口腔正畸摩擦研究进展

摩擦力在物理学中的定义是指两个互相接触的物体间发生相对运动趋势或相对运动时所产生的力，力的方向为所接触表面的切线方向，与物体运动方向相反[1]. 摩擦力的大小与力所接触的物体表面性能及挠曲度有关. 借助矫治力的作用进行正畸治疗时，弓丝与托槽只要产生相对滑动趋势或滑动时就会产生摩擦力.

作为正畸临床中的一种挑战，摩擦是让人关注的一类问题，因为高摩擦力会降低矫治力的有效性，进而降低牙齿的运动效率，从而使牙齿的锚定控制更加复杂. 矫治力必须克服摩擦力，并且不损伤牙齿和周围组织的健康，进而获得牙齿与周围组织的力学平衡，才能使牙齿产生生理性的移动. 若摩擦力增大，矫治器的有效性将降低，治疗时间延长；另外，摩擦阻力对作用于牙齿的力矩/力也产生影响，继而影响牙齿的旋转中心，出现牙齿无法移动、牙根吸收等并发症. 总体而言，正畸摩擦力是无法消除的，只能通过研究改进来达到摩擦力的有效控制，从而达到理想的矫治效果.

影响正畸摩擦力的因素主要有机械因素和生物因素两个方面[2–3]. 弓丝和托槽的大小形状、材质、表面粗糙度以及位置关系是影响正畸摩擦力的主要机械因素. 弓丝与托槽也会因不同结扎方式而产生不同的摩擦力. 同时，口腔内的唾液、菌斑以及牙齿的移动方式和咀嚼运动都会影响弓丝与托槽间的摩擦力[4].

本文作者首先对正畸摩擦力相关的力学基础进行了阐述，然后从机械和生物两个方面的影响因素分析了正畸摩擦力，总结归纳了各种因素对正畸摩擦力影响的研究结果，并且对正畸摩擦力的最新研究进展包括体外试验、应用研究等方面进行了分析探讨.

1 正畸摩擦力的力学基础

如图1所示，当正畸力克服了摩擦力时，牙齿运动就会发生. 事实上，这种矫治力很大一部分会在弓丝与槽沟的接触和结扎摩擦中损失. Thorstenson等[5]研究发现这种损失从12%变为60%，但是造成损失的摩擦力也只是滑动阻力的一小部分. 通常，滑动阻力分为三种类型：经典摩擦力(FR，当弓丝与托槽表面接触时产生的静摩擦力和动摩擦力)、约束力(BI，由于牙齿倾斜或弓丝弯曲导致弓丝与托槽槽沟之间的倾斜超过一定的角度时，弓丝与托槽壁的两边同时接触而产生摩擦力)和刻痕阻力(NO，当托槽与弓丝之间的成角增大使得弓丝发生永久变形时，弓丝与槽沟之间产生的阻力).

根据托槽与弓丝之间所成的角度(Q)将滑动分为两种状态：主动状态和被动状态. 其中，主动状态是指当托槽与弓丝之间形成较大的角度时，弓丝与托槽壁的两边同时接触的状态；被动状态是指当弓丝与槽沟平行或者弓丝与槽沟仅形成较小的角度时，弓丝不与托槽壁的两边同时接触的状态. 这两种不同状态所导致的滑动阻力的组成和大小往往也不同. 在被动状态下，滑动阻力仅属于经典摩擦力范畴，即RS=FR. 但是，主动状态相对复杂一些，它有三个不同的阶段：初期阶段(Q等于或略大于Qc，滑动摩擦阻力RS=FR+BI，此时忽略不计NO)、中期阶段(Q明显大于Qc，持续增加的BI限制了弓丝的滑动，此时FR只占了RS的一小部分(BI＞FR)，滑动摩擦阻力RS=BI)、晚期阶段(Q远大于Qc，也就是NO＞＞BI＞＞FR，此时FR和BI都忽略不计). 结果显示，当托槽与弓丝不发生滑动时，RS接近无穷大(RS=NO).

