氧化鋯托槽與不同托槽和弓絲之間摩擦阻力的實驗研究

吳建英，何 勇，李晨軍

固定矯治中，當弓絲與托槽之間產生滑動或存在滑動傾向時，摩擦阻力便隨之而生。摩擦阻力分為兩種，開始移動時所需克服的力稱為靜摩擦力，移動過程中所產生的力稱為動摩擦力[1]。國內外目前應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可，但是陶瓷托槽卻存在的一個重大缺陷，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不利的。因此，研發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。

本實驗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的托槽在干燥條件下與不同弓絲組合時產生的摩擦阻力大小，對幾種不同類型的托槽摩擦力數據進行統計學分析，并以此為臨床應用研制更優良的托槽提供參考。

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英寸槽溝系統的右上第一前磨牙托槽各30個。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)；牙釉質粘接劑(而至齒科有限公司，1705181)；光固化燈(佳林市啄木鳥醫療器械有限公司，L1700158X6)；結扎絲(3M公司)，橡皮圈(3M公司)。儀器：CETR UMT多功能摩擦磨損機(CETR UMT Multi-Specimen Test System)。

1.2 方 法

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

1.2.2 本實驗使用CERT UMT多功能摩擦磨損機及自行設計的試驗夾具進行實驗，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備控制進行橫向移動；下夾具與基板之間設置有7度角度，如圖1(b)所示。實驗時，首先將托槽與弓絲分別采用結扎絲結扎和橡皮圈結扎，本實驗的結扎均由筆者一人獨立完成。測試前將CETR UMT多功能摩擦磨損機設置歸零，選擇0.1mm/s恒定速度模式勻速拉動弓絲，位移設距離為10 mm，測量動摩擦力。選取位移為2，4，6，8，10 mm對應的5個動摩擦力的平均值為該樣本的動摩擦力。用同樣的方法測試所有樣本的動摩擦力。

圖1： 實驗設備：(a)CETR UMT多功能摩擦磨損機；(b)夾具系統

1.2.3 本實驗使用Origin軟件對實驗數據進行整體趨勢分析，使用SAS 9.21分析軟件的GLM過程對實驗結果進行多因素方差分析，采用LSMEANS過程實現方差分析的兩兩比較。

2 結 果

當弓絲材質、尺寸相同時，結扎方式分別為橡皮圈結扎和結扎絲結扎時，新型氧化鋯托槽的摩擦力和其他三種材質托槽的摩擦力具有差異性，如圖2-圖4。在保證弓絲材質、弓絲尺寸、結扎方式、托槽材質單因素變化情況下，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：當固定弓絲、結扎方式、托槽單一因素變化時，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，且差異具有統計學意義(**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，但不具有統計學差異(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。

實驗中我們節選結扎絲結扎時，1825方絲與四種不同托槽之間的摩擦力的變化曲線，對四種托槽實驗過程中的摩擦力變化過程進行對比，結果表明，在該實驗條件下，陶瓷托槽的摩擦力大于其他三種，且隨著摩擦實驗的進行，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。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或相對滑動趨勢，由此產生了摩擦力[2]。摩擦力的大小與摩擦阻力有關，摩擦力越大，其作用于牙齒上的矯治力就會相應減小。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到矯治所需的矯治力，從而達到正畸的效果。因此托槽與弓絲之間產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生的摩擦力占整個施加力的60%，且施加的力與摩擦力成線性關系。牙齒沿著弓絲滑動的過程不是連續的[3,4]，動、靜摩擦力是交替存在的，并且動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，產生移動的關鍵所在。研究表明，影響摩擦力因素主要涵蓋兩類：機械因素和生物因素。機械因素包括托槽的寬度、軸傾角和轉矩、弓絲尺寸、形狀和材料、托槽槽溝的粗糙度、結扎方式等[6-8]。生物因素包括唾液、菌斑、牙齒移動方式、咀村嚼肌力、咬合力等因素[9,10]。本實驗從影響摩擦力的機械因素入手，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，結果顯示，相同結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，同時白色的氧化鋯托槽也解決了金屬材質的美觀性問題，低摩擦性的白色的氧化鋯托槽滿足臨床所需，具有很高的實用價值，本研究為新型氧化鋯托槽的臨床使用提供了一種科學的數據支撐，建議臨床上開展更多研究予以驗證，促進其臨床使用。

【參考文獻】

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