3D打印在牙科義齒基托的應(yīng)用及發(fā)展

張春?！№n聰　趙卓

摘要 三維立體打印技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)3D打?。═hree Dimension Printing），又稱(chēng)積層制造（AdditiveManufactur ing，AM），屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)直接制造幾乎任意三維實(shí)體的技術(shù)。其中3D激光成型技術(shù)是其中一種成型方式，其常用的材料是PMMA。由于其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕，耐溶解等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。本文介紹了3D打印在牙科義齒基托的應(yīng)用，同時(shí)還綜述了近年來(lái)開(kāi)發(fā)用于牙科義齒基托的材料的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 3D打印技術(shù)；3D激光成型技術(shù)；PMMA材料

中圖分類(lèi)號(hào)TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095—6363（2016）04—0005—03

牙齒，是我們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡闹匾M成部分。在我們的學(xué)習(xí)、生活、工作中，會(huì)由于交通事故、牙科疾病或者年紀(jì)變大等因素造成牙齒脫落或者缺失。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，中國(guó)人口的牙齒發(fā)病率為34%，即每人約齲齒2.26顆，如果按照14億人口統(tǒng)計(jì)，全國(guó)大概有4.8億牙病患者，牙齒病變總數(shù)達(dá)九億顆左右。在成年人中，牙病患者約78%，這些會(huì)使得牙齒的脫落大大提高。60歲以上的老年人牙齒缺失約10顆左右。這些人群都需要進(jìn)行口腔診療，為了使牙齒缺失得到治療，患者就需要佩戴“假牙”。

“假牙”（即人工義齒）一般分為以下幾類(lèi)。固定義齒、全口義齒、可摘除義齒和種植義齒。其中構(gòu)成全口義齒的是人工假牙和義齒基托兩個(gè)部分?？烧x齒的構(gòu)成主要包括人工假牙、義齒基托以及一些金屬或者非金屬連接件。由于制備全口義齒和可摘除義齒的材料相對(duì)易得、價(jià)格適中、制備工藝簡(jiǎn)單，因此這2種義齒比較受歡迎。

1牙科義齒基托材料的演變

應(yīng)用在空腔修復(fù)方面的材料主要有兩大類(lèi)，第一類(lèi)是天然材料，第二類(lèi)是人工材料。據(jù)資料顯示，人們最初是使用獸骨、象牙等作為修復(fù)材料的。而樹(shù)脂型義齒基托由于具有易加工成型、色澤好、成本低等一直被廣泛應(yīng)用。1855年，牙齒醫(yī)生開(kāi)始將義齒基托的制備工藝由雕刻向模型翻轉(zhuǎn)發(fā)展，即采用硫化橡膠來(lái)生產(chǎn)義齒基托。與雕刻的獸骨和象牙等相比，顯然硫化橡膠不是理想的義齒基托制備材料，但是這意味著高分子材料開(kāi)始在牙科領(lǐng)域得到應(yīng)用。1885年，科學(xué)家以硝化纖維和樟腦等為原料，合成出了世界上第一款塑料材料賽璐璐。1869年，賽璐璐取代了硫化橡膠，被由于義齒基托的制備。1937年，可熱固化聚甲基丙烯酸甲酯的出現(xiàn)，使得義齒基托的制備進(jìn)入了嶄新的階段，并預(yù)示著天然材料已經(jīng)被人工材料逐步取代。80年代可見(jiàn)光固化義齒基托已初步臨床試用，使得義齒基托的制作簡(jiǎn)便、加工簡(jiǎn)單及成本低廉。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家對(duì)聚甲基丙烯酸酯類(lèi)的材料的改性越來(lái)越成熟，使得其在口腔環(huán)境中，具有優(yōu)異的化學(xué)及物理性能。除此之外，聚甲基丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂還具有透明性，良好的生物安全性、制備工藝簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣泛、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)。因此受到了廣大患者的歡迎。目前，義齒基托的制作方法主要有傳統(tǒng)熱凝填塞法制作義齒基托、傳統(tǒng)灌注法制作義齒基托和新型注塑法制作義齒基托。以上工藝均具有操作復(fù)雜，精度較低和耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，而3D打印技術(shù)由于其具有精度高，效率高及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，正好彌補(bǔ)了上述工藝的不足。因此，研究3D打印技術(shù)在口腔修復(fù)中的應(yīng)用具有重要的價(jià)值。

