口腔新型正畸弓絲的研究進(jìn)展

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［摘要］在正畸臨床治療過(guò)程中，了解弓絲材料的特性并對(duì)其做合理的選擇至關(guān)重要，關(guān)系到正畸治療的效果和周期。而且，隨著正畸的發(fā)展，人們對(duì)正畸治療的高效性、美觀性、安全性以及治療后的穩(wěn)定性等需求越來(lái)越強(qiáng)烈。本文將對(duì)正畸傳統(tǒng)弓絲與新型弓絲的研究發(fā)展、弓絲的性能和應(yīng)用作一綜述，從而為正畸醫(yī)生在臨床工作中合理地選擇弓絲提供一定的參考依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］正畸弓絲;研究發(fā)展;性能;應(yīng)用

1正畸弓絲的發(fā)展

1.1傳統(tǒng)貴金屬弓絲

正畸弓絲的研究發(fā)展受一系列因素的影響，最主要是與臨床實(shí)踐相關(guān)。十九世紀(jì)80年代晚期，臨床上使用的是鎳銀和鉑金合金等貴金屬合金，這些合金的優(yōu)點(diǎn)是柔軟、有較高的彈性，但弓絲不能移動(dòng)個(gè)別牙齒或整平牙弓［2］。方絲弓矯治技術(shù)是二十世紀(jì)20年代由DrEdwardAngle引入，方絲弓系統(tǒng)雖然能在三維方向上控制牙齒的移動(dòng)，但由于當(dāng)時(shí)依然采用貴金屬合金，并不能對(duì)牙齒的移動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定、有效的控制［1］。

1.2傳統(tǒng)非貴金屬弓絲

不銹鋼絲出現(xiàn)于二十世紀(jì)20年代末，其具有更高的強(qiáng)度和良好的延展性和耐腐蝕性。二十世紀(jì)30年代早期，鍛造不銹鋼和氟助溶劑的產(chǎn)生，成功地實(shí)現(xiàn)了焊接技術(shù)，貴金屬弓絲退出歷史舞臺(tái)［3］。二十世紀(jì)30～50年代，美國(guó)正畸主要受DrCharlesTweed的影響，口內(nèi)矯治力都是相對(duì)較重且間歇性的。50年代中期，P．R．Begg將輕力矯治引入正畸領(lǐng)域，這促使正畸學(xué)者尋求有更低硬度、更高彈性性能的弓絲。二十世紀(jì)60年代早期，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了一種具有形狀記憶效應(yīng)的合金，被稱為鎳鈦合金。這種合金可預(yù)先成形，當(dāng)再次加熱時(shí)能夠恢復(fù)原來(lái)的形狀。鎳鈦絲在升溫加熱時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變模式發(fā)生改變(奧氏體和馬氏體的相互轉(zhuǎn)化)并有形狀記憶功能，更重要的是回彈性好、承受張力時(shí)其彈性模量遠(yuǎn)小于不銹鋼［4］。鎳鈦絲良好的性能引起了正畸界的廣泛關(guān)注。

1.3橡膠合金

Beta鈦合金(titaniummolybdenumalloy，TMA)同鎳鈦絲相比，前者可焊接、成形性好，更重要的是比不銹剛絲彈性高，不含有可致敏的鎳，其缺點(diǎn)為摩擦系數(shù)大，常用于后期調(diào)整階段，可以更好地控制牙齒［1］。2001年，日本豐田研究中心研制出一種新的Beta鈦合金-“橡膠合金”(GumMetal)，橡膠合金在強(qiáng)冷加工下的“超”性能包括:超低的楊氏模量、超高強(qiáng)度、高屈服應(yīng)變、高延性，以及室溫下的超塑性變形能力。橡膠合金的超低楊氏模量可以提供穩(wěn)定、溫和而持久的力量，可以在正畸臨床中更好的控制牙齒的移動(dòng)［5］。

