LF托槽与传统四翼托槽最大静摩擦力特性的比较

LF托槽与传统四翼托槽最大静摩擦力特性的比较
印明晶;侯录;张令波;徐实谦
【摘要】背景:LF托槽是一种新型六翼托槽,相较传统四翼托槽具有多种结扎方式的特点,提示其摩擦力特性可能具备多样性.目的:观察干湿两种条件下LF托槽相对于传统四翼托槽所表现的摩擦力特点.方法:利用扫描电镜观察不锈钢方丝的表面形貌,根据其特征确定方丝拉拔方向,再据此设定在摩擦力试验阶段不锈钢方丝的运行方向.在干湿两种条件下,按照析因设计方案分别测试结扎主翼、结扎全部翼两种结扎方式下的LF托槽、传统四翼托槽与不锈钢方丝以及圆丝组合时的摩擦力大小.结果与结论:与传统四翼托槽相比,LF托槽结扎主翼时最大静摩擦力显著减小,结扎全部六翼时最大静摩擦力显著增加.传统四翼托槽与LF托槽湿润条件下的最大静摩擦力均高于干燥条件下的最大静摩擦力(P < 0.05).不锈钢方丝的最大静摩擦力显著大于不锈钢圆丝(P < 0.05).表明LF托槽具有灵活的摩擦力特性,采用不同结扎方式可提供不同大小的摩擦力.这提示主翼结扎方式下的LF托槽可以用于滑动法关闭间隙阶段,六翼结扎方式下的LF托槽可用于牙齿位置的精确调整.%BACKGROUND: Compared with traditional brackets, LF brackets have potential of various friction characteristics because e oftheir different ligating methods. But report about it is insufficient.OBJECTIVE: To study the friction a I characteristics of LF bracket when it is sliding along an archwire compared with regularfourwings bracket in dry and wet state.METHODS: The surface states of the stainless steel rectangular archwires were observed with scanning electronic microscope inorder to determine the drawing direction when they were manufactured. In dry and artificial saliva environment the friction wasme as ured by XF- I testing machine according to the drawing
direction. All factors and levels were completely combinedaccording to factorial designs, including environment, bracket, archwire.RESULTSAHD CONCLUSION: Comparedwith the regularfour wings brackets, the friction of the LF bracket was lower whenthe main wings were ligated, but higher when all the six wings were ligated. The friction in wet state was higher than that in drystate (P < 0.05). The friction of stainless steel rectangular archwires was higher than that of stainless steel round archwires (p<0.05). The results above indicate that different ligating methods of LF brackets may provide different frictions. The method ofligating the main wings of LF bracket can be applied in the process of space closure; and the method of ligating all the wings ofLF bracket can be applied in moving teeth to a certain position precisely.
【期刊名称】《中国组织工程研究》
【年(卷),期】2011(015)042
【总页数】4页(P7859-7862)
【关键词】四翼托槽;LF托槽;人工唾液;异向性;最大静摩擦力
【作者】印明晶;侯录;张令波;徐实谦
【作者单位】哈尔滨医科大学附属第三医院经纬医院口腔科,黑龙江省哈尔滨
市,150001;哈尔滨医科大学附属第二医院口腔科,黑龙江省哈尔滨市,150001;哈尔滨医科大学附属第二医院口腔科,黑龙江省哈尔滨市,150001;哈尔滨工业大学材料学院,黑龙江省哈尔滨市,150001
【正文语种】中文
【中图分类】R318
0 引言
LF托槽是一种新型托槽，其结构特点为具有6个翼，中间为主翼，两侧为侧翼，在主翼与侧翼之间设计了1个辅助的结扎沟，所以可单独结扎主翼、侧翼，也可以结扎全部翼[1]。

当选择主翼结扎方式时，与被动自锁托槽的结构类似[2]；当选择六翼结扎时，则相当于传统的结扎方式。

LF托槽具有多种结扎方式的特点，提示它的摩擦力特性可能具备多样性。

目前，针对传统托槽在干燥条件及唾液环境下的摩擦力特性研究较多，但唾液环境对摩擦力的影响尚存争议[3-4]。

关于LF托槽的摩擦力研究的相对较少[5-6]，且相关测量多在干燥条件下开展[7]。

由于临床上托槽应用于口腔的唾液环境，为了更进一步研究LF托槽的摩擦力特性，实验对比了主翼结扎下的LF托槽、六翼结扎的LF托槽以及传统四翼托槽“3种”托槽，分别与不同的不锈钢弓丝组合、并利用弹力结扎圈将二者结扎，在干湿两种条件下的摩擦力特性，为它的临床应用提供一定的参考。