2 3D激光成型技術(shù)在牙科義齒基托的應(yīng)用

PMMA不僅可以采用多種方式固化，如化學(xué)固化、熱固化、光固化和微波固化等，而且性能優(yōu)異，是目前制作義齒基托的主要材料。根據(jù)PNdA的固化方式的不同，其制備義齒基托的加工方法主要有3種。第一是熱凝填塞法，即將牙模型盒的蠟清除干凈之后，再將熱固性的聚甲基丙烯酸甲酯壓入牙模型盒中，然后進(jìn)行熱固化，最后需要將預(yù)固化的模型盒放入60℃的水中慢慢加熱。在65℃～75～C的水中，恒溫0.5h～1h，然后慢慢加熱至100℃，再保持半個(gè)小時(shí)。最后將固化后的牙模型盒放入熱水中，并冷卻至室溫待用。利用熱凝填塞法制作的PMMA義齒基托具有良好的生物性能和機(jī)械性能，因此被廣泛用于制備義齒基托。但是熱凝填塞法也有很多缺點(diǎn)，比如：義齒基托制備工藝復(fù)雜、熱固化的時(shí)間比較長(zhǎng)、制備出來(lái)的模型咬合增高較多、PMMA的熱膨脹系數(shù)與石膏的熱膨脹系數(shù)不匹配，導(dǎo)致固化時(shí)令到模型變形等。第二是注塑法制作義齒基托，即在制備時(shí)將注塑樹(shù)脂按配比調(diào)好，然后加入稀釋劑將其稀釋?zhuān)⑸约訅簩⑵渎⑷肓x齒基托的模具中，最后放入引發(fā)劑并放入到聚合器中，直到聚合完成，該方法不僅具有變形小、咬合不增高、基托內(nèi)部致密等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比熱凝法和液態(tài)注塑法，我們發(fā)現(xiàn)患者佩戴這2種義齒之后均沒(méi)有出現(xiàn)明顯的差異性，而且義齒基托的組織面的菌斑也沒(méi)發(fā)現(xiàn)有明顯的不同。但是經(jīng)過(guò)4年的使用，我們發(fā)現(xiàn)采用注塑法制備的義齒基托機(jī)械性能差，容易折斷，且接觸面有明顯的磨損。第三是微波法制作義齒基托，其原理是甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一種極性材料，加入固化劑之后并吸收微波提供的能量，分子被激發(fā)，互相碰撞摩擦產(chǎn)生大量的熱量，使材料內(nèi)部的溫度迅速上升而發(fā)生聚合反應(yīng)。

由此可見(jiàn)，用此方法制作義齒基托需要特制的玻璃鋼模型盒，而且制備的義齒基托不能含有金屬構(gòu)件，如金屬絲、金屬網(wǎng)、金屬連接件等，因?yàn)檫@些會(huì)對(duì)微波有屏蔽的作用，減弱樹(shù)脂對(duì)微波的吸收，從而影響樹(shù)脂聚合。其制作步驟如下：將灌好膠的牙科模型盒用特制的玻璃鋼螺絲釘加固，然后將其放入微波反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)的時(shí)間取決于微波反應(yīng)器的功率和照射強(qiáng)度，先照射義齒基托的組織面，然后將義齒基托模型盒反轉(zhuǎn)，用微波輻射另一面。Loh PL等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：利用微波法制備出來(lái)的義齒基托的物理和化學(xué)性能及成色與熱凝填法制備的基本一致，但是微波法的其單體轉(zhuǎn)化率、參與單體量明顯少于熱凝填法。Rodrigues RC等人研究表明：利用微波法制備義齒基托具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如：反應(yīng)時(shí)間短、效率高、所制備出來(lái)的義齒基托的精密性更好、產(chǎn)品更加穩(wěn)定，患者的舒適性更強(qiáng)等。但是由于微波法需要特制的玻璃鋼型盒，使得其成本較熱凝填塞法和注塑法高，從而使其應(yīng)用受到一定的限制?；谏鲜鲈蚩梢钥闯?，只有尋找新的加工工藝才能彌補(bǔ)現(xiàn)有義齒基托制作工藝的缺陷。

目前，3D打印技術(shù)由于其具有精度高、設(shè)計(jì)方便、適應(yīng)性好及效率高等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛用于各行各業(yè)，如食品行業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、科學(xué)研究等。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越多，如：世界上首次成功將3D打印機(jī)“打印”出來(lái)的下顎骨用于治療骨頭感染；L A Hochadey等使用3D打印技術(shù)“打印”主動(dòng)脈瓣支架，不僅精度可控而且還適合組織和細(xì)胞存活；Alaadien Khalyfa等采用四磷酸鈣（tetracalcium phosphate）

和β-磷酸三鈣（β-tricalcium phosphate）為原料“打印”出的陶瓷骨骼具有相當(dāng)優(yōu)異的性能。但是將3D打印技術(shù)應(yīng)用于義齒基托的制作鮮有報(bào)道?；?D打印技術(shù)的特點(diǎn)，如果將其應(yīng)用于義齒基托的制作，不僅可以制備精度高、適應(yīng)好的義齒基托，還能大大提高制作效率、簡(jiǎn)化制作工藝和降低制作的成本。因此，以聚甲基丙烯酸酯類(lèi)樹(shù)脂為原料，通過(guò)調(diào)整配方，以激光打印的方式制作義齒基托，從而改善現(xiàn)有的義齒基托制作工藝，以期得到生物相容性好，機(jī)械性能優(yōu)異、精度高、適應(yīng)性好和價(jià)格低的義齒基托將是該行業(yè)的以后的發(fā)展方向。

3總結(jié)與展望

3D打印由于具有精度高、設(shè)計(jì)靈活、個(gè)性化定制和快速便捷等優(yōu)點(diǎn)，其所使用的材料是以PMMA為基礎(chǔ)的樹(shù)脂，該材料不僅來(lái)源廣泛、種類(lèi)多樣、具有良好的生物相容性，還具有加工簡(jiǎn)便和制備工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格適中等諸多優(yōu)點(diǎn)。所以將兩者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，應(yīng)該是未來(lái)改行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。