發(fā)布日期：2021-12-10 19:46:00
鈦及鈦合金材料是口腔正畸領(lǐng)域較常用的一類生物金屬材料。由于鈦金屬本身具有優(yōu)良的特性，因此自從其進(jìn)入口腔正畸領(lǐng)域以來就一直受到廣大臨床醫(yī)生的青睞，并且隨著研究的不斷深入，也使鈦及鈦合金材料在口腔領(lǐng)域中的應(yīng)用有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。本文闡述了以鎳鈦絲、β鈦絲、鎳鈦彈簧、鈦釘和鈦板為代表的鈦及鈦合金材料的性能特征、國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀、應(yīng)用沿革以及其目前在口腔正畸臨床治療中的應(yīng)用情況和存在的問題。
鈦是一種銀白色的過渡金屬，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕的特征，于1791年由William Gregor發(fā)現(xiàn)，并由Martin Heinrich Klaproth用希臘神話中的人物泰坦為其命名。鈦和鎳組成的合金，被稱為“記憶合金”。用這種合金制成預(yù)先確定的形狀，再經(jīng)過定型處理后，在受外力變形時，有恢復(fù)到原有形態(tài)的趨勢。因其具有強(qiáng)大的“記憶”功能，這種合金目前已在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，其在口腔正畸臨床中的應(yīng)用亦取得了很好的效果。由于其在口腔正畸治療中不同情況下發(fā)揮不同的作用，人們不斷深入研究，利用不同工藝，改變鈦與鎳的含量，制成性能多樣化的材料，供正畸臨床治療使用。目前，較常用于正畸臨床治療中的材料有鎳鈦絲、β鈦絲、鎳鈦彈簧、鈦釘和鈦板。
1、鈦及鈦合金材料的特性
1.1 鎳鈦絲
鎳鈦合金隨外環(huán)境（應(yīng)力、溫度等）的變化，其內(nèi)部金屬原子排列會發(fā)生變化，并會因此產(chǎn)生應(yīng)力的變化，使得鎳鈦絲具有獨(dú)特的力學(xué)特征。目前，臨床常見的鎳鈦絲大致可分為普通型鎳鈦絲、擬彈性鎳鈦絲、溫控型鎳鈦絲 3 種類型。不同類型的鎳鈦合金其內(nèi)部原子排列與力學(xué)特性均不相同［1］ 。
普通型鎳鈦絲，又稱傳統(tǒng)型鎳鈦合金絲，為冷加工制成，在常溫下和口腔中均較穩(wěn)定，在正畸治療中不會發(fā)生相變現(xiàn)象，不具有超彈性，也不具有形變記憶功能，目前在臨床較少應(yīng)用。擬彈性鎳鈦絲，又稱超彈性鎳鈦合金絲，是在恒定的溫度下，弓絲加載后發(fā)生相變并恢復(fù)其原始形狀。即使應(yīng)力超過了弓絲的彈性極限后，弓絲仍能保存很好的回彈性。超彈性鎳鈦絲的另一個顯著特征是加載較小時剛度較大，釋放力較大；加載較大時剛度較小，釋放力反而較小［1］ 。溫控型鎳鈦絲，又稱熱激活鎳鈦合金絲或體溫影響鎳鈦合金絲，具有超彈性和形狀記憶功能。這種合金絲經(jīng)過成型、加壓、熱處理、冷卻等過程制成固定的形狀，受外力發(fā)生變形，稍加熱便可恢復(fù)到原來的形狀。
其主要特征是室溫下柔軟、易彎曲形變，在口腔溫度下迅速被激活，恢復(fù)到原來的形狀［2］ 。
1. 2 β鈦絲
β鈦絲合金含有鈦、鋯、鉬、錫4種元素，其剛度為不銹鋼絲的1/2、傳統(tǒng)鎳鈦絲的2倍，其彈性介于不銹鋼與傳統(tǒng)鎳鈦絲之間。β鈦絲釋放力較不銹鋼絲柔和，回彈性較高［2］ 。與傳統(tǒng)的鎳鈦絲相比，β鈦絲具有能彎制成形、可焊接的優(yōu)點(diǎn)。但其最大的缺點(diǎn)是摩擦系數(shù)較大（大于所有其他正畸用合金絲），不利于牙齒沿弓絲滑動［3］ 。
