氧化锆托槽与不同托槽和弓丝之间摩擦阻力的实验研究

吴建英，何 勇，李晨军

固定矫治中，当弓丝与托槽之间产生滑动或存在滑动倾向时，摩擦阻力便随之而生。摩擦阻力分为两种，开始移动时所需克服的力称为静摩擦力，移动过程中所产生的力称为动摩擦力[1]。国内外目前应用最多的正畸托槽为不锈钢金属托槽和Al2O3陶瓷托槽。然而，金属托槽在临床使用过程中存在美观问题使患者饱受困扰，这也让陶瓷托槽受到了普遍的认可，但是陶瓷托槽却存在的一个重大缺陷，即陶瓷托槽与弓丝之间存在较大的摩擦阻力，这在临床矫治中是相当不利的。因此，研发一种摩擦力小且具有美观效果的托槽对临床患者使用具有重要意义。

本实验选用了一种新型氧化锆托槽，通过比较其与目前临床上使用的三种不同材质的托槽在干燥条件下与不同弓丝组合时产生的摩擦阻力大小，对几种不同类型的托槽摩擦力数据进行统计学分析，并以此为临床应用研制更优良的托槽提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料托槽：新型氧化锆托槽(江苏思麦尔生命科技公司)；陶瓷托槽、金属托槽、金属自锁托槽(3M Unitek)，均选取0.022英寸槽沟系统的右上第一前磨牙托槽各30个。弓丝选用0.018英寸不锈钢方丝、0.018*0.025英寸不锈钢方丝、0.019*0.025英寸不锈钢方丝，长度均为50mm(TP Orthodontic Appliance)；牙釉质粘接剂(而至齿科有限公司，1705181)；光固化灯(佳林市啄木鸟医疗器械有限公司，L1700158X6)；结扎丝(3M公司)，橡皮圈(3M公司)。仪器：CETR UMT多功能摩擦磨损机(CETR UMT Multi-Specimen Test System)。

1.2 方 法

1.2.1 试验前使用95%的酒精对托槽、弓丝、结扎丝、橡皮圈表面进行脱脂处理，随后用压缩空气吹干(5分钟)。

1.2.2 本实验使用CERT UMT多功能摩擦磨损机及自行设计的试验夹具进行实验，如图1中所示。夹具部分主要包括上、下两部分，上夹具用来固定弓丝，而下夹具用来固定托槽；上夹具部分可以由设备控制进行横向移动；下夹具与基板之间设置有7度角度，如图1(b)所示。实验时，首先将托槽与弓丝分别采用结扎丝结扎和橡皮圈结扎，本实验的结扎均由笔者一人独立完成。测试前将CETR UMT多功能摩擦磨损机设置归零，选择0.1mm/s恒定速度模式匀速拉动弓丝，位移设距离为10 mm，测量动摩擦力。选取位移为2，4，6，8，10 mm对应的5个动摩擦力的平均值为该样本的动摩擦力。用同样的方法测试所有样本的动摩擦力。

图1： 实验设备：(a)CETR UMT多功能摩擦磨损机；(b)夹具系统

1.2.3 本实验使用Origin软件对实验数据进行整体趋势分析，使用SAS 9.21分析软件的GLM过程对实验结果进行多因素方差分析，采用LSMEANS过程实现方差分析的两两比较。

2 结 果

当弓丝材质、尺寸相同时，结扎方式分别为橡皮圈结扎和结扎丝结扎时，新型氧化锆托槽的摩擦力和其他三种材质托槽的摩擦力具有差异性，如图2-图4。在保证弓丝材质、弓丝尺寸、结扎方式、托槽材质单因素变化情况下，摩擦力的大小均为：陶瓷>ZrO2>金属>金属自锁，如图2-图4所示。多因素方差分析得：当固定弓丝、结扎方式、托槽单一因素变化时，除组17外，新型氧化锆托槽组的摩擦力与陶瓷托槽组的摩擦力具有差异性，且差异具有统计学意义(**P<0.01或*P<0.05)；金属托槽组摩擦力和金属自锁托槽组摩擦力与陶瓷托槽组摩擦力有差异性，但不具有统计学差异(P>0.05)。见表1。这表明，新型氧化锆托槽显著克服了陶瓷托槽摩擦力大的弊端。

实验中我们节选结扎丝结扎时，1825方丝与四种不同托槽之间的摩擦力的变化曲线，对四种托槽实验过程中的摩擦力变化过程进行对比，结果表明，在该实验条件下，陶瓷托槽的摩擦力大于其他三种，且随着摩擦实验的进行，摩擦力逐渐增加，另外三种托槽与弓丝之间的摩擦力变化幅度较小，相对平稳。见图5。

图2： 18圆丝弓丝与不同托槽之间的平均摩擦力

图3： 1825方丝弓丝与不同托槽之间的平均摩擦力

图4： 1925方丝弓丝与不同托槽之间的平均摩擦力

图5： 结扎方式下1825方丝弓丝与不同托槽之间摩擦力变化

3 讨 论

在临床正畸治疗过程中，托槽与弓丝之间存在相对滑动或相对滑动趋势，由此产生了摩擦力[2]。摩擦力的大小与摩擦阻力有关，摩擦力越大，其作用于牙齿上的矫治力就会相应减小。然而在临床中，真正起到矫治效果的力，是矫治力。施加牙齿上的力必须首先克服摩擦力才能达到矫治所需的矫治力，从而达到正畸的效果。因此托槽与弓丝之间产生的摩擦力对矫治效果的影响是不容忽视的。Drescher[3]的研究表明，弓丝作用于牙齿上产生的摩擦力占整个施加力的60%，且施加的力与摩擦力成线性关系。牙齿沿着弓丝滑动的过程不是连续的[3,4]，动、静摩擦力是交替存在的，并且动摩擦力低于静摩擦力[5]，克服托槽与弓丝间的摩擦力，是牙齿移动，产生移动的关键所在。研究表明，影响摩擦力因素主要涵盖两类：机械因素和生物因素。机械因素包括托槽的宽度、轴倾角和转矩、弓丝尺寸、形状和材料、托槽槽沟的粗糙度、结扎方式等[6-8]。生物因素包括唾液、菌斑、牙齿移动方式、咀村嚼肌力、咬合力等因素[9,10]。本实验从影响摩擦力的机械因素入手，筛选更有利于临床所需的矫治托槽。

表1 不同结扎方式、不同弓丝尺寸与不同材料托槽间的摩擦阻力大小(n=5,±s，单位：N)

目前临床上使用的托槽大部分由金属、陶瓷制成，但陶瓷托槽摩擦力大，影响了正畸患者矫治效果，而金属托槽亦存在美观性不足的问题，因此本研究推出了一种新型的氧化锆托槽，结果显示，相同结扎材料相同弓丝尺寸下四中不同材料的托槽摩擦阻力大小为：陶瓷>ZrO2>金属>金属自锁，氧化锆托槽克服了陶瓷托槽的高摩擦力问题，同时白色的氧化锆托槽也解决了金属材质的美观性问题，低摩擦性的白色的氧化锆托槽满足临床所需，具有很高的实用价值，本研究为新型氧化锆托槽的临床使用提供了一种科学的数据支撑，建议临床上开展更多研究予以验证，促进其临床使用。

【参考文献】

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