1.4美學(xué)弓絲

隨著成人正畸患者的增加，學(xué)者對(duì)正畸弓絲的美觀和安全性研究越來(lái)越多。陶瓷托槽的出現(xiàn)使美學(xué)正畸一度掀起熱潮，然而，陶瓷托槽與普通鎳鈦絲和不銹鋼等金屬弓絲聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，并不能真正實(shí)現(xiàn)美學(xué)正畸，陶瓷托槽的美學(xué)優(yōu)勢(shì)大打折扣。此外，應(yīng)用金屬弓絲材料時(shí)存在如金屬過(guò)敏和干擾磁共振成像等問(wèn)題。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(fiberreinforcedpolymer/plastic，F(xiàn)RP)，是由纖維材料與基體材料(樹脂)按一定的比例混合后形成的高性能型材料。有學(xué)者認(rèn)為［6］，F(xiàn)RP有可能成為口腔臨床中的常用材料，如義齒的修復(fù)材料，前牙的固定保持器，以及代替常規(guī)的不銹鋼絲來(lái)移動(dòng)牙齒等。Imai等［7］研究出一種兼具美學(xué)和生物相容性的PRP弓絲，該弓絲是由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)作為基質(zhì)和CaO-P2O5-SiO2作為纖維的新型絲。FRP的拉伸和三點(diǎn)彎曲測(cè)試顯示其性能可與鎳鈦絲媲美，溫度發(fā)生變化時(shí)，其性能基本穩(wěn)定并可提供持續(xù)的矯正力。FRP與牙齒顏色相近，尤其是使用陶瓷托槽時(shí)，如配合FRP弓絲，能真正實(shí)現(xiàn)美學(xué)正畸。在矯正治療的不同階段，弓絲的機(jī)械性能要求不同，可通過(guò)調(diào)整FRP的纖維材料、纖維含量、纖維排列等成分，以改變性能滿足不同治療階段對(duì)弓絲的多種要求。此外，F(xiàn)RP可以應(yīng)用于成人的舌側(cè)矯治，為美學(xué)需求高的患者提供完全隱形的矯治器［8］。另一種美學(xué)弓絲是被膜涂層弓絲，通過(guò)剛絲上的涂層來(lái)模擬牙齒的顏色。用于涂層的材料主要是含氟樹脂或環(huán)氧樹脂等聚四氟乙烯類的塑料樹脂。這種弓絲需要由超強(qiáng)粘附性能的粘接劑實(shí)現(xiàn)環(huán)氧涂層和弓絲之間的粘接［9］。而許多學(xué)者認(rèn)為被膜涂層弓絲是不耐用的，涂層弓絲在口腔環(huán)境中、咀嚼活動(dòng)和口腔中酶的作用下，通常3周左右就會(huì)被破壞，出現(xiàn)被膜裂開、露出底層金屬等問(wèn)題;涂層弓絲的顏色往往隨著時(shí)間的推移在口中發(fā)生變化［10，11］。此外，涂層弓絲與相同尺寸的其他弓絲相比，其更小的合金內(nèi)核使其不能提供充足的牙齒移動(dòng)動(dòng)力;有學(xué)者認(rèn)為這種弓絲的表面涂層會(huì)增大弓絲與托槽之間的摩擦力［12］。但有其他學(xué)者認(rèn)為由同一制造商生產(chǎn)的塑料涂層弓絲與未涂層的弓絲相比，前者摩擦性顯著地降低［13，14］。還有一些學(xué)者認(rèn)為，美學(xué)弓絲的粗糙度并不取決于美學(xué)涂層材料的類型，而是受涂層涂覆方法的影響，涂層的孔隙率越低，弓絲的粗糙度越低［14］。雖然存在爭(zhēng)議，被膜弓絲依然在臨床中占有一定的市場(chǎng)和使用率。此外，還有一種機(jī)械性能和熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料的塑料，稱為工程塑料。超級(jí)工程塑料(superengineeringplastics，SEPs)由于其機(jī)械強(qiáng)度高，并有改良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，得到了廣泛使用。在各種SEPs中，聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)的機(jī)械強(qiáng)度最高。醫(yī)學(xué)上，聚醚醚酮(PEEK)已被證明是一種在整形外科應(yīng)用中鈦的優(yōu)秀替代品，并已用于口腔修復(fù)植入物、臨時(shí)基臺(tái)等［15］。Shirakawa等［12］研究的PEEK管復(fù)合弓絲是由弓絲穿過(guò)PEEK管制造的絲狀物，這種弓絲不僅表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度和低摩擦性，而且可以滿足患者的美觀要求，甚至可以根據(jù)不同種族、性別和年齡來(lái)調(diào)整弓絲顏色。

