力学性能转折点），提出”微裂纹-压应力”竞争机制模型。 2. 临床指导：推荐优先选用50-110 μm Al₂O₃喷砂（2-2.5 bar）或结合HF蚀刻的方案，以平衡粗糙度（Sa=1-2 μm最佳）、机械强度和抗老化性能。 3. 未来方向：指出需要长期（>10年）临床数据验证改性表面的稳定性，以及探索激光/添加剂制造等新技术的成本效益比。
该研究为牙科陶瓷种植体的表面工程设计提供了关键科学依据，被列为CC BY-NC-ND 4.0开源许可下的高引论文。