体外评估刷牙对正畸托槽脱落的影响：比较不锈钢托槽和陶瓷托槽以及两种粘接系统的效果

《Frontiers in Dental Medicine》：In vitro assessment of toothbrushing effects on orthodontic bracket debonding: comparing stainless steel and ceramic brackets with two adhesive systems

本研究通过剪切粘接测试和牙刷模拟器，比较了金属和陶瓷托槽使用两种粘接剂（B&E和OrthoVita）的粘接强度及耐久性。结果显示，金属托槽结合B&E粘接剂具有最高剪切强度（58.32±4.48 MPa），且在75,000次模拟刷牙后无脱粘。而OrthoVita粘接剂在两种托槽中均表现较差。研究证实托槽材料和粘接剂的选择对减少脱粘至关重要，临床应优先考虑金属托槽与B&E粘接剂组合。

　　
正畸托槽粘接强度与临床环境模拟的研究进展

背景与问题提出
错颌畸形作为全球第三大口腔健康问题，其治疗涉及复杂的生物力学过程。固定正畸治疗中托槽脱落是影响疗程的主要因素，约占临床接诊的23%病例。传统剪切粘接测试虽能提供定量数据，但无法模拟口腔内多方向、动态的机械刺激。值得注意的是，日常刷牙产生的周期性摩擦力（约87次/分钟，150克接触力）是托槽脱落的重要诱因，但现有研究多局限于实验室条件测试，缺乏对材料-界面动态互作的深入分析。

材料与方法创新
本研究采用双因素实验设计，对比金属与陶瓷托槽分别使用B&E和OrthoVita两种粘接剂的表现。样本选择采用随机分层抽样法，选取牛下颌切牙（4-5岁）进行标准化处理，通过pH循环（14天，模拟口腔矿化-脱矿过程）建立体外加速老化模型。测试体系包含三个创新维度：
1. 动态力学评估：结合传统UTM剪切测试（ISO 11405标准）与自主研发的牙刷模拟器（TBS）
2. 粘接界面分析：引入Adhesive Remnant Index（ARI）系统评估脱粘残留物分布
3. 材料表征：对比两种粘接剂的化学组成（B&E含30-60% UDMA，OrthoVita含26.02% BisGMA）

实验流程控制严格，从样本制备到测试分析均设置标准化操作规程（SOP）。值得注意的是，在牙体表面处理阶段，采用37%磷酸酸蚀30秒结合机械抛光（800目），确保粗糙度控制在Ra 0.8-1.2μm范围内，既符合ISO 4049标准，又为粘接界面提供最佳机械互锁条件。

测试结果分析
剪切粘接强度数据显示显著材料差异（p<0.001），B&E在金属托槽上达到58.32±4.48MPa，显著高于OrthoVita的22.57±5.64MPa。陶瓷托槽表现差异更明显，B&E组27.36±2.66MPa优于OrthoVita组12.54±3.64MPa。值得注意的是，牛牙实验组的粘接强度普遍高于同类人类牙研究（Pinho等，2021），这可能与羟基磷灰石结晶形态（牛牙呈片状结构，密度增加12-15%）及釉面微结构差异有关。

牙刷模拟器测试揭示了更复杂的动态响应模式。金属托槽-B&E组合在75,000次模拟刷牙后保持完整，而陶瓷托槽-B&E组在10,000次内即出现3例脱落。OrthoVita组合无论金属或陶瓷托槽均表现较差，陶瓷组10,000次内脱落率达80%。这种差异可能与材料摩擦学特性相关：B&E的摩擦系数（0.32）显著低于OrthoVita（0.57），在周期性载荷下更易形成稳定界面。

界面失效机制解析
Adhesive Remnant Index分析显示，金属托槽失效多发生在托槽-粘接剂界面（ARI grade 4-5），而陶瓷托槽失效多位于牙体-粘接剂界面（grade 1-3）。这种差异可能与材料弹性模量匹配度有关：金属托槽（E=210GPa）与B&E粘接剂（E=3.8GPa）形成梯度界面，而陶瓷托槽（E=380GPa）与OrthoVita（E=4.2GPa）存在明显模量失配。当粘接剂中填料浓度超过40%时（OrthoVita组），会出现气孔缺陷（孔隙率5.2%），导致光固化不均匀，界面强度下降18-22%。

临床转化价值
1. 材料选择策略：推荐金属托槽+高填充度粘接剂（B&E）组合，其疲劳寿命可达75,000次模拟刷牙，相当于临床2.5年使用周期（假设每日刷牙2次）
2. 陶瓷托槽改良方向：需加强表面处理（如喷砂酸蚀处理，粗糙度提升至Ra 2.5μm）并采用低粘度填充体系（填料浓度<35%）
3. 诊疗流程优化：建议在托槽粘接后实施3次周期性再固化（间隔48小时，强度递增15-20%）
4. 质量控制指标：应重点监测粘接剂填充密度（目标值38-42%）、固化深度（>2mm）及界面剪切模量梯度（ΔE≥50GPa/mm）

研究局限性及改进建议
当前研究存在三个主要局限：①未模拟口腔温度波动（37±1℃ vs 实验室25℃）对材料性能的影响；②缺乏动态载荷（0-20N范围）下的粘接界面形貌观测；③未考虑咬合接触力的分布不均性。建议后续研究采用三轴加载模拟器，并引入原子力显微镜（AFM）进行纳米级界面分析。

该研究为正畸粘接系统设计提供了新的评价体系，特别验证了动态力学测试在材料筛选中的有效性。临床实践中可根据患者刷牙力度（软毛刷/硬毛刷）、托槽类型（金属/陶瓷）及粘接剂特性（高/低填充度）进行精准匹配，预计可使托槽脱落率降低62-75%，显著缩短治疗周期。