口腔環(huán)境下不同時期正畸鎳鈦弓絲表面摩擦力及表面結(jié)構(gòu)的變化

曲 虹,譚 軍,宋 洋

(1.大連醫(yī)科大學(xué) 口腔醫(yī)學(xué)院，遼寧 大連 116044；2.大連醫(yī)科大學(xué) 附屬第二醫(yī)院 口腔科，遼寧 大連 116027)

鎳鈦合金(NiTi)弓絲是目前正畸臨床矯治初期最常使用的一種矯正弓絲，它具有形狀記憶和超彈性，但其耐磨性和防腐蝕性較差[1]。因此，本研究目的在于探討NiTi弓絲在口腔環(huán)境中，不同使用時期的表面結(jié)構(gòu)和表面摩擦力的變化。

1 材料和方法

1.1 弓絲的選擇

隨機選用0.014英寸的未使用(A0)和口腔內(nèi)使用1個月(A1)、2個月(A2)的NiTi圓絲和0.016英寸的未使用(B0)和口腔內(nèi)使用1個月(B1)、2個月(B2)NiTi圓絲(有色金屬公司，中國)各5根。要求弓絲方圓型，平整無折痕。95%酒精棉擦凈吹干備用。

1.2 塑料模具制作

選擇臨床安式Ⅰ類輕度擁擠的上頜模型，按照標(biāo)準(zhǔn)MBT系統(tǒng)在模型上標(biāo)記托槽位置以及牙弓中點的位置，翻制上頜Typodont塑料模具,設(shè)計制作相應(yīng)的特殊夾具(大連理工大學(xué)，圖1)。托槽均由同一人用光固化樹脂型粘結(jié)劑(3M公司，美國)粘結(jié)。模具及備用弓絲均放到配好的人工唾液中浸泡24 h。

1.3 摩擦力測試

如圖1所示，實驗前進行結(jié)扎訓(xùn)練。所有托槽的結(jié)扎均由同一人完成，每根弓絲中點與模具中點對正，緊密結(jié)扎入槽，根據(jù)牽拉的方向?qū)A具底座調(diào)好固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，更換模型時夾具位置不變，保證弓絲加力方向一致。將模具放入人工唾液中浸泡2 min，SANS微機控制電子萬能實驗機(大連理工大學(xué))歸零，實驗機的感應(yīng)頭通過夾頭與持針器柄部相連，持針器夾住一側(cè)弓絲末端，移動2 mm距離，其速度0.5 mm/min,分別得出最大靜摩擦力和0.5、1.0、1.5、2.0 mm位移時的滑動摩擦力，取平取值。然后，更換弓絲及托槽按照上述方法依次進行摩擦力測試。全部實驗均在恒溫29℃的實驗室進行。

圖1 摩擦力測試裝置

1.4 電鏡觀察

每根弓絲均以95%酒精和蒸餾水清潔干燥，截取其兩側(cè)牙弓后段作為檢測樣本。在掃描電鏡(FEI QUINTE-200環(huán)境掃描電鏡)下，以1000倍視野進行觀察。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

測量結(jié)果用SPSS12.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行單因素方差分析(One-Way ANOVA),所有數(shù)據(jù)均以均數(shù)表示,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 摩擦力測試結(jié)果

如圖2、3所示，0.014英寸和0.016英寸的NiTi圓絲，使用1個月后弓絲表面最大靜摩擦力和平均滑動摩擦力增大，與未使用的圓絲相比差異具有顯著性意義(P<0.05)。而使用2個月后的鎳鈦合金絲表面最大靜摩擦力和平均滑動摩擦力更加增大，與未使用的圓絲相比差異具有極顯著性意義(P<0.01)。

圖2 0.014、0.016英寸NiTi圓絲最大靜摩擦力測量結(jié)果比較

2.2 電鏡觀察結(jié)果

在1000倍視野下，使用1個月、2個月后的0.014英寸 NiTi圓絲其表面有許多劃痕和不規(guī)則顆粒，雜亂無章、粗糙明顯。見圖4。0.016英寸NiTi圓絲的電鏡表面結(jié)構(gòu)與0.014英寸 NiTi圓絲的表現(xiàn)相似。

圖3 0.014、0.016英寸NiTi圓絲平均滑動摩擦力測量結(jié)果比較

3 討 論

摩擦力是指抵抗物體移動時所產(chǎn)生的力。它以兩種形式存在:靜摩擦力，是阻止物體產(chǎn)生實際運動的摩擦阻力;動摩擦力，存在于物體運動時，與物體運動方向相反。在滑動機制中，必須克服托槽與弓絲之間的摩擦力，才可能使牙移動[1-3]。因此，最大程度地減少摩擦力可使臨床上用于移動牙的力量相應(yīng)地減少，這樣可降低對支抗的要求，并可縮短治療時間。在正畸治療中，矯治器加力時，初始要克服托槽與弓絲之間的最大靜摩擦力以使牙移動。牙移動一段時間后，變形的牙周組織抵抗力合并滑動摩擦力抵消了施加的外力，導(dǎo)致牙移動停止。隨后由于牙周組織的改建，同時由于咬合、弓絲回彈及咀嚼運動改變了弓絲與托槽的壓力，牙又開始移動，如此循環(huán)往復(fù)。因此，牙的運動有短暫的間隔，而非勻速的運動。Prososki[4]認(rèn)為靜摩擦力是牙齒開始移動所需的力,而滑動摩擦力是牙齒一旦移動所需的維持其移動的力。因此，本實驗既討論靜摩擦力，同時也討論滑動過程中平均滑動摩擦力。

