口腔环境下不同时期正畸镍钛弓丝表面摩擦力及表面结构的变化

曲 虹,谭 军,宋 洋

(1.大连医科大学 口腔医学院，辽宁 大连 116044；2.大连医科大学 附属第二医院 口腔科，辽宁 大连 116027)

镍钛合金(NiTi)弓丝是目前正畸临床矫治初期最常使用的一种矫正弓丝，它具有形状记忆和超弹性，但其耐磨性和防腐蚀性较差[1]。因此，本研究目的在于探讨NiTi弓丝在口腔环境中，不同使用时期的表面结构和表面摩擦力的变化。

1 材料和方法

1.1 弓丝的选择

随机选用0.014英寸的未使用(A0)和口腔内使用1个月(A1)、2个月(A2)的NiTi圆丝和0.016英寸的未使用(B0)和口腔内使用1个月(B1)、2个月(B2)NiTi圆丝(有色金属公司，中国)各5根。要求弓丝方圆型，平整无折痕。95%酒精棉擦净吹干备用。

1.2 塑料模具制作

选择临床安式Ⅰ类轻度拥挤的上颌模型，按照标准MBT系统在模型上标记托槽位置以及牙弓中点的位置，翻制上颌Typodont塑料模具,设计制作相应的特殊夹具(大连理工大学，图1)。托槽均由同一人用光固化树脂型粘结剂(3M公司，美国)粘结。模具及备用弓丝均放到配好的人工唾液中浸泡24 h。

1.3 摩擦力测试

如图1所示，实验前进行结扎训练。所有托槽的结扎均由同一人完成，每根弓丝中点与模具中点对正，紧密结扎入槽，根据牵拉的方向将夹具底座调好固定在适当的位置，更换模型时夹具位置不变，保证弓丝加力方向一致。将模具放入人工唾液中浸泡2 min，SANS微机控制电子万能实验机(大连理工大学)归零，实验机的感应头通过夹头与持针器柄部相连，持针器夹住一侧弓丝末端，移动2 mm距离，其速度0.5 mm/min,分别得出最大静摩擦力和0.5、1.0、1.5、2.0 mm位移时的滑动摩擦力，取平取值。然后，更换弓丝及托槽按照上述方法依次进行摩擦力测试。全部实验均在恒温29℃的实验室进行。

图1 摩擦力测试装置

1.4 电镜观察

每根弓丝均以95%酒精和蒸馏水清洁干燥，截取其两侧牙弓后段作为检测样本。在扫描电镜(FEI QUINTE-200环境扫描电镜)下，以1000倍视野进行观察。

1.5 统计学方法

测量结果用SPSS12.0统计学软件进行单因素方差分析(One-Way ANOVA),所有数据均以均数表示,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 摩擦力测试结果

如图2、3所示，0.014英寸和0.016英寸的NiTi圆丝，使用1个月后弓丝表面最大静摩擦力和平均滑动摩擦力增大，与未使用的圆丝相比差异具有显著性意义(P<0.05)。而使用2个月后的镍钛合金丝表面最大静摩擦力和平均滑动摩擦力更加增大，与未使用的圆丝相比差异具有极显著性意义(P<0.01)。

图2 0.014、0.016英寸NiTi圆丝最大静摩擦力测量结果比较

2.2 电镜观察结果

在1000倍视野下，使用1个月、2个月后的0.014英寸 NiTi圆丝其表面有许多划痕和不规则颗粒，杂乱无章、粗糙明显。见图4。0.016英寸NiTi圆丝的电镜表面结构与0.014英寸 NiTi圆丝的表现相似。