2正畸弓絲的性能

弓絲的性能主要包括力學(xué)性能、生物安全性和美學(xué)性能。目前對(duì)弓絲的性能研究主要在體外進(jìn)行，而在口腔環(huán)境中，受溫度、pH值等的影響，弓絲性能會(huì)受到不同程度的影響。盡管這些測(cè)試不一定完全反映弓絲在口腔環(huán)境中的情況，但可以提供弓絲之間最基礎(chǔ)的比較。

2.1彈性和塑性

物體在外力作用下產(chǎn)生形變，外力恢復(fù)后可以完全恢復(fù)其原來(lái)的形狀，這種變形是彈性變形。力量超過(guò)彈性極限，去除外力后物體不能完全恢復(fù)其原始形狀被稱為是塑性形變。從分子和原子水平上分析，金屬是多晶體，彈性形變時(shí)，相互連接的原子被打開，應(yīng)力應(yīng)變間有相對(duì)確定的線性關(guān)系;塑性形變時(shí)，晶粒內(nèi)部的晶面發(fā)生滑動(dòng)、晶粒間發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。滑移的動(dòng)力是滑移面上沿滑移方向的分切力，當(dāng)這個(gè)分切力超過(guò)金屬晶體的臨界分切力時(shí)，發(fā)生晶面的滑動(dòng)以及晶粒間的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，產(chǎn)生塑性形變。塑性形變時(shí)金屬外形發(fā)生改變，不再有彈性形變的線性關(guān)系［1］。

2.2剛性

彈性模量是衡量剛性的量，也稱楊氏模量，它表示材料抵抗彈性變形的量。彈性模量通常被認(rèn)為是牙齒生物學(xué)移動(dòng)的重要參數(shù)，通常在實(shí)驗(yàn)室的三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)中被用來(lái)評(píng)判材料的剛性。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)DINENISO15841(2007-01)中，定義了正畸鋼絲的三點(diǎn)彎曲測(cè)試的確切參數(shù)［16］。

2.3摩擦性

低摩擦力是理想弓絲的性能之一。固定矯治器中支抗的保護(hù)與喪失、快與慢，甚至矯治的成敗很大程度與摩擦力有關(guān)，如何控制應(yīng)用摩擦力在正畸治療中尤為重要。在實(shí)際臨床中，摩擦和表面粗糙度沒(méi)有直接關(guān)系。摩擦系數(shù)高并不意味著摩擦力大，摩擦力與其他很多因素有關(guān)，如結(jié)扎類型，牙齒位移量、弓絲的相變等［17］。

2.4生物相容性

材料的生物安全性主要取決于其溶解或腐蝕而釋放的物質(zhì)及其與宿主和組織之間的反應(yīng)。弓絲的耐腐蝕性與生物安全性相關(guān)。Eliades等［18］認(rèn)為，不銹鋼和鎳鈦合金中釋放的離子和其引起的生物危害沒(méi)有直接證據(jù)。從不銹鋼和鎳鈦合金中釋放的離子對(duì)牙周膜和牙齦成纖維細(xì)胞的生理活性沒(méi)有明顯的影響。此外，鎳是每日膳食補(bǔ)充的一種重要的維生素和礦物質(zhì)。但是，更多的學(xué)者認(rèn)為不銹鋼和鎳鈦絲具有細(xì)胞毒性［19］;還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)當(dāng)患者使用各種漱口水來(lái)增白牙齒時(shí)，鎳和鉻可能會(huì)從不銹鋼絲和鎳鈦絲中釋放出來(lái)，并可能導(dǎo)致過(guò)敏反應(yīng)和細(xì)胞毒性［20］?；诖?，大量的研究著眼于改善弓絲的腐蝕性，如對(duì)鎳鈦絲進(jìn)行鈦涂層可能減少鎳過(guò)敏的機(jī)率，氟包繞的鈦絲在細(xì)胞預(yù)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的細(xì)胞生存率，另外電極處理、與相變相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變可改變超彈鎳鈦絲的腐蝕速率等［21-24］。