  

Fig.1 Sketch of orthodontic friction force[3]图1 正畸摩擦力示意图[3]

综上所述，主动状态下的摩擦力大于被动状态下的摩擦力，为了促使托槽和弓丝的有效滑动，应该尽可能使托槽和弓丝都处于被动状态.

2 正畸摩擦力的影响因素及研究进展

2.1 机械因素

弓丝与托槽共同构成一个正畸矫治器的重要组成部分. 正畸治疗通常采用牵引弓或滑动机制促使牙齿移动，牵引弓往往引起极小的摩擦力，而滑动经常导致相当大的摩擦力. 对正畸摩擦力产生影响的主要机械因素有弓丝和托槽的大小形状、材质、表面粗糙度以及位置关系等，同时，弓丝与托槽因不同结扎方式亦有影响，详述如下.

2.1.1 弓丝和托槽的形状尺寸及其接触角

结扎丝和橡皮圈等结扎系统在固定弓丝与托槽的同时也加大了二者相对运动的摩擦力. 为了减少摩擦力的产生，学者们在结扎材料和结扎方式上做了诸多研究，比如应用表面涂层的不锈钢结扎丝、改性的橡皮圈、滑动自锁托槽等方法可以有效降低摩擦力[33–35].

在正畸牙移动过程中，弓丝和托槽往往需要结扎丝将二者联系起来，产生于托槽与弓丝表面的摩擦力企图阻碍各自的趋向运动，结扎方式成为影响摩擦力的一个重要因素[32]. 目前，结扎丝、橡皮圈、自锁托槽是固定矫正技术中常用的三种基本结扎方式，如图7所示.

首先以“剥落的墙皮”暗喻已经流逝的岁月，二者都有“无法回到最初状态”的特点。喻体墙皮剥落的过程正是本体岁月离开的最细节性的表现。

脊索索力分布均很离散，故施工中根据各根索的就位索力选取千斤顶。脊索的最大就位力为764.3kN，施工中选用1台100t的千斤顶。脊索索力过程曲线如图3所示，可看出马道的安装使脊索1和脊索2的索力有较大下降，使脊索3的索力有所增长，而膜的安装则使所有脊索索力上升。

就托槽宽度对摩擦力的影响研究而言，有学者认为托槽越宽，结扎约束力越大，摩擦力也就越大；也有学者认为托槽宽度越小，弓丝与托槽更容易发生相对倾斜，约束力逐渐增大，摩擦力也将增大. 由于托槽槽沟的不同形状使得弓丝与托槽形成了大小不同的接触角. Liu等[9]通过研究四种托槽与弓丝产生的接触角关系发现：Transmission Straight Archwire托槽和Tip-Edge Plus托槽的槽沟形状明显加大了弓丝与托槽的接触角，从而更易产生摩擦力.

  

Fig.2 Binding of archwire with bracket wings[5]图2 弓丝尺寸、托槽宽度及其接触角关系示意图[5]

2.1.2 弓丝、托槽的材质

在正畸临床上经常用到的四种弓丝材料是镍-钛合金(Ni-Ti)、β钛(TMA)、不锈钢(SS)和钴-铬合金(Co-Cr). 大量的体外试验和临床应用的研究结果表明，这四种类型弓丝的摩擦力从大到小的顺序[10]为TMA、Ni-Ti、Co-Cr和SS. 在常用的三种托槽材料中，不锈钢托槽的摩擦力最小，陶瓷托槽的摩擦力居中，而塑料托槽的滑动摩擦力最大[45]. 通过对弓丝和托槽材料表面改性[11–15]可以达到降低摩擦的目的，这也是目前针对给定弓丝、托槽降低其摩擦的主要方式. 目前对弓丝托槽表面的改性研究主要为纳米复合材料涂层，如聚四氟乙烯涂层(Teflon)、类金刚石膜(DLC)等[16].