1. 3 鎳鈦彈簧
鎳鈦彈簧具有很好的彈性，在拉伸或壓縮狀態(tài)下能夠產(chǎn)生比較柔和、穩(wěn)定且持久的力量。其擁有極低的永久變形率，且力的衰減非常小，產(chǎn)生的力量符合臨床牙齒移動的需要，能 夠有效地使牙齒發(fā)生生理性移動，是正畸治療中較常使用的鎳鈦合金材料［4］ 。
1. 4 鈦釘和鈦板
鈦釘和鈦板擁有鈦金屬的一切良好性能：質(zhì)輕、密度與人的骨密度相似、比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度/密度）大、在-235 ~ 600 ℃的溫度內(nèi)幾乎是所有金屬材料中比強(qiáng)度最高的。鈦的硬度
適中，延展性較好。鈦的熱傳導(dǎo)率低，因此在口腔中使用不會灼傷黏膜。鈦對X線有半阻射性，所以鈦釘和鈦板能夠在X線片上顯影，并且可以觀察其周圍骨質(zhì)的變化，這樣有利于觀察鈦釘在骨中的位置及穩(wěn)定情況。鈦沒有磁性，不會被磁化，因此在體內(nèi)存有鈦釘或鈦板的情況下也不會影響CT及核磁共振檢查及診斷。鈦有良好的耐腐蝕性及生物相容性，用于人體不會引起局部或全身的不良反應(yīng)，無致炎、致敏作用，這是其應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的主要原因。鈦植入骨內(nèi)會形成骨整合，因此目前鈦正廣泛應(yīng)用于臨床及口腔醫(yī)療中。但鈦的強(qiáng)度低、耐磨性較差，這也限制了其在某些方面的使用。
2、鈦及鈦合金材料的應(yīng)用沿革
鈦及鈦合金憑借其優(yōu)異的性能在醫(yī)用材料領(lǐng)域占有重要的一席。20世紀(jì)40年代初期，Bothe等將純鈦引入生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，之后Leventhal證實(shí)了純鈦具有優(yōu)異的生物相容性，后來Branemark將純鈦應(yīng)用于口腔種植領(lǐng)域，從此，純鈦?zhàn)鳛榉N植材料得到了廣泛的應(yīng)用［5］ 。20世紀(jì)70年代后期，鈦合金作為外科修復(fù)材料被廣泛應(yīng)用于臨床；20世紀(jì)80年代中期，鈦合金被列入國際生物材料標(biāo)準(zhǔn)，并在臨床上得到應(yīng)用［6］ 。
學(xué)者們對鈦及鈦合金的研究已經(jīng)邁進(jìn)了3個時 代 。 第 1 個 時 代 ，醫(yī) 用 鈦 合 金 以 純 鈦 、Ti-6Al-4V 為代表；第 2 個時代，醫(yī)用鈦合金以Ti-5Al-2·5Fe 、Ti-5Al-2·5Sn為代表；目前，已經(jīng)進(jìn)入了第3個時代，即如何改進(jìn)鈦合金，使其具有更低的彈性模量以及更加優(yōu)異的生物相容性和力學(xué)相容性的新型醫(yī)用鈦合金時代［7］ 。 鎳鈦合金（nitinol， “ni”為鎳， “ti”為鈦， “nol”為海軍軍械研究室的縮寫）在1963年被美國海軍軍械研究室首先研制成功。因其具有優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)而被廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是正畸臨床。目前，鎳鈦合金已成為口腔正畸領(lǐng)域中不可替代的理想合金材料之一。
3、鈦及鈦合金材料在正畸臨床的應(yīng)用