2.5可焊接性

焊接是用加熱或者不加熱的方式連接物體的表面。焊接附件的弓絲可以傳遞適當(dāng)?shù)牧Γ@有利于臨床醫(yī)生施加的力向阻抗中心轉(zhuǎn)移，從而更好的控制牙齒的移動(dòng)。

2.6美觀性

目前美學(xué)弓絲主要有FRP、被膜涂層弓絲和工程塑料等，通過(guò)模擬或透出牙齒的顏色達(dá)到美學(xué)效果。

2.7口腔環(huán)境的影響

弓絲的體外實(shí)驗(yàn)大多模擬人工唾液、電解質(zhì)、水和其他媒介，但與口腔環(huán)境最大的不同在于口腔環(huán)境中的菌群、菌群產(chǎn)物和菌斑累積?？谇徊牧显诳谇画h(huán)境中的老化現(xiàn)象可能會(huì)改變弓絲的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能，其影響也日益受到學(xué)者的關(guān)注［25］。含Cu的NiTi形狀記憶合金的回復(fù)力依賴于溫度，其溫和復(fù)蘇力的最優(yōu)范圍是常規(guī)口腔溫度。而且，這些材料表現(xiàn)出良好的可逆性和恢復(fù)原來(lái)形態(tài)后力的持久性，形狀記憶合金大部分時(shí)間都是溫和的力使牙齒移動(dòng)，只有當(dāng)患者喝熱飲吃熱的食物時(shí)才會(huì)產(chǎn)生更大的力，間斷地加速牙齒的移動(dòng)［26］。Hobbelink等［27］認(rèn)為唾液的pH值協(xié)同彎曲度共同影響不銹鋼絲的機(jī)械性能。體外研究表明［28］，漱口水可以改變弓絲的加載力、卸載力以及表面形態(tài)，這可能會(huì)影響正畸治療期間弓絲的機(jī)械性能。

3小結(jié)

不銹鋼絲從引入正畸屆界以來(lái)一直受到歡迎，臨床上常用的不銹鋼絲有澳絲、多股絲等。不銹鋼絲剛度大，可成形性、生物相容性和環(huán)境穩(wěn)定性較好，在臨床中多用于后期牙齒的定位、骨改建和關(guān)閉牙列間隙等。目前，不銹鋼絲在口腔中的腐蝕也引起學(xué)者的廣泛關(guān)注。臨床上常用的鈦合金絲主要有鎳鈦絲和TMA。鎳鈦絲具有良好的形態(tài)記憶和超彈性、力量柔和持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，常用在正畸初期的排齊整平階段。但鎳鈦絲剛度低，不適合轉(zhuǎn)矩的控制;同時(shí)鎳鈦絲的腐蝕性和細(xì)胞毒性不容忽視。橡膠弓絲是近年來(lái)鈦合金的研究熱點(diǎn)，雖然其變形機(jī)制存在爭(zhēng)議，但應(yīng)用潛力巨大。FRC是目前最受關(guān)注、前景最廣闊的新型美學(xué)弓絲。通過(guò)調(diào)整基質(zhì)和纖維的成分，可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)美學(xué)和性能的要求。對(duì)不銹鋼絲過(guò)敏和對(duì)美觀要求高的患者而言，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造的弓絲可能是傳統(tǒng)不銹鋼絲的有效替代品。正畸弓絲從正畸學(xué)科始初就受到學(xué)者的關(guān)注，弓絲發(fā)展至今已取得很大的進(jìn)步，但其與矯治技術(shù)、附件的發(fā)展和正畸患者的需求密切相關(guān)，相信在未來(lái)會(huì)有更多的改進(jìn)和創(chuàng)新。未來(lái)的弓絲必然向高彈、高效、美觀、安全方向發(fā)展，或許還可借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)滿足性能的個(gè)性化需求。

作者：李豆豆 曹猛 單位：中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科