聚四氟乙烯(PTFE)具有相对较好的化学稳定性和非粘附性，是一种理想的固体自润滑材料[17]. 在硅烷偶联剂表面改性的Ti Ni合金表面上，邵玶等[18]利用了浸涂法制备出的环氧树脂/聚四氟乙烯涂层，试验结果显示，这种涂层既能有效地抑止住Ni离子从TiNi合金中的析出，又具备良好的生物相容特性(如图3所示). Giampietro等[19]研究了Teflon涂层对正畸滑动摩擦力的影响. 其研究结果显示(如图4所示)，不论弓丝尺寸、材质，托槽设计等如何改变，Teflon涂层都能够有效降低弓丝与托槽之间的摩擦力(P＜0.01).

  

Fig.3 The 3D simulation model of PTFE[18]图3 PTFE的3D仿真球棍模型[18]

类金刚石(DLC)膜是一种各向同性、亚稳态的非晶碳材料，主要有SP 2，SP3和H三相成分[20]. 由于具有类似于金刚石的高弹性模量和高硬度等优异的耐磨擦性能，以及良好的化学惰性，DLC膜在口腔正畸中引起了大量的研究. 黄世友等[21]在不锈钢材质的弓丝表面上成功制备了类金刚石膜，通过体外试验证明，制备在不锈钢弓丝表面上的类金刚石膜既可显著地减少摩擦带来的磨损，也对人体的牙周膜细胞产生了良好的生物相容性和很好的抵抗变形链球菌粘附的能力，这些优点使得它成为一种理想的生物医学材料.在奥氏体不锈钢弓丝表面上，马俊青等[22]采用等离子体增强化学气相沉积技术制备了类金刚石薄膜，并且利用盐浴氮碳共渗技术对制备后的不锈钢弓丝进行了表面硬化处理. 研究结果表明，表面覆有纳米类金刚石薄膜的不锈钢弓丝的摩擦系数有所降低，而生物学性能有所提高. 氮碳共渗弓丝的摩擦性能提高的同时，这种类型弓丝的耐腐蚀性却有所下降. Shun等[23]通过对正畸托槽进行了DLC膜涂层处理，采用两种不同尺寸的不锈钢弓丝和钛钼合金弓丝，在干、湿条件下测定了托槽与弓丝之间的静摩擦力. 研究结果(如图5所示)表明，这种DLC膜涂层可以明显降低托槽与正畸弓丝之间的摩擦力.

  

Fig.4 Comparison of frictional forces between uncoated and Teflon-coated archwires[19]图4 Teflon涂层对弓丝摩擦力的影响[19]

2.1.3 托槽的设计

两位女生进去了，还不到五分钟便一个个垂头丧气，耷拉着脸出来了。前面二个男生也进去了，一个垂着头出来了，一个趾高气扬地出来，望了望还在等着的殷明，露出一种蔑视的笑，走了。殷明看着他的这副表情，不禁紧张起来。轮到他了！

传动直丝弓矫治器在普通直丝弓托槽及Tip Edge托槽的基础上增加了尖牙托槽的宽度[27–28]，增设了对角斜槽沟，有利于尖牙倾斜移动，既消除了结扎摩擦力，又能较大范围地增加槽沟的低摩擦力被动状态.

通过在传统的托槽上增设单独的主翼和侧翼就形成了低摩擦轻力矫治器(简称LF矫治器). 这种设计方法可以使得弓丝在托槽沟中摩擦很小，减少了矫治过程中患者的疼痛感和不适感，也缩短了临床的矫治时间，进而降低了正畸矫治对于支抗的要求[29].

