3D 打印透明树脂嵌入正畸金属丝：机械性能优化开启正畸治疗新篇章

《Progress in Orthodontics》：Static and dynamic mechanical properties of 3D-printed clear resin with embedded orthodontic metal wire

为解决 3D 打印透明牙套机械性能受限问题，研究人员研究嵌入正畸丝的 3D 打印透明树脂，发现喷砂酸蚀处理可提升性能，为正畸治疗提供新方案。

　　

3D 打印透明树脂与正畸金属丝结合的研究解读

在当今社会，人们对口腔美观的追求日益增长，正畸治疗也因此越来越受欢迎。其中，透明牙套作为一种美观、舒适的正畸器具，备受患者青睐，尤其是成年患者。然而，透明牙套的发展并非一帆风顺。传统热成型透明牙套存在制作时间长、成本高以及尺寸不稳定等问题。直接 3D 打印的透明牙套虽然在几何精度、贴合度等方面具有优势，但目前其机械性能却成为限制其广泛应用的关键因素。例如，在实现复杂牙齿移动时，现有的 3D 打印透明树脂材料难以提供足够的力量并保持稳定，无法满足临床需求。因此，寻找提升 3D 打印透明树脂机械性能的方法，成为正畸领域亟待解决的重要问题。

为了攻克这一难题，香港大学的研究人员展开了深入研究。他们将研究重点聚焦在 3D 打印透明树脂与正畸金属丝的结合上，旨在通过创新的材料组合和表面处理技术，提升 3D 打印透明树脂的机械性能，为正畸治疗开辟新的路径。该项研究成果发表在《Progress in Orthodontics》杂志上。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们对不锈钢丝进行不同的表面处理，分为对照组（C，不做处理）、喷砂组（S）、喷砂和酸蚀组（SA）。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析钢丝表面特征，利用单丝拔出试验测量界面剪切强度（IFSS）。然后，使用 3D 打印技术制作哑铃形试样，根据是否嵌入经过不同表面处理的不锈钢丝分为四组，分别为纯 3D 打印透明树脂组（P）、嵌入未处理钢丝的 3D 打印透明树脂组（C）、嵌入喷砂处理钢丝的 3D 打印透明树脂组（S）、嵌入喷砂和酸蚀处理钢丝的 3D 打印透明树脂组（SA）。最后，对这些试样进行静态和动态机械性能测试，包括拉伸强度、弹性模量和应力松弛测试，并使用 SPSS 软件进行统计分析。

在研究结果方面，研究人员从多个角度进行了分析。

1. 表面特征和粗糙度：不同表面处理的不锈钢丝在表面形态和粗糙度上呈现出显著差异（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"P<0.001）。对照组表面相对光滑，喷砂组表面粗糙且布满不规则微坑，喷砂和酸蚀组则具有微纳米级的沟槽、凹坑等更粗糙的形态。喷砂使表面粗糙度Ra?从对照组的13±1.2nm 大幅增加到550±75nm，喷砂和酸蚀后虽有所降低，但仍达到470±36nm12。
2. 界面剪切强度：对照组的 IFSS 为5.7±4.0MPa，喷砂使 IFSS 提高 2.8 倍，达到16.4MPa，而喷砂和酸蚀则使其提升 5 倍，高达28.8MPa。从 SEM 观察到，对照组脱粘后表面光滑、树脂残留少，而喷砂和酸蚀组在钢丝表面有大量树脂残留，表明该组钢丝与透明树脂的界面结合力更强34。
3. 拉伸强度和弹性模量：嵌入钢丝显著提高了 3D 打印透明树脂的拉伸强度和弹性模量。拉伸强度从纯树脂组（P 组）的14.9MPa 提升到嵌入未处理钢丝组（C 组）的36.8MPa，喷砂和酸蚀组（SA 组）的拉伸强度最高，达到60.0MPa，约为 P 组的四倍。弹性模量方面，P 组为0.7±0.1GPa，SA 组达到5.8±0.4GPa，是 P 组的八倍。不过，不同表面处理组之间的弹性模量并无显著差异56。
4. 应力松弛：在 6 小时的应力松弛测试中，所有试样在前 1 小时内应力快速松弛，之后逐渐趋于平稳。P 组的初始和残余应力值最低，应力衰减最大；SA 组的初始应力和 6 小时后的残余应力最高。在模拟日常使用的 21 次循环应力松弛测试中，残余应力随循环次数增加而降低，SA 组的初始应力最高，应力衰减百分比最低，表现出最佳的抗应力松弛性能78。

研究结论和讨论部分指出，通过将正畸金属丝嵌入 3D 打印透明树脂，并对金属丝进行喷砂和酸蚀处理，能够显著提升 3D 打印透明树脂的静态和动态机械性能。这种多材料结合的创新方法，为定制化的正畸治疗提供了更强大的技术支持。它不仅增强了材料的机械强度，还结合了树脂的美观和弹性特性，有望克服传统正畸装置的局限性。然而，该研究目前仅在体外进行，未来还需要进一步开展体内实验和临床案例研究，以全面验证其在实际临床应用中的效果和安全性。尽管如此，这项研究为 3D 打印技术在正畸领域的应用奠定了重要基础，为未来的研究指明了方向，也为正畸治疗带来了新的希望和可能，推动了整个正畸行业向更加精准、高效的方向发展。