3. 1 鎳鈦絲
鎳鈦絲因具有良好的適應(yīng)性、高回彈力且能夠持續(xù)地釋放力，目前已被廣泛用于正畸臨床治療中，尤其適用于牙的排齊階段。但鎳鈦絲的性能及其治療效果受很多因素的影響，例如：鎳離子的釋出，其他金屬元素的添加，弓絲表面鍍層，患者的飲食習(xí)慣、咀嚼習(xí)慣以及口腔內(nèi)溫度的改變等［8］ 。
3. 2 β 鈦絲
β鈦絲的彈性模量較低、回彈性好且具有可成形能力，是正畸治療中期及最后精細(xì)調(diào)整階段的理想材料。其亦可制成輔弓、片段弓用于打開咬合或制成不同的曲，提高矯治效率 ［9］ 。
β鈦絲完全進(jìn)入托槽槽溝時所產(chǎn)生的力值和橫截面較小的不銹鋼絲所產(chǎn)生的力值相等，而如果產(chǎn)生相等的力時β鈦絲則與托槽的槽溝更加貼合，并且力量較為柔和，可以更好地控制牙齒的定向移動，尤其是轉(zhuǎn)矩的控制［10］ 。但β鈦絲存在一個較大的缺點(diǎn)即摩擦系數(shù)大。它幾乎比所有其他正畸合金絲的摩擦系數(shù)都大，因而不利于牙齒沿弓絲滑動。
3. 3 鎳鈦彈簧
鎳鈦彈簧是正畸治療中一種較為優(yōu)良的力學(xué)裝置，它所產(chǎn)生的移動牙齒的力量更符合生理需求［10］ 。鎳鈦彈簧具有極好的回彈性與超彈力，拉伸后矯治力不會隨形變的恢復(fù)發(fā)生迅速且大幅度的改變，并且擁有極低的永久變形率，故在正畸治療中顯示強(qiáng)大的優(yōu)勢，大大縮短了治療時間。
3. 4 鈦釘和鈦板
鈦釘在錯 牙合 畸形的矯治中作為支抗使用存在著很大的優(yōu)勢，目前已成為正畸臨床治療中較受青睞的輔助手段之一。其優(yōu)勢在于：（1）鈦釘具有良好的生物相容性，其愈合后會 形成良好的上皮包裹［11］ ；（2）鈦釘直接作用于頜骨，提供強(qiáng)大而穩(wěn)定的骨支抗，對牙體、牙周均無損傷［12］ ；（3）鈦釘在口腔內(nèi)暴露的體積小，表面光滑，異物感小，不影響口腔衛(wèi)生的保持［13］ ；（4）易去除，無需麻醉，局部消毒后用配套的器械旋出，無疼痛感，愈合后無瘢痕［13］ 。
根據(jù)操作方法的不同，鈦釘分為自攻式和助攻式兩種。自攻式鈦釘有螺紋，可穿過軟組織和密質(zhì)骨；而助攻式鈦釘需要在植入前先用配套的鉆在密質(zhì)骨上備洞，再植入鈦釘。前者操作比較簡單，旋入速度慢，幾乎不會產(chǎn)生熱量，因此不會引起周圍骨組織壞死，當(dāng)觸及牙根時，會有障礙感，及時停止旋入，可避免損傷牙根；但種植釘較易折斷，在骨皮質(zhì)較厚的區(qū)域植入難度較大。后者在使用時，需先備洞，備洞時產(chǎn)生的高溫可能引起鈦釘周圍骨組織壞死甚至損傷牙根。應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防措施和處理方法來避免功能期種植釘可能引起的并發(fā)癥。比如，術(shù)前應(yīng)進(jìn)行影像評估，以避免種植釘損傷牙根、下牙槽神經(jīng)及恒牙胚等組織；囑患者按時復(fù)診并進(jìn)行術(shù)后的口腔衛(wèi)生宣教，以避免種植體周圍炎的發(fā)生 ［14］ 。另外，在鈦釘頂端加以盤狀結(jié)構(gòu)的改良，可有效改善種植釘被口腔軟組織包裹的問題。
鈦板在正畸中的應(yīng)用主要是手術(shù)病例術(shù)后的堅強(qiáng)內(nèi)固定。鈦板有良好的生物相容性，對人體無害，不致炎，不致敏，不會造成類似堅硬鋼板所造成的應(yīng)力屏障，有利于骨折的愈合，可永久保留于體內(nèi)，無不良反應(yīng)，無須取出［15］ 。