可调式自锁托槽矫治器的顶盖上带有一个可以调节摩擦力的装置，如图6所示，主要由顶盖、基座、夹片、螺套、垫片、轴六部分组成. 其作用原理是通过上升或下降调控装置内的垫片与槽沟内弓丝的接触面积从而调节摩擦力的大小[30]. 这种自锁托槽可以在没有强大的咀嚼肌和阻断牙周血管供应的情况下产生了生理和谐的牙齿移动，这将会使更多的牙槽骨生成，更大数量的扩张，从而有可能减小患者前牙唇倾和拔牙的风险 [31].

2.1.4 结扎方式

首先是要准确定位政策性农业保险。我国虽然有相关条例和规定体现了国家对农业保险的重视，但是对于长期发展规划定位并不明确，在一些细节问题还是存在很多的问题，这些问题都会影响农业保险的未来发展。所以，政府要尽快制定符合我国农业保险发展现状和地区特点的相关法律制度建设、明确政策性保险的经营原则、目的和定位。通过完善的法律制度规划，扭转目前的农业保险发展的不利局面。

Drescher等[7]和Bhushan等[8]曾研究发现弓丝的摩擦力与其尺寸呈正相关. 经体外试验证明，同样材质的弓丝尺寸越小，形成的摩擦力也越低. 随着弓丝尺寸的增大，弓丝摩擦力也呈上升趋势. 弓丝的尺寸越大，其与托槽的接触面积就越多，产生的摩擦力也就越大.

  

Fig.5 Static friction force for non-coated and DLC-coated brackets with different wires and angulation values[23]图5 DLC膜涂层对正畸摩擦力的影响[23]

  

Fig.6 Sketch of FAS self-ligating brackets[30]图6 可调式自锁托槽矫治器示意图[30]

  

Fig.7 Orthodontic ligation: (a) steel; (b) elastic; (c) slideTM[32]图7 正畸矫治结扎方式：(a) 结扎丝；(b) 橡皮圈；(c) 自锁托槽[32]

Thorstenson等[5]的研究表明弓丝的尺寸、托槽宽度及其接触角的设计与正畸过程中产生的摩擦力具有一定的相关性. 如图2所示，弓丝与托槽之间的夹角又称为二者间的接触角，也就是说，牙齿在矫正滑动时引起的倾斜槽沟与参与矫正的弓丝之间接触而形成的角. 研究发现，托槽与弓丝间产生的摩擦力和托槽与弓丝之间的夹角成正比，即夹角越小摩擦力就越小[31]. Banaie等[6]的研究发现，当弓丝与托槽角度接近于0°时，方丝产生的静、滑动摩擦力大于圆丝；当弓丝与托槽的接触角大于0°时，圆丝产生的静、滑动摩擦力均会大于方丝.

唾液对金属和橡胶都会有水解腐蚀作用. 对于弹力结扎圈而言，唾液的水解作用对它的摩擦力影响非常明显[44]. 因为随着时间的推移，弹力结扎圈在唾液的水解作用下会发生永久性变形，进而其弹力会逐渐衰减，这样，它本身的摩擦力也就降低了.

婚礼乱成一锅粥，我在一旁咯咯大笑，老爹涨红了脸给了我一巴掌，我无所谓，摸着脸回家喜滋滋地说给我妈听，我妈却甩了我另一边脸一巴掌，两颊整齐地肿成一朵花。

摩擦定律表明不同的滑动速度有可能引起不同程度的摩擦力. 牙齿移动的速率通常为1 mm/month，也就是说平均近似2.3×10–5 mm/min. 相关研究结果表明[36]，当弓丝沿托槽槽沟滑动的速度接近牙移动速度时，托槽与弓丝间固有的摩擦力大小基本不变. 而当弓丝的滑动速度达到5×10–7 mm/min时，不论是静摩擦力还是滑动摩擦力都会显著增大，如图8所示. 因此，把弓丝滑动速度控制在一定范围内对控制正畸矫治中的摩擦力具有重要的意义.

2.2 生物因素

由于唾液、获得性膜、菌斑和牙齿及其相关的支持组织的存在，以及相应的牙齿咀嚼运动、咬合力和人体口内的温湿度的变化，使得口腔内形成了一个相对复杂的生态环境，这些因素同样会对正畸摩擦力造成一定影响.