图3 0.014、0.016英寸NiTi圆丝平均滑动摩擦力测量结果比较

3 讨 论

摩擦力是指抵抗物体移动时所产生的力。它以两种形式存在:静摩擦力，是阻止物体产生实际运动的摩擦阻力;动摩擦力，存在于物体运动时，与物体运动方向相反。在滑动机制中，必须克服托槽与弓丝之间的摩擦力，才可能使牙移动[1-3]。因此，最大程度地减少摩擦力可使临床上用于移动牙的力量相应地减少，这样可降低对支抗的要求，并可缩短治疗时间。在正畸治疗中，矫治器加力时，初始要克服托槽与弓丝之间的最大静摩擦力以使牙移动。牙移动一段时间后，变形的牙周组织抵抗力合并滑动摩擦力抵消了施加的外力，导致牙移动停止。随后由于牙周组织的改建，同时由于咬合、弓丝回弹及咀嚼运动改变了弓丝与托槽的压力，牙又开始移动，如此循环往复。因此，牙的运动有短暂的间隔，而非匀速的运动。Prososki[4]认为静摩擦力是牙齿开始移动所需的力,而滑动摩擦力是牙齿一旦移动所需的维持其移动的力。因此，本实验既讨论静摩擦力，同时也讨论滑动过程中平均滑动摩擦力。

图4 使用前后0.014英寸NiTi弓丝表面扫描电镜照片(×1000倍)

A0：未使用的0.014英寸的NiTi圆丝；A1：使用1个月的0.014英寸的NiTi圆丝；A2：使用2个月的0.014英寸的NiTi圆丝

本文选取临床安氏Ⅰ类轻度拥挤患者的上颌模型，翻制出塑料模型，保证了模型的可重复性。从模型的一侧弓丝末端分别拉至相同的距离来测量弓丝移动所产生的最大静摩擦力和平均滑动摩擦力，比用托槽排成直线来测量摩擦力更能反应拥挤牙弓排齐整平阶段的力学特征。

镍钛弓丝广泛应用在正畸临床治疗，它的特点是弹性大、作用力柔且持久，与托槽之间摩擦系数小，因此矫正力较容易控制，不易造成牙根及牙周组织的损伤，减少了患者在矫治中不舒适感，但其耐磨性和防腐蚀性较差[5]。国外学者Harris等[6]研究发现，镍钛合金丝在模拟口腔环境中放置1个月后，其机械性能(抗拉强度、弹性模量、抗弯曲强度)明显下降；Huang HH[7]等研究表明唾液流量减少时，唾液的侵袭性增强，弓丝表面形成腐蚀性的凹陷，增加表面粗糙度，进而导致摩擦力增加。在体外进行摩擦力的实验研究，分为干态条件下和湿态条件下，液体介质的选择对摩擦力的研究具有很重要的影响，而人工唾液常被用于湿态条件下的摩擦力测量[8]。国内学者项华等[9,10]研究发现，人工唾液有粘性作用，会增大弓丝摩擦力。本实验模拟口腔环境，测出NiTi弓丝随着使用时间增加其表面摩擦力增大，且弓丝越粗其表面摩擦力越大。电镜观察，使用后的镍钛合金丝表面结构发生明显变化，弓丝表面光洁度降低，粗糙度明显增加，凹凸不平，有被腐蚀现象。这说明NiTi弓丝长期在口腔环境中使用其表面结构和它的性能会受到唾液及其它因素的影响发生改变；也提示医生在临床工作中应注意弓丝使用时间不要过长，对有变形、扭曲、折痕、表面粗糙的弓丝要及时更换，减少牙齿滑动摩擦力，有效地控制支抗，使牙齿移动更快，获得满意的正畸治疗效果。

参考文献：

[1] 林珊,罗小安,黄晓红.时效对正畸弓丝摩擦力影响的实验研究[J].口腔材料器械杂志,2004,13(4):183-185.

[2] 陈莉.正畸摩擦力[J].现代口腔医学杂志,2002,16(1):87-90.

[3] 林和平,吴建勇.正畸托槽与弓丝的摩擦力研究进展[J].口腔正畸学,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，林萍华，等.正畸矫治弓丝材料的性能和应用[J].河海大学常州分校学报,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] 丁鹏，林久祥，周彦恒.口腔正畸动态摩擦力测试系统的研发与初步应用[J].北京大学学报(医学版)，2009,41(3)：319-323.

[9] 项华,吴建勇,刘琴,等.人工唾液中直丝弓托槽与弓丝静摩擦力的实验研究[J].口腔医学，2007,27(1):38-40.

[10] 项华,吴建勇.人工唾液对正畸摩擦力影响的实验研究[J].江西医学院学报， 2005,45(6):62-63.