氧化鋯托槽與不同托槽和弓絲之間摩擦阻力的實(shí)驗(yàn)研究

吳建英，何 勇，李晨軍

固定矯治中，當(dāng)弓絲與托槽之間產(chǎn)生滑動(dòng)或存在滑動(dòng)傾向時(shí)，摩擦阻力便隨之而生。摩擦阻力分為兩種，開始移動(dòng)時(shí)所需克服的力稱為靜摩擦力，移動(dòng)過程中所產(chǎn)生的力稱為動(dòng)摩擦力[1]。國內(nèi)外目前應(yīng)用最多的正畸托槽為不銹鋼金屬托槽和Al2O3陶瓷托槽。然而，金屬托槽在臨床使用過程中存在美觀問題使患者飽受困擾，這也讓陶瓷托槽受到了普遍的認(rèn)可，但是陶瓷托槽卻存在的一個(gè)重大缺陷，即陶瓷托槽與弓絲之間存在較大的摩擦阻力，這在臨床矯治中是相當(dāng)不利的。因此，研發(fā)一種摩擦力小且具有美觀效果的托槽對臨床患者使用具有重要意義。

本實(shí)驗(yàn)選用了一種新型氧化鋯托槽，通過比較其與目前臨床上使用的三種不同材質(zhì)的托槽在干燥條件下與不同弓絲組合時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力大小，對幾種不同類型的托槽摩擦力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，并以此為臨床應(yīng)用研制更優(yōu)良的托槽提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料托槽：新型氧化鋯托槽(江蘇思麥爾生命科技公司)；陶瓷托槽、金屬托槽、金屬自鎖托槽(3M Unitek)，均選取0.022英寸槽溝系統(tǒng)的右上第一前磨牙托槽各30個(gè)。弓絲選用0.018英寸不銹鋼方絲、0.018*0.025英寸不銹鋼方絲、0.019*0.025英寸不銹鋼方絲，長度均為50mm(TP Orthodontic Appliance)；牙釉質(zhì)粘接劑(而至齒科有限公司，1705181)；光固化燈(佳林市啄木鳥醫(yī)療器械有限公司，L1700158X6)；結(jié)扎絲(3M公司)，橡皮圈(3M公司)。儀器：CETR UMT多功能摩擦磨損機(jī)(CETR UMT Multi-Specimen Test System)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)前使用95%的酒精對托槽、弓絲、結(jié)扎絲、橡皮圈表面進(jìn)行脫脂處理，隨后用壓縮空氣吹干(5分鐘)。

1.2.2 本實(shí)驗(yàn)使用CERT UMT多功能摩擦磨損機(jī)及自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)夾具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖1中所示。夾具部分主要包括上、下兩部分，上夾具用來固定弓絲，而下夾具用來固定托槽；上夾具部分可以由設(shè)備控制進(jìn)行橫向移動(dòng)；下夾具與基板之間設(shè)置有7度角度，如圖1(b)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將托槽與弓絲分別采用結(jié)扎絲結(jié)扎和橡皮圈結(jié)扎，本實(shí)驗(yàn)的結(jié)扎均由筆者一人獨(dú)立完成。測試前將CETR UMT多功能摩擦磨損機(jī)設(shè)置歸零，選擇0.1mm/s恒定速度模式勻速拉動(dòng)弓絲，位移設(shè)距離為10 mm，測量動(dòng)摩擦力。選取位移為2，4，6，8，10 mm對應(yīng)的5個(gè)動(dòng)摩擦力的平均值為該樣本的動(dòng)摩擦力。用同樣的方法測試所有樣本的動(dòng)摩擦力。

圖1： 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：(a)CETR UMT多功能摩擦磨損機(jī)；(b)夾具系統(tǒng)

1.2.3 本實(shí)驗(yàn)使用Origin軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體趨勢分析，使用SAS 9.21分析軟件的GLM過程對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多因素方差分析，采用LSMEANS過程實(shí)現(xiàn)方差分析的兩兩比較。

