口腔環境下不同時期正畸鎳鈦弓絲表面摩擦力及表面結構的變化

曲 虹,譚 軍,宋 洋

(1.大連醫科大學 口腔醫學院，遼寧 大連 116044；2.大連醫科大學 附屬第二醫院 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弓絲在口腔環境中，不同使用時期的表面結構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，按照標準MBT系統在模型上標記托槽位置以及牙弓中點的位置，翻制上頜Typodont塑料模具,設計制作相應的特殊夾具(大連理工大學，圖1)。托槽均由同一人用光固化樹脂型粘結劑(3M公司，美國)粘結。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，實驗前進行結扎訓練。所有托槽的結扎均由同一人完成，每根弓絲中點與模具中點對正，緊密結扎入槽，根據牽拉的方向將夾具底座調好固定在適當的位置，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)歸零，實驗機的感應頭通過夾頭與持針器柄部相連，持針器夾住一側弓絲末端，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，截取其兩側牙弓后段作為檢測樣本。在掃描電鏡(FEI QUINTE-200環境掃描電鏡)下，以1000倍視野進行觀察。

1.5 統計學方法

測量結果用SPSS12.0統計學軟件進行單因素方差分析(One-Way ANOVA),所有數據均以均數表示,P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 摩擦力測試結果

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果比較

2.2 電鏡觀察結果

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圓絲的電鏡表面結構與0.014英寸 NiTi圓絲的表現相似。

圖3 0.014、0.016英寸NiTi圓絲平均滑動摩擦力測量結果比較

3 討 論

摩擦力是指抵抗物體移動時所產生的力。它以兩種形式存在:靜摩擦力，是阻止物體產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，如此循環往復。因此，牙的運動有短暫的間隔，而非勻速的運動。Prososki[4]認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性。從模型的一側弓絲末端分別拉至相同的距離來測量弓絲移動所產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擁擠牙弓排齊整平階段的力學特征。

鎳鈦弓絲廣泛應用在正畸臨床治療，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]。國外學者Harris等[6]研究發現，鎳鈦合金絲在模擬口腔環境中放置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，進而導致摩擦力增加。在體外進行摩擦力的實驗研究，分為干態條件下和濕態條件下，液體介質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條件下的摩擦力測量[8]。國內學者項華等[9,10]研究發現，人工唾液有粘性作用，會增大弓絲摩擦力。本實驗模擬口腔環境，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構發生明顯變化，弓絲表面光潔度降低，粗糙度明顯增加，凹凸不平，有被腐蝕現象。這說明NiTi弓絲長期在口腔環境中使用其表面結構和它的性能會受到唾液及其它因素的影響發生改變；也提示醫生在臨床工作中應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].現代口腔醫學雜志,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,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用[J].河海大學常州分校學報,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.口腔正畸動態摩擦力測試系統的研發與初步應用[J].北京大學學報(醫學版)，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].口腔醫學，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].江西醫學院學報， 2005,45(6):62-63.