影響鈦釘和鈦板術(shù)后成功與否的關(guān)鍵是其能否達(dá)到穩(wěn)定的效果，能否達(dá)到穩(wěn)定的關(guān)鍵在于鈦釘和鈦板與骨結(jié)合的情況，醫(yī)學(xué)稱之為骨整合。 影響骨整合的主要因素如下。
（1）種植釘?shù)脑O(shè)計。為了實(shí)現(xiàn)種植支抗成功達(dá)到穩(wěn)定的效果，目前的種植釘在設(shè)計和工藝上有了許多改進(jìn)，主要是種植釘?shù)谋砻嫣幚恚ǎ孩俦砻嫱繉印Ｄ壳坝欣诜N植釘骨整合的主要表面涂層材料是羥基磷灰石（HA），研究表明，HA 涂層可增加種植釘?shù)姆�(wěn)定性；另一種材料唑來膦酸鈉（ZOL），可抑制破骨細(xì)胞、促進(jìn)成骨細(xì)胞形成，從而促進(jìn)骨組織的形成。
ZOL 是一種引導(dǎo)骨再生的材料，可使骨密度加大。將HA和ZOL共同涂層于種植釘表面，可形成ZOL活性涂層，并可防止HA晶體溶解，從而更好地引導(dǎo)骨再生，使種植體與骨形成骨結(jié)合［16］ 。②陽極氧化法。其是一種電化學(xué)處理方法，將增加種植釘?shù)拟佈鹾穸群痛植诙龋?7］ 。陽極氧化表面處理的種植釘耐腐蝕性較自然氧化的高。經(jīng)陽極氧化法處理的種植釘，在電鏡下表現(xiàn)出凸凹不平、微管狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)能夠影響蛋白質(zhì)的凝聚，改變細(xì)胞的活動；可增加成骨細(xì)胞的滲入，提高骨結(jié)合能力，并可促進(jìn)種植釘周圍骨質(zhì)的早期成熟［18］ 。
（2）加載時機(jī)。研究顯示，在種植釘植入后即刻加載，骨改建正常，愈合情況良好，提高了種植釘?shù)臋C(jī)械穩(wěn)定性［19］ 。
（3）種植釘?shù)闹踩虢嵌取７N植釘?shù)闹踩虢嵌葘墙Y(jié)合及穩(wěn)定性無明顯的影響［20-21］ 。
（4）患者年齡的大小。 微鈦釘在年齡較小的兒童的骨組織中較骨成熟的成人更易出現(xiàn)松動或移位［22］ 。然而，種植釘并不需要達(dá)到完全的骨整合。Gary等［23］ 認(rèn)為，在正畸治療中所使用的種植鈦釘不一定要達(dá)到骨整合；Park［24］ 認(rèn)為，微型種植釘?shù)姆�(wěn)定是來自于種植釘與骨的鎖結(jié)，而不是骨整合，雖然種植釘與骨之間或多或少存在著骨結(jié)合，然而，正畸微種植釘需要大量的骨整合來達(dá)到穩(wěn)定是被質(zhì)疑的，完全的骨結(jié)合不是正畸微種植釘植入后所必須的。正畸種植釘所加載（承載）的力量小，并且是一個臨時的裝置。Roberts等［25］ 認(rèn)為，在正畸支抗中種植釘與骨有10%的骨整合就足夠了。Deguchi 等 ［26］ 在動物實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)，即使只有5%的骨整合同樣可抵抗正畸支抗中所施加的力量。
4、結(jié)語
鈦及鈦合金材料憑借其獨(dú)特的優(yōu)良特性和豐富的來源，已成為口腔醫(yī)學(xué)中不可或缺的材料之一，其良好的性能也滿足了正畸臨床治療中的需要。對于鈦及鈦合金材料的深入研究及開發(fā)關(guān)乎口腔醫(yī)學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，同時也對口腔正畸學(xué)的革新和突破有著深遠(yuǎn)影響。
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