2 結(jié) 果

當(dāng)弓絲材質(zhì)、尺寸相同時(shí)，結(jié)扎方式分別為橡皮圈結(jié)扎和結(jié)扎絲結(jié)扎時(shí)，新型氧化鋯托槽的摩擦力和其他三種材質(zhì)托槽的摩擦力具有差異性，如圖2-圖4。在保證弓絲材質(zhì)、弓絲尺寸、結(jié)扎方式、托槽材質(zhì)單因素變化情況下，摩擦力的大小均為：陶瓷>ZrO2>金屬>金屬自鎖，如圖2-圖4所示。多因素方差分析得：當(dāng)固定弓絲、結(jié)扎方式、托槽單一因素變化時(shí)，除組17外，新型氧化鋯托槽組的摩擦力與陶瓷托槽組的摩擦力具有差異性，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(**P<0.01或*P<0.05)；金屬托槽組摩擦力和金屬自鎖托槽組摩擦力與陶瓷托槽組摩擦力有差異性，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。見表1。這表明，新型氧化鋯托槽顯著克服了陶瓷托槽摩擦力大的弊端。

實(shí)驗(yàn)中我們節(jié)選結(jié)扎絲結(jié)扎時(shí)，1825方絲與四種不同托槽之間的摩擦力的變化曲線，對四種托槽實(shí)驗(yàn)過程中的摩擦力變化過程進(jìn)行對比，結(jié)果表明，在該實(shí)驗(yàn)條件下，陶瓷托槽的摩擦力大于其他三種，且隨著摩擦實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，摩擦力逐漸增加，另外三種托槽與弓絲之間的摩擦力變化幅度較小，相對平穩(wěn)。見圖5。

圖2： 18圓絲弓絲與不同托槽之間的平均摩擦力

圖3： 1825方絲弓絲與不同托槽之間的平均摩擦力

圖4： 1925方絲弓絲與不同托槽之間的平均摩擦力

圖5： 結(jié)扎方式下1825方絲弓絲與不同托槽之間摩擦力變化

3 討 論

在臨床正畸治療過程中，托槽與弓絲之間存在相對滑動(dòng)或相對滑動(dòng)趨勢，由此產(chǎn)生了摩擦力[2]。摩擦力的大小與摩擦阻力有關(guān)，摩擦力越大，其作用于牙齒上的矯治力就會(huì)相應(yīng)減小。然而在臨床中，真正起到矯治效果的力，是矯治力。施加牙齒上的力必須首先克服摩擦力才能達(dá)到矯治所需的矯治力，從而達(dá)到正畸的效果。因此托槽與弓絲之間產(chǎn)生的摩擦力對矯治效果的影響是不容忽視的。Drescher[3]的研究表明，弓絲作用于牙齒上產(chǎn)生的摩擦力占整個(gè)施加力的60%，且施加的力與摩擦力成線性關(guān)系。牙齒沿著弓絲滑動(dòng)的過程不是連續(xù)的[3,4]，動(dòng)、靜摩擦力是交替存在的，并且動(dòng)摩擦力低于靜摩擦力[5]，克服托槽與弓絲間的摩擦力，是牙齒移動(dòng)，產(chǎn)生移動(dòng)的關(guān)鍵所在。研究表明，影響摩擦力因素主要涵蓋兩類：機(jī)械因素和生物因素。機(jī)械因素包括托槽的寬度、軸傾角和轉(zhuǎn)矩、弓絲尺寸、形狀和材料、托槽槽溝的粗糙度、結(jié)扎方式等[6-8]。生物因素包括唾液、菌斑、牙齒移動(dòng)方式、咀村嚼肌力、咬合力等因素[9,10]。本實(shí)驗(yàn)從影響摩擦力的機(jī)械因素入手，篩選更有利于臨床所需的矯治托槽。

表1 不同結(jié)扎方式、不同弓絲尺寸與不同材料托槽間的摩擦阻力大小(n=5,±s，單位：N)

目前臨床上使用的托槽大部分由金屬、陶瓷制成，但陶瓷托槽摩擦力大，影響了正畸患者矯治效果，而金屬托槽亦存在美觀性不足的問題，因此本研究推出了一種新型的氧化鋯托槽，結(jié)果顯示，相同結(jié)扎材料相同弓絲尺寸下四中不同材料的托槽摩擦阻力大小為：陶瓷>ZrO2>金屬>金屬自鎖，氧化鋯托槽克服了陶瓷托槽的高摩擦力問題，同時(shí)白色的氧化鋯托槽也解決了金屬材質(zhì)的美觀性問題，低摩擦性的白色的氧化鋯托槽滿足臨床所需，具有很高的實(shí)用價(jià)值，本研究為新型氧化鋯托槽的臨床使用提供了一種科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，建議臨床上開展更多研究予以驗(yàn)證，促進(jìn)其臨床使用。

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