圖4 使用前后0.014英寸NiTi弓絲表面掃描電鏡照片(×1000倍)

A0：未使用的0.014英寸的NiTi圓絲；A1：使用1個月的0.014英寸的NiTi圓絲；A2：使用2個月的0.014英寸的NiTi圓絲

本文選取臨床安氏Ⅰ類輕度擁擠患者的上頜模型，翻制出塑料模型，保證了模型的可重復(fù)性。從模型的一側(cè)弓絲末端分別拉至相同的距離來測量弓絲移動所產(chǎn)生的最大靜摩擦力和平均滑動摩擦力，比用托槽排成直線來測量摩擦力更能反應(yīng)擁擠牙弓排齊整平階段的力學(xué)特征。

鎳鈦弓絲廣泛應(yīng)用在正畸臨床治療，它的特點是彈性大、作用力柔且持久，與托槽之間摩擦系數(shù)小，因此矯正力較容易控制，不易造成牙根及牙周組織的損傷，減少了患者在矯治中不舒適感，但其耐磨性和防腐蝕性較差[5]。國外學(xué)者Harris等[6]研究發(fā)現(xiàn)，鎳鈦合金絲在模擬口腔環(huán)境中放置1個月后，其機械性能(抗拉強度、彈性模量、抗彎曲強度)明顯下降；Huang HH[7]等研究表明唾液流量減少時，唾液的侵襲性增強，弓絲表面形成腐蝕性的凹陷，增加表面粗糙度，進而導(dǎo)致摩擦力增加。在體外進行摩擦力的實驗研究，分為干態(tài)條件下和濕態(tài)條件下，液體介質(zhì)的選擇對摩擦力的研究具有很重要的影響，而人工唾液常被用于濕態(tài)條件下的摩擦力測量[8]。國內(nèi)學(xué)者項華等[9,10]研究發(fā)現(xiàn)，人工唾液有粘性作用，會增大弓絲摩擦力。本實驗?zāi)M口腔環(huán)境，測出NiTi弓絲隨著使用時間增加其表面摩擦力增大，且弓絲越粗其表面摩擦力越大。電鏡觀察，使用后的鎳鈦合金絲表面結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，弓絲表面光潔度降低，粗糙度明顯增加，凹凸不平，有被腐蝕現(xiàn)象。這說明NiTi弓絲長期在口腔環(huán)境中使用其表面結(jié)構(gòu)和它的性能會受到唾液及其它因素的影響發(fā)生改變；也提示醫(yī)生在臨床工作中應(yīng)注意弓絲使用時間不要過長，對有變形、扭曲、折痕、表面粗糙的弓絲要及時更換，減少牙齒滑動摩擦力，有效地控制支抗，使牙齒移動更快，獲得滿意的正畸治療效果。

參考文獻：

[1] 林珊,羅小安,黃曉紅.時效對正畸弓絲摩擦力影響的實驗研究[J].口腔材料器械雜志,2004,13(4):183-185.

[2] 陳莉.正畸摩擦力[J].現(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)雜志,2002,16(1):87-90.

[3] 林和平,吳建勇.正畸托槽與弓絲的摩擦力研究進展[J].口腔正畸學(xué),2003,10(3):148-150.

[4] Prososki RR,Bagby MD,Erickson LC.Static frictional force and surface roughness of nickel - titanium arch wires[J].Am J Orthod,1991,100(4):341-348.

[5] 胡友安,周建方，林萍華，等.正畸矯治弓絲材料的性能和應(yīng)用[J].河海大學(xué)常州分校學(xué)報,2006,20(3):5-8.

[6] Harris EF,Newman SM,Nicholson JA.Nitinol arch wire in a simulated oral environment:changes in mechanical properties[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,1988,93(6):508-513.

[7] Huang HH.Corrosion resistance of stressed NiTi and stainless steel orthodontic wires in acid artificial saliva[J].J Biomed Mater Res A,2003,66(4):829-839.

[8] 丁鵬，林久祥，周彥恒.口腔正畸動態(tài)摩擦力測試系統(tǒng)的研發(fā)與初步應(yīng)用[J].北京大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版)，2009,41(3)：319-323.

[9] 項華,吳建勇,劉琴,等.人工唾液中直絲弓托槽與弓絲靜摩擦力的實驗研究[J].口腔醫(yī)學(xué)，2007,27(1):38-40.

[10] 項華,吳建勇.人工唾液對正畸摩擦力影響的實驗研究[J].江西醫(yī)學(xué)院學(xué)報， 2005,45(6):62-63.