2.2.1 唾液

2.2.2 菌斑和获得性膜

唾液是口腔环境的重要组成，是一种富含黏蛋白、淀粉酶、钠、钾等成分的极性液体[37]. 在正畸牙移动的过程中，托槽与弓丝的相互滑动始终在唾液中进行，因此当机械因素恒定不变时，唾液对托槽-弓丝-结扎丝结构的摩擦力有重要影响. 然而以往有关唾液对正畸摩擦力影响的研究结果并不一致，具体如下：

a. 润滑作用、黏附作用

唾液等生物润滑剂对正畸摩擦力的影响往往是润滑和粘附的双重影响. Dridi等[38]研究发现，对比于干燥环境，唾液等润滑剂可以有效降低弓丝与托槽间的摩擦力(图9所示). 唾液可以有效填充弓丝、托槽表面的不规则间隙，降低其表面粗糙度. 同时唾液薄膜减弱了弓丝、托槽的直接接触，降低了接触面的强度[39]，从而可以降低弓丝与托槽间的摩擦力.

  

Fig.8 Influence of sliding speed on friction force[36]图8 滑动速度对摩擦力的影响[36]

  

Fig.9 Effect of bio-lubricants on friction force[38]图9 生物润滑剂对摩擦力的影响[38]

但也有研究指出唾液会粘附于弓丝与托槽之间从而会增大摩擦力. 张玉华等[40]研究发现在150 g和300 g结扎力下，唾液增大了托槽-弓丝-结扎丝结构的摩擦力. Thorstenson等[41]认为唾液增加正畸摩擦力的原因可能是唾液中的黏蛋白等极性分子增加了弓丝与托槽间黏性或引力；其次唾液中的纤维素成分黏附于弓丝表面就会快速干燥，增加了弓丝表面的粗糙度.

b. 温度、时间、pH值

再次，不要简单地把培训证书的多少和阿姨的等级、工资直接对应，要淡化阿姨对证书的关注。阿姨参加了某些培训，只是说明她有过相关学习经历，并不代表她的服务水平。而在实际工作中，雇主的体验很大程度上并不取决于阿姨参加了多少培训，取得了多少证书。所以，不能简单地规定阿姨取得多少证书就能够评上什么级别，就能取得多高的工资。这样简单的对应，会让阿姨忽略了对雇主的服务体验而一味追求和吹嘘自己的培训证书有多少。

Burstone等[42]研究发现，弓丝在22～60 ℃之间的机械性能变化是最小的，但是并没有指出温度的持续时间. 对于正畸治疗而言，研究弓丝在带有体温的潮湿环境中的作用时间通常是非常重要的. Aretha等[43]研究发现，托槽和弓丝会随着矫正治疗时间的延长而产生降解，使得口腔内的pH值发生变化，此时，托槽和弓丝的机械性能都会减弱，摩擦力就可能会随之增加.

c. 水解腐蚀作用

2.1.5 滑动速度

每个故事都是旅行故事，都是空间的实践。一个人因为突如其来的遭遇来到一片全然陌生的地域，在经历矛盾纠结的自我否定之后，更开放地迎接全新的人生之旅，更具有同理心地去理解异质文化的诸多内容，如此，一个人空间地域的转换也是一个人自身生命之旅的主体迁徙。跨族群、跨地域、跨文化的故事书写往往都是借助于空间旅行得以启动，而其中的孤独漂移意味着不可避免地沉浮在讲述故事的人与异质、具有多重建构的他者之间。

而唾液对金属的腐蚀作用主要与唾液流速有关[45].通常，唾液流速为2～3 mL/min. 唾液流量的逐步减少使得唾液的侵袭性会逐渐增强，同时，弓丝表面形成的腐蚀性凹陷客观上证明了金属的腐蚀性的存在，并且这种粗糙度的不断加剧使得矫正器本身的摩擦力增加.