实验由微观实验与最大静摩擦力测量实验组成。

微观实验用于排除弓丝差异(弓丝材质差异与方丝表面异向性[8])对最大静摩擦力的影响。

最大静摩擦力测量实验用于测量上述各组合条件下托槽与弓丝之间的最大静摩擦力。

1 材料和方法
设计：体外对比观测实验。

时间及地点：于2009年在哈医大二院口腔正畸科实验室完成。

材料：
材料来源LF六翼托槽、传统四翼托槽杭州奥杰医疗器材公司0.019×0.025英寸
的不绣钢方丝、0.018英寸的不锈钢圆丝美国TP公司弹力橡皮结扎圈美国3M
公司人工唾液解放军第四军医大学药剂科
仪器：
仪器来源XF-Ⅰ型摩擦力测试仪哈工大与哈医大联合研制Fluke190型示波器
美国Fluke公司SN4600型扫描电镜日本日立公司
实验方法：采用析因设计的方差分析。

各因素各水平完全组合，每个组合测量3次，每次更换新的组件。

环境、托槽、弓丝以及结扎方式实验水平：
因素水平环境托槽弓丝1 干燥 LF1托槽(主翼结扎的LF托槽)方丝2 唾液
LF2托槽(六翼结扎的LF托槽)圆丝3 传统四翼托槽
微观实验：首先对托槽与弓丝做EDX能谱分析，以排除材质差异。

然后将方丝标
记好方向，每根截取3 cm长的一段。

通过SEM扫描电镜，在不同的放大倍率下
观察方丝的表面形貌，分析其表面异向性，确定方丝在最大静摩擦力测量实验中的拉拔方向。

干燥条件下的摩擦力测试：实验材料清洁吹干后，将托槽黏着于摩擦力测试仪的模拟牙定位装置上，然后将一端弯有90°角的弓丝固定于拉式传感器上，并将弓丝嵌入托槽内，采用弹力橡皮圈结扎。

以1.2 mm/min的速度拉动弓丝，时程为30 s。

由Fluke-190型示波器采集数据，记录表征摩擦力的V-T的曲线。

湿润条件下的摩擦力测试：按照干燥条件下的实验方法进行摩擦力测试。

在实验全程，用精密输液器提供流速为2.0～3.0 mL/min的人工唾液，使托槽与弓丝接触
区域处于人工唾液环境。

主要观察指标：托槽与弓丝的能谱，方丝的表面形貌，托槽与弓丝之间的最大静摩擦力。

统计学分析：采用SPSS 13.0统计分析软件完成。

不同因素对摩擦力的影响采用
析因设计的方差分析的方法，对于水平数大于2的因素(托槽)采用LSD方法进行
两两比较，以P ＜ 0.05为差异有显著性意义。

2 结果
2.1 微观实验结果弓丝表面形貌电镜观察图，见图1所示，裂纹的起始端较窄，
且呈现出前端低后端高的特征。

Figure 1 Scanning electron micrograph of the archwire surface (×8 000)图
1 弓丝表面电镜图(×8 000)
在扫描电镜下亮度可以表示材料表面的高低形貌，颜色越亮表示表面突起越高。

据此，可判断每根方丝的加工时的拉拔方向，并参照此方向确定实验测量时的方丝运动方向。

EDX能谱分析结果显示，实验所用方丝、圆丝均属于1Cr18Ni9型不锈钢。

图2，3分别为方丝与圆丝的EDX能谱分析结果。

Figure 2 EDX spectrum analysis chart of stainless steel rectangular archwires图2 不锈钢方丝EDX能谱分析图
Figure 3 EDX spectrum analysis chart of stainless steel round archwires图3 不锈钢圆丝EDX能谱分析图
2.2 摩擦力实验结果图4所示为示波器记录的摩擦力测量曲线。

其中第1个峰值
为最大静摩擦力值所对应的电压值。

电压值与力值对应关系为：1 V相当于10 kg。

Figure 4 Results of the friction test图4 摩擦力测量结果
2.3 统计分析结果表1为各种组合下的摩擦力描述结果。

表1 不同组合下的摩擦力描述Table 1 Friction of different combinationsEnvironment Bracket Archwire ±s Dry LF2 Rectangular 217.73±74.98 Dry LF2 Round 83.07±24.79 Dry Four wings Rectangular 164.97±28.30 Dry Four wings Round 98.50±11.23 Dry LF1 Rectangular
54.20±7.55 Dry LF1 Round 18.10±12.32 Wet LF2 Rectangular
290.80±86.60 Wet LF2 Round 135.67±5.83 Wet Four wings Rectangular 194.47±33.72 Wet Four wings Round 101.20±19.12 Wet LF1 Rectangular 54.43±20.03 Wet LF1 Round 22.63±11.16
表2为析因设计方差分析结果。

