發布日期：2021-12-10 19:46:00
鈦及鈦合金材料是口腔正畸領域較常用的一類生物金屬材料。由于鈦金屬本身具有優良的特性，因此自從其進入口腔正畸領域以來就一直受到廣大臨床醫生的青睞，并且隨著研究的不斷深入，也使鈦及鈦合金材料在口腔領域中的應用有了突飛猛進的發展。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、國內外研究開發現狀、應用沿革以及其目前在口腔正畸臨床治療中的應用情況和存在的問題。
鈦是一種銀白色的過渡金屬，具有質量輕、強度高、抗腐蝕的特征，于1791年由William Gregor發現，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”。用這種合金制成預先確定的形狀，再經過定型處理后，在受外力變形時，有恢復到原有形態的趨勢。因其具有強大的“記憶”功能，這種合金目前已在許多領域得到應用，其在口腔正畸臨床中的應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
鎳鈦合金隨外環境（應力、溫度等）的變化，其內部金屬原子排列會發生變化，并會因此產生應力的變化，使得鎳鈦絲具有獨特的力學特征。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部原子排列與力學特性均不相同［1］ 。
普通型鎳鈦絲，又稱傳統型鎳鈦合金絲，為冷加工制成，在常溫下和口腔中均較穩定，在正畸治療中不會發生相變現象，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，弓絲加載后發生相變并恢復其原始形狀。即使應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。這種合金絲經過成型、加壓、熱處理、冷卻等過程制成固定的形狀，受外力發生變形，稍加熱便可恢復到原來的形狀。
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、傳統鎳鈦絲的2倍，其彈性介于不銹鋼與傳統鎳鈦絲之間。β鈦絲釋放力較不銹鋼絲柔和，回彈性較高［2］ 。與傳統的鎳鈦絲相比，β鈦絲具有能彎制成形、可焊接的優點。但其最大的缺點是摩擦系數較大（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，在拉伸或壓縮狀態下能夠產生比較柔和、穩定且持久的力量。其擁有極低的永久變形率，且力的衰減非常小，產生的力量符合臨床牙齒移動的需要，能 夠有效地使牙齒發生生理性移動，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：質輕、密度與人的骨密度相似、比強度（抗拉強度/密度）大、在-235 ~ 600 ℃的溫度內幾乎是所有金屬材料中比強度最高的。鈦的硬度
適中，延展性較好。鈦的熱傳導率低，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的變化，這樣有利于觀察鈦釘在骨中的位置及穩定情況。鈦沒有磁性，不會被磁化，因此在體內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，無致炎、致敏作用，這是其應用于醫療領域的主要原因。鈦植入骨內會形成骨整合，因此目前鈦正廣泛應用于臨床及口腔醫療中。但鈦的強度低、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用沿革
鈦及鈦合金憑借其優異的性能在醫用材料領域占有重要的一席。20世紀40年代初期，Bothe等將純鈦引入生物醫學領域，之后Leventhal證實了純鈦具有優異的生物相容性，后來Branemark將純鈦應用于口腔種植領域，從此，純鈦作為種植材料得到了廣泛的應用［5］ 。20世紀70年代后期，鈦合金作為外科修復材料被廣泛應用于臨床；20世紀80年代中期，鈦合金被列入國際生物材料標準，并在臨床上得到應用［6］ 。
學者們對鈦及鈦合金的研究已經邁進了3個時 代 。 第 1 個 時 代 ，醫 用 鈦 合 金 以 純 鈦 、Ti-6Al-4V 為代表；第 2 個時代，醫用鈦合金以Ti-5Al-2·5Fe 、Ti-5Al-2·5Sn為代表；目前，已經進入了第3個時代，即如何改進鈦合金，使其具有更低的彈性模量以及更加優異的生物相容性和力學相容性的新型醫用鈦合金時代［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。因其具有優異的形狀記憶效應而被廣泛應用于口腔醫學領域，特別是正畸臨床。目前，鎳鈦合金已成為口腔正畸領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用
3. 1 鎳鈦絲