通过对矫治器进行改良设计往往可以降低托槽与弓丝间摩擦力，以达到轻力矫治的效果[24–26].

19.紧扣重要时间节点开展集中宣传。鼓励探索重要节点开展法治宣传的新模式，充分利用“4·26”知识产权日、宪法宣传周等时间点，选取民营企业关注的法律法规或法律热点问题，集中开展大型的普法宣传活动，借助重要节点影响力进一步提升普法效果，提高工作覆盖面，传播法律知识，弘扬法治精神。

矫治器在患者口内进行正畸矫正过程中产生的摩擦力大小，还与牙齿表面的菌斑、获得性膜、患者本人的口内环境卫生等因素有关系. Pacheco等[46–47]研究发现在口腔内使用正畸矫治器8周，正畸弓丝上就有菌斑生物膜的沉积. 弓丝表面的物理属性受到了由菌斑等形成的微晶沉淀体等不可逆物质的影响，使得弓丝表面的粗糙度发生变化，进而导致了弓丝与托槽之间的摩擦力数值的改变.

2.2.3 牙齿移动的方式

3.1 近年来我国老年肠道疾病的发生率不断上升，肠道检查日益普及，行结肠镜检查的老年便秘患者也逐年增加，清肠措施不断完善，清肠剂也越来越多，有效的清洁肠道是结肠镜检查成功的关键。肠道清洁度不佳，不仅影响肠镜检查操作，更重要的是遗漏病变［4］。

通常，正畸矫治力作用在牙齿上的位置和方向是不一样的，这使得牙齿以一系列“短距离”、“间跃”等间断性方式沿着弓丝进行移动，同时，接近牙齿的位置、移动方式和牙齿发生的倾斜量的不同又使得矫正过程中产生的摩擦力大小也不同. 这样，越靠近牙颈部处的矫治力就越接近牙齿本身的阻抗中心，矫治摩擦力也就越小[48].

2.2.4 生物抗力和咀嚼活动

人体本身的骨密度、年龄、牙根情况以及咬合关系等内部因素决定了正畸矫治中产生的生物抗力.Drescher等[49]研究发现，正畸矫治器本身所承受的正压力和摩擦力是随着生物抗力的增加而增加的；咀嚼运动使弓丝沿托槽槽沟或颊面管滑动更容易，可明显减小动摩擦力[50]. 同时，牙周膜对咀嚼运动有一定的缓冲作用，且随着正畸牙移动期间牙周间隙的增大进一步减少了正畸矫治过程中托槽与弓丝之间的摩擦力[51]. 也有学者认为在咬合力的作用下，弓丝与托槽基底间的摩擦力随着咬合力的增加而减少；弓丝与托槽翼间的摩擦力随着咬合力的增加而增大[52].

3 结束语

许多学者、专家都对正畸治疗过程中的摩擦力的影响因素作了相关试验以及研究分析，综合结论是影响正畸摩擦力的因素主要有机械因素和生物因素两个方面. 弓丝和托槽的大小形状、材质、表面粗糙度以及位置关系是影响正畸摩擦力的主要机械因素. 弓丝与托槽也会因不同结扎方式而产生不同的摩擦力. 同时，口腔内的唾液、菌斑以及牙齿的移动方式和咀嚼运动都会影响弓丝与托槽间的摩擦力. 但是应该认识到正畸摩擦力作为正畸生物力学中不可忽视的一部分，目前单一的试验条件无法模拟复杂的口腔环境，也就无法综合分析正畸摩擦力对矫治力的影响. 因此，总结现有的正畸摩擦力研究成果，并以此为基础，进一步改进试验条件，多角度综合分析正畸摩擦力，才能更好地为临床医师们提供理论基础以便他们寻找到有效地减少摩擦力的方法，进而帮助他们真正地理解和掌握在正畸临床中的摩擦学行为.

参 考 文 献

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