口腔新型正畸弓絲的研究進展
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［摘要］在正畸臨床治療過程中，了解弓絲材料的特性并對其做合理的選擇至關重要，關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)定性等需求越來越強烈。本文將對正畸傳統(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。
［關鍵詞］正畸弓絲;研究發(fā)展;性能;應用
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，最主要是與臨床實踐相關。十九世紀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)點是柔軟、有較高的彈性，但弓絲不能移動個別牙齒或整平牙弓［2］。方絲弓矯治技術是二十世紀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，但由于當時依然采用貴金屬合金，并不能對牙齒的移動進行穩(wěn)定、有效的控制［1］。
1.2傳統(tǒng)非貴金屬弓絲
不銹鋼絲出現于二十世紀20年代末，其具有更高的強度和良好的延展性和耐腐蝕性。二十世紀30年代早期，鍛造不銹鋼和氟助溶劑的產生，成功地實現了焊接技術，貴金屬弓絲退出歷史舞臺［3］。二十世紀30～50年代，美國正畸主要受DrCharlesTweed的影響，口內矯治力都是相對較重且間歇性的。50年代中期，P．R．Begg將輕力矯治引入正畸領域，這促使正畸學者尋求有更低硬度、更高彈性性能的弓絲。二十世紀60年代早期，美國海軍研究實驗室發(fā)現了一種具有形狀記憶效應的合金，被稱為鎳鈦合金。這種合金可預先成形，當再次加熱時能夠恢復原來的形狀。鎳鈦絲在升溫加熱時，應力應變模式發(fā)生改變(奧氏體和馬氏體的相互轉化)并有形狀記憶功能，更重要的是回彈性好、承受張力時其彈性模量遠小于不銹鋼［4］。鎳鈦絲良好的性能引起了正畸界的廣泛關注。
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，其缺點為摩擦系數大，常用于后期調整階段，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)，橡膠合金在強冷加工下的“超”性能包括:超低的楊氏模量、超高強度、高屈服應變、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［5］。
1.4美學弓絲
隨著成人正畸患者的增加，學者對正畸弓絲的美觀和安全性研究越來越多。陶瓷托槽的出現使美學正畸一度掀起熱潮，然而，陶瓷托槽與普通鎳鈦絲和不銹鋼等金屬弓絲聯(lián)合應用時，并不能真正實現美學正畸，陶瓷托槽的美學優(yōu)勢大打折扣。此外，應用金屬弓絲材料時存在如金屬過敏和干擾磁共振成像等問題。纖維增強復合材料(fiberreinforcedpolymer/plastic，FRP)，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。有學者認為［6］，FRP有可能成為口腔臨床中的常用材料，如義齒的修復材料，前牙的固定保持器，以及代替常規(guī)的不銹鋼絲來移動牙齒等。Imai等［7］研究出一種兼具美學和生物相容性的PRP弓絲，該弓絲是由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)作為基質和CaO-P2O5-SiO2作為纖維的新型絲。FRP的拉伸和三點彎曲測試顯示其性能可與鎳鈦絲媲美，溫度發(fā)生變化時，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，如配合FRP弓絲，能真正實現美學正畸。在矯正治療的不同階段，弓絲的機械性能要求不同，可通過調整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弓絲的多種要求。此外，FRP可以應用于成人的舌側矯治，為美學需求高的患者提供完全隱形的矯治器［8］。另一種美學弓絲是被膜涂層弓絲，通過剛絲上的涂層來模擬牙齒的顏色。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粘附性能的粘接劑實現環(huán)氧涂層和弓絲之間的粘接［9］。而許多學者認為被膜涂層弓絲是不耐用的，涂層弓絲在口腔環(huán)境中、咀嚼活動和口腔中酶的作用下，通常3周左右就會被破壞，出現被膜裂開、露出底層金屬等問題;涂層弓絲的顏色往往隨著時間的推移在口中發(fā)生變化［10，11］。此外，涂層弓絲與相同尺寸的其他弓絲相比，其更小的合金內核使其不能提供充足的牙齒移動動力;有學者認為這種弓絲的表面涂層會增大弓絲與托槽之間的摩擦力［12］。但有其他學者認為由同一制造商生產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］。還有一些學者認為，美學弓絲的粗糙度并不取決于美學涂層材料的類型，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］。雖然存在爭議，被膜弓絲依然在臨床中占有一定的市場和使用率。此外，還有一種機械性能和熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料的塑料，稱為工程塑料。超級工程塑料(superengineeringplastics，SEPs)由于其機械強度高，并有改良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，得到了廣泛使用。在各種SEPs中，聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)的機械強度最高。醫(yī)學上，聚醚醚酮(PEEK)已被證明是一種在整形外科應用中鈦的優(yōu)秀替代品，并已用于口腔修復植入物、臨時基臺等［15］。Shirakawa等［12］研究的PEEK管復合弓絲是由弓絲穿過PEEK管制造的絲狀物，這種弓絲不僅表現出良好的強度和低摩擦性，而且可以滿足患者的美觀要求，甚至可以根據不同種族、性別和年齡來調整弓絲顏色。