鎳鈦絲因具有良好的適應性、高回彈力且能夠持續地釋放力，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，患者的飲食習慣、咀嚼習慣以及口腔內溫度的改變等［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調整階段的理想材料。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鈦絲完全進入托槽槽溝時所產生的力值和橫截面較小的不銹鋼絲所產生的力值相等，而如果產生相等的力時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，尤其是轉矩的控制［10］ 。但β鈦絲存在一個較大的缺點即摩擦系數大。它幾乎比所有其他正畸合金絲的摩擦系數都大，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良的力學裝置，它所產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發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大的優勢，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，提供強大而穩定的骨支抗，對牙體、牙周均無損傷［12］ ；（3）鈦釘在口腔內暴露的體積小，表面光滑，異物感小，不影響口腔衛生的保持［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骨；而助攻式鈦釘需要在植入前先用配套的鉆在密質骨上備洞，再植入鈦釘。前者操作比較簡單，旋入速度慢，幾乎不會產生熱量，因此不會引起周圍骨組織壞死，當觸及牙根時，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，在骨皮質較厚的區域植入難度較大。后者在使用時，需先備洞，備洞時產生的高溫可能引起鈦釘周圍骨組織壞死甚至損傷牙根。應采取相應的預防措施和處理方法來避免功能期種植釘可能引起的并發癥。比如，術前應進行影像評估，以避免種植釘損傷牙根、下牙槽神經及恒牙胚等組織；囑患者按時復診并進行術后的口腔衛生宣教，以避免種植體周圍炎的發生 ［14］ 。另外，在鈦釘頂端加以盤狀結構的改良，可有效改善種植釘被口腔軟組織包裹的問題。
鈦板在正畸中的應用主要是手術病例術后的堅強內固定。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力屏障，有利于骨折的愈合，可永久保留于體內，無不良反應，無須取出［15］ 。
影響鈦釘和鈦板術后成功與否的關鍵是其能否達到穩定的效果，能否達到穩定的關鍵在于鈦釘和鈦板與骨結合的情況，醫學稱之為骨整合。 影響骨整合的主要因素如下。
（1）種植釘的設計。為了實現種植支抗成功達到穩定的效果，目前的種植釘在設計和工藝上有了許多改進，主要是種植釘的表面處理，包括：①表面涂層。目前有利于種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 涂層可增加種植釘的穩定性；另一種材料唑來膦酸鈉（ZOL），可抑制破骨細胞、促進成骨細胞形成，從而促進骨組織的形成。
ZOL 是一種引導骨再生的材料，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，從而更好地引導骨再生，使種植體與骨形成骨結合［16］ 。②陽極氧化法。其是一種電化學處理方法，將增加種植釘的鈦氧厚度和粗糙度［17］ 。陽極氧化表面處理的種植釘耐腐蝕性較自然氧化的高。經陽極氧化法處理的種植釘，在電鏡下表現出凸凹不平、微管狀結構，這些結構能夠影響蛋白質的凝聚，改變細胞的活動；可增加成骨細胞的滲入，提高骨結合能力，并可促進種植釘周圍骨質的早期成熟［18］ 。
（2）加載時機。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，提高了種植釘的機械穩定性［19］ 。
（3）種植釘的植入角度。種植釘的植入角度對骨結合及穩定性無明顯的影響［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松動或移位［22］ 。然而，種植釘并不需要達到完全的骨整合。Gary等［23］ 認為，在正畸治療中所使用的種植鈦釘不一定要達到骨整合；Park［24］ 認為，微型種植釘的穩定是來自于種植釘與骨的鎖結，而不是骨整合，雖然種植釘與骨之間或多或少存在著骨結合，然而，正畸微種植釘需要大量的骨整合來達到穩定是被質疑的，完全的骨結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］ 在動物實驗中發現，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、結語
鈦及鈦合金材料憑借其獨特的優良特性和豐富的來源，已成為口腔醫學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關乎口腔醫學的進步與發展，同時也對口腔正畸學的革新和突破有著深遠影響。
參考文獻
［1］曾祥龍. 鎳鈦合金弓絲［J］. 口腔正畸學，2001，8（1）：39-43.
［2］郭天文. 口腔科用鈦理論和技術［M］. 北京：人民軍醫出版社，2005：162-165.
［3］ 于振濤，周廉，王克光. 生物醫用型β型鈦合金的設計與開發［J］. 稀有金屬快報，2004，23（1）：5-10.
