4D打印形狀記憶牙齒矯治器來(lái)了，戴六副即可實(shí)現(xiàn)矯正

導(dǎo)讀：對(duì)于想矯正牙齒的年輕人或者學(xué)生，越來(lái)越多的人為了美觀會(huì)選擇隱形矯治器（透明牙套），牙科診所一般會(huì)量身定做幾十副牙套，每1-2個(gè)星期戴一副，逐漸調(diào)整牙齒角度，最終實(shí)現(xiàn)牙齒矯正。但是，因?yàn)橐�戴幾十副牙套，不免有些麻煩和浪費(fèi)。那么有沒(méi)有更好的技術(shù)方案呢？

2022年2月10日，南極熊獲悉，來(lái)自德國(guó)、埃及和阿聯(lián)酋的研究人員開發(fā)了一種新型的3D打印透明牙齒矯治器，與目前市場(chǎng)上的矯治器不同，它是由形狀記憶聚合物制成的，具有"4D "形狀記憶功能。

他們開發(fā)的正畸裝置使用Kline Europe的透明ClearX樹脂，采用DLP工藝3D打印而成，一旦戴到用戶的嘴里就會(huì)變軟，能夠適應(yīng)、抓緊和重新定位錯(cuò)位的牙齒。到目前為止，這種矯正器不僅具有生物相容性，而且證明能夠隨著時(shí)間的推移可預(yù)測(cè)地改變特性，有可能成為當(dāng)前透明牙套的理想替代品。

△研究人員認(rèn)為，他們的牙齒矯正器可以大大降低矯正器生產(chǎn)的相關(guān)成本，圖片來(lái)自Prodways

4D牙齒矯正器的好處

當(dāng)前的矯治器由不同類型的聚合物制成，例如聚乙烯材料、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酯和聚氨酯。這種矯治器的工作原理是，通過(guò)編程設(shè)計(jì)牙齒的位置與實(shí)際牙齒位置之前的偏差，來(lái)控制牙齒移動(dòng)。在市場(chǎng)上大多數(shù)流行的矯治器系統(tǒng)中，每個(gè)矯治器只能使牙齒移動(dòng) 0.2 到 0.3 毫米，或每次旋轉(zhuǎn)1°至3°，每個(gè)矯治器要佩戴大約 14 天，然后更換下一副矯治器。因此，牙齒的矯正周期很長(zhǎng)，而且成本很高。

對(duì)于這種矯治器，研究人員正在關(guān)注兩個(gè)主要缺點(diǎn)：傳統(tǒng)材料的缺點(diǎn)和牙齒運(yùn)動(dòng)的生物學(xué)考慮，已經(jīng)引入了許多方法來(lái)生物加速牙齒移動(dòng)。另一方面，新矯治器材料的引入也引起了人們的關(guān)注。

形狀記憶聚合物 (SMP) 是最近引入牙科領(lǐng)域的新型材料之一，特別是用于正畸應(yīng)用。它們?yōu)獒t(yī)療材料的應(yīng)用提供了巨大的潛力。

四維打�。�4D打印）技術(shù)是基于形狀記憶材料的3D打印。顯然，在給定的環(huán)境條件下，4D 打印部件具有隨時(shí)間（第四維度）改變形狀的能力。隨著形狀記憶聚合物材料的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)中的新 4D 打印應(yīng)用有望增長(zhǎng)。研究人員將 4D 技術(shù)引入正畸矯正器的制造中。

圖 1：定制的錯(cuò)字牙 (T) 第21顆為錯(cuò)位牙、4D 打印的矯正器 (A) 和灰色夾板 (S)用于調(diào)整矯治器

研究材料、方法和結(jié)果

首先，研究人員使用樹脂和丙烯酸牙齒制作了一個(gè)定制的牙齒模型。左上中切牙（第 21 顆牙齒）為錯(cuò)位牙，總錯(cuò)位為 3 mm，并通過(guò)嵌入模型中的粉色蠟中可以實(shí)現(xiàn)活動(dòng)，而其他牙齒則由樹脂固定（圖 1）。

然后，研究小組利用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的Asiga Max 3D打印機(jī)和ClearX樹脂，這種樹脂號(hào)稱是 "變型矯正器 "的理想材料，制造了六副4D打印矯治器。

這些矯治器被應(yīng)用于帶有錯(cuò)位牙齒的模型上，并浸泡在熱水中。在這個(gè)過(guò)程中，錯(cuò)位牙齒周圍的蠟變軟了，允許它被矯治器塑形，之后被冷卻以捕捉數(shù)據(jù)結(jié)果。（具體的流程更加復(fù)雜，感興趣請(qǐng)閱讀原文。）

結(jié)果表明，形狀記憶矯正器成功地實(shí)現(xiàn)了牙齒 21 的顯著移動(dòng)，并且在正畸測(cè)量和模擬系統(tǒng) （ OMSS ）中也測(cè)量了一致的移動(dòng)。但沒(méi)有達(dá)到3.00mm的移動(dòng)對(duì)齊目標(biāo)，僅實(shí)現(xiàn)了 2.06-2.82 毫米。盡管如此，結(jié)果還是令人滿意的，一個(gè)形狀記憶矯正器實(shí)現(xiàn)的錯(cuò)牙移動(dòng)幾乎等于 10 個(gè)傳統(tǒng)矯正器可以實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)量。

目前，4D打印矯治器還處于科研階段，期待早日被商業(yè)化應(yīng)用。

△用于評(píng)估該團(tuán)隊(duì)4D矯治器療效的正畸測(cè)量和模擬系統(tǒng)（OMSS）

商業(yè)化的牙科3D打印正在爆發(fā)

僅在過(guò)去的幾個(gè)月里，3D打印在牙科行業(yè)的日益普及促使一大批制造商推出新的材料和機(jī)器，每一種都是為了促進(jìn)高產(chǎn)量的矯正器生產(chǎn)，因?yàn)樗麄兏?jìng)爭(zhēng)在這個(gè)迅速成為高利潤(rùn)的市場(chǎng)中開辟出一片天地。

本月早些時(shí)候，3D打印機(jī)制造商Desktop Metal的醫(yī)療業(yè)務(wù)部門Desktop Health發(fā)布了新的愛(ài)因斯坦系列牙科系統(tǒng)。這些機(jī)器采用了 "HyperPrint "技術(shù)，據(jù)說(shuō)與EnvisionTEC的Envision One系統(tǒng)相比，速度提升了50%，與FDA認(rèn)證的Flexcera Smile Ultra+樹脂一起推出。

去年年底，桌面LCD三維打印機(jī)制造商UNIZ也開始發(fā)貨NBEE樹脂三維打印機(jī)。這套系統(tǒng)專門為解決牙醫(yī)的大批量生產(chǎn)需求而設(shè)計(jì)，它結(jié)合了速度、質(zhì)量和可用性，可以用于對(duì)準(zhǔn)器模型、假牙底座、夜間防護(hù)裝置、手術(shù)指南、牙冠和牙橋的3D打印應(yīng)用。

像Prodways公司現(xiàn)在也已經(jīng)開始為牙科客戶進(jìn)行極大量的3D打印終端產(chǎn)品。2021年12月，該公司透露，它已被委托為一個(gè)大客戶供貨，其機(jī)器將被用來(lái)每年生產(chǎn)多達(dá)一百萬(wàn)個(gè)牙齒矯正器。

研究人員的發(fā)現(xiàn)詳見他們的論文，題為 “Potential Application of 4D Technology in Fabrication of Orthodontic Aligners.”

論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fmats.2021.794536