2正畸弓絲的性能
弓絲的性能主要包括力學性能、生物安全性和美學性能。目前對弓絲的性能研究主要在體外進行，而在口腔環(huán)境中，受溫度、pH值等的影響，弓絲性能會受到不同程度的影響。盡管這些測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的比較。
2.1彈性和塑性
物體在外力作用下產生形變，外力恢復后可以完全恢復其原來的形狀，這種變形是彈性變形。力量超過彈性極限，去除外力后物體不能完全恢復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，相互連接的原子被打開，應力應變間有相對確定的線性關系;塑性形變時，晶粒內部的晶面發(fā)生滑動、晶粒間發(fā)生轉動和移動?；频膭恿κ腔泼嫔涎鼗品较虻姆智辛?，當這個分切力超過金屬晶體的臨界分切力時，發(fā)生晶面的滑動以及晶粒間的轉動和移動，產生塑性形變。塑性形變時金屬外形發(fā)生改變，不再有彈性形變的線性關系［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。彈性模量通常被認為是牙齒生物學移動的重要參數，通常在實驗室的三點彎曲實驗中被用來評判材料的剛性。在國際標準DINENISO15841(2007-01)中，定義了正畸鋼絲的三點彎曲測試的確切參數［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與喪失、快與慢，甚至矯治的成敗很大程度與摩擦力有關，如何控制應用摩擦力在正畸治療中尤為重要。在實際臨床中，摩擦和表面粗糙度沒有直接關系。摩擦系數高并不意味著摩擦力大，摩擦力與其他很多因素有關，如結扎類型，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及其與宿主和組織之間的反應。弓絲的耐腐蝕性與生物安全性相關。Eliades等［18］認為，不銹鋼和鎳鈦合金中釋放的離子和其引起的生物危害沒有直接證據。從不銹鋼和鎳鈦合金中釋放的離子對牙周膜和牙齦成纖維細胞的生理活性沒有明顯的影響。此外，鎳是每日膳食補充的一種重要的維生素和礦物質。但是，更多的學者認為不銹鋼和鎳鈦絲具有細胞毒性［19］;還有學者發(fā)現當患者使用各種漱口水來增白牙齒時，鎳和鉻可能會從不銹鋼絲和鎳鈦絲中釋放出來，并可能導致過敏反應和細胞毒性［20］?；诖?，大量的研究著眼于改善弓絲的腐蝕性，如對鎳鈦絲進行鈦涂層可能減少鎳過敏的機率，氟包繞的鈦絲在細胞預實驗中表現出良好的細胞生存率，另外電極處理、與相變相關的應力應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的力，這有利于臨床醫(yī)生施加的力向阻抗中心轉移，從而更好的控制牙齒的移動。
2.6美觀性
目前美學弓絲主要有FRP、被膜涂層弓絲和工程塑料等，通過模擬或透出牙齒的顏色達到美學效果。
2.7口腔環(huán)境的影響
弓絲的體外實驗大多模擬人工唾液、電解質、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、菌群產物和菌斑累積。口腔材料在口腔環(huán)境中的老化現象可能會改變弓絲的形態(tài)、結構和性能，其影響也日益受到學者的關注［25］。含Cu的NiTi形狀記憶合金的回復力依賴于溫度，其溫和復蘇力的最優(yōu)范圍是常規(guī)口腔溫度。而且，這些材料表現出良好的可逆性和恢復原來形態(tài)后力的持久性，形狀記憶合金大部分時間都是溫和的力使牙齒移動，只有當患者喝熱飲吃熱的食物時才會產生更大的力，間斷地加速牙齒的移動［26］。Hobbelink等［27］認為唾液的pH值協(xié)同彎曲度共同影響不銹鋼絲的機械性能。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)，這可能會影響正畸治療期間弓絲的機械性能。
3小結
不銹鋼絲從引入正畸屆界以來一直受到歡迎，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、骨改建和關閉牙列間隙等。目前，不銹鋼絲在口腔中的腐蝕也引起學者的廣泛關注。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，常用在正畸初期的排齊整平階段。但鎳鈦絲剛度低，不適合轉矩的控制;同時鎳鈦絲的腐蝕性和細胞毒性不容忽視。橡膠弓絲是近年來鈦合金的研究熱點，雖然其變形機制存在爭議，但應用潛力巨大。FRC是目前最受關注、前景最廣闊的新型美學弓絲。通過調整基質和纖維的成分，可能同時實現對美學和性能的要求。對不銹鋼絲過敏和對美觀要求高的患者而言，纖維增強復合材料制造的弓絲可能是傳統(tǒng)不銹鋼絲的有效替代品。正畸弓絲從正畸學科始初就受到學者的關注，弓絲發(fā)展至今已取得很大的進步，但其與矯治技術、附件的發(fā)展和正畸患者的需求密切相關，相信在未來會有更多的改進和創(chuàng)新。未來的弓絲必然向高彈、高效、美觀、安全方向發(fā)展，或許還可借助計算機輔助設計滿足性能的個性化需求。
作者：李豆豆 曹猛 單位：中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學口腔醫(yī)院正畸科