［4］王邦康，程小林，成鸞翔. 中國Ni-Ti螺旋彈簧的實驗分析和臨床應用［J］. 現代口腔醫學雜志，1993，7（3）：146-148.
［5］寧聰琴，周玉. 醫用鈦合金的發展及研究現狀［J］. 材料科學與工藝，2002，10（1）：100-106.
［6］朱永鋒，王立強，楊乎. β鈦合金研究進展及其在骨科中的應用前景［J］. 生物骨科材料與臨床研究，2008，8（4）：25-28.
［7］張玉梅. 鈦及鈦合金在口腔科應用的研究方向［J］. 生物醫學工程學雜志，2000，17（2）：206-208.
［8］任超超，白玉興，王紅梅，等. 鎳鈦矯正弓絲機械性能隨臨床使用時間變化的研究［J］. 北京口腔醫學，2008，16（2）：87-90.
［9］李興，楊凱，張穎. Beta-鈦與鎳鈦、不銹鋼正畸弓絲合金成分、表面形貌以及力學性能的對比研究［J］. 實用口腔醫學雜志，2012，28（1）：5-9.
［10］ 雷瓊，陳燕. 鎳鈦拉簧及橡皮鏈遠中移動尖牙的療效觀察［J］. 四川醫學，2011，32（12）：1912-1914.
［11］高嵐，查元坤，李諄. 快速螺釘頜間固定的臨床應用研究［J］.口腔頜面外科雜志，2004，14（4）：348-349.
［12］劉洪泉，祁建春，祁智勤. 牽引釘在頜間固定的臨床應用研究［J］. 現代口腔醫學雜志，2007，21（1）：102-104.
［13］ 王紅，吳夢，程瑋. 頜間牽引鈦釘在頜骨骨折中的臨床應用［J］. 東南國防醫藥，2011，13（6）：512-513.
［14］盧宗瓊，盧爽，余小偉. 口腔正畸自攻微鈦釘種植支抗功能期的護理［J］. 長江大學學報自然科學版（醫學），2012，9（8）：25-26.
［15］方美珍，宋萌. 頜面部骨折治療方法的臨床療效分析［J］. 口腔醫學，2000，20（2）：90-91.
［16］梁永強，靳芳芳，徐江. 不同表面涂層對兔微種植體支抗穩定性的影響［J］. 中國煤炭工業醫學雜志，2011，14（12）：1818-1820.
［17］ Uemura M，Motoyoshi M，Yano S，et al. Orthodontic mini-im⁃plant stability and the ratio of pilot hole implant diameter［J］.Eur J Orthod，2012，34（1）：52-56.
［18］陳巖，趙文婷，詠梅. 正畸微種植體表面陽極氧化處理對周圍骨組織的影響［J］. 中華口腔正畸學雜志，2012，19（3）：149-151.
［19］馬俊青，王林，張衛兵，等. 微型支抗種植體即刻加載的組織學研究［J］. 口腔醫學，2005，25（5）：267-269.
［20］趙弘，劉洪臣，顧曉明. 微型種植釘增強正畸支抗的臨床穩定性研究及相關危險因素分析［J］. 口腔頜面修復學雜志，2009，10（3）：173-176.
［21］ Park HS，Jeong SH，Kwon OW. Factors affecting the clinicalsuccess of screw implants used as orthodontic anchorage［J］.Am J Orthod Dentofacial Orthop，2006，130（1）：18-25.
［22］ 譚宇，王潔麗，楊正，等. 增齡因素對微鈦釘周圍骨組織RANKL mRNA 表達的影響［J］. 重慶醫學，2011，40（31）：3171-3173.
［23］Gary JB，Steen ME，King GJ，et al. Studies on the efficacy of im⁃plants as orthodontic anchorage［J］. Am J Orthod，1983，83（4）：311-317.
［24］ Park HS. The skeletal cortical anchorage using titanium micro⁃screw implants［J］. Korean J Orthod，1999，29：699-706.
［25］ Roberts WE，Smith RK，Ziberman Y，et al. Osseous adaptationto continuous loading of rigid endosseous implants［J］. Am JOrthod，1984，86（2）：95-111.
［26］ Deguchi T，Takano-Yamamoto T，Kanomi R，et al. The use ofsmall titanium screws for orthodontic anchorage［J］. J DentRes，2003，82（5）：377-381.