可见，环境、托槽、弓丝对摩擦力的影响均有统计学意义，且托槽与弓丝之间存在明显交互作用。

由表3不同托槽类型的LSD两两比较分析可知，不同托槽类型之间均存在差异，其摩擦力从大到小依次为：六翼结扎的LF托槽，四翼托槽，主翼结扎的LF托槽。

表2 析因设计方差分析结果Table 2 Result of factorial experiment analysisVariation source Sum of squares Degree of freedom Mean square F P Environment 6 612.40 1 6 612.40 4.690.041 Bracket 132 536.49 2 66 268.24 46.960.000 Archwire 66 934.31 1 66 934.31 47.430.000 Environment＊Bracket 6 026.3523 013.182.140.140 Environment＊Archwire 0.330.573 Bracket＊Archwire 18 647.57 2 9 323.79 6.610.005 Error 33 867.91 24 1 411.63 461.531461.53
表3 不同托槽两两比较结果Table 3 Result of multiple comparison between differentbracketWhen the results of LSD-t comparison correspond the same letter, it means there is no significant difference between groups; on the contrary,when the results correspond a different letter, it means there is significant difference between groupsBracket ±s The result of LSD-t comparison LF2 bracket 114.30±65.40 A Four wings bracket 93.78±33.68
B LF1 bracket 22.43±14.20 C
3 讨论
3.1 LF托槽的摩擦力特性 LF托槽结扎主翼时，结扎丝与弓丝之间分离，从而形成
了一个类似管状的结构，从而能够减小弓丝与托槽之间的摩擦力；而若主翼和两侧的侧翼同时结扎，则类似传统托槽的结扎方式，此时结扎丝从侧翼的外侧与托槽接触，对弓丝产生一定的压力。

由于LF托槽全部翼的周长要大于传统四翼托槽全部翼的周长，而实验中所用的结扎圈的周长是一定的，由此造成LF托槽紧结扎时弓丝与托槽间压力大于传统四翼托槽，根据以往研究，摩擦力与结扎压力成正比[9]，所以其摩擦力大于传统托槽。

在直丝弓矫治中，有时需要摩擦力尽可能小，如采用滑动法关闭拔牙间隙时，后牙段摩擦力越小越好，应尽量减小摩擦力，在此阶段可以采取LF托槽主翼结扎的方式，这样临床医生施加的较小矫治力就可产生同样的临床效果。

同时，轻的矫治力能使牙周膜在改建时保持充足的血供，减少坏死的透明样变区，使受压侧牙槽骨更早开始吸收，因此牙齿移动也更快[10]，患者的疼痛等感觉也可明显减轻[11]。

而在需要对牙齿进行转矩控制、支抗牙或者使用闭隙曲时，需要的摩擦力要足够大，采用六翼结扎可提供较大的摩擦力[12]。

LF托槽具有灵活的摩擦力特性。

采用不同结扎方式即可达到控制摩擦力的目的。

避免了被动自锁托槽虽可提供较低的摩擦力，但当需要较大摩擦力时却无法提供的弊端，更适合临床使用；与主动自锁托槽相比，LF托槽的使用方法简便，无需特
殊工具，此点又优于主动自锁托槽；而且LF托槽为国产，其成本比进口的自锁托槽明显降低，适合于中国国情，有利于在临床上的推广应用。

3.2 干湿条件对摩擦力的影响目前测量摩擦力的实验大多是在体外干燥条件下完
成的，而口腔为唾液环境，所以唾液条件下的摩擦力实验更有意义。

实验控制了人工唾液的流速，使其与口腔环境一致。

进一步模拟了口腔环境。

实验结果表明人工唾液条件下的摩擦力大于干燥条件下的摩擦力，差异有显著性意义。

与Stannard 等的研究结果相一致，人工唾液增大摩擦力的机制可能是：表面张力作用使唾液表现黏性特性；由于人工唾液中的纤维素成分黏附于弓丝表面，增加了其表面粗糙度，
而使摩擦力增大。

而使摩擦力增大但实验中所使用的唾液为人工唾液，其成分与人的唾液上尚存在一定差距，人的唾液对摩擦力的影响有待于进一步研究。

3.3 弓丝类型对摩擦力的影响实验采用了两种弓丝，其中0.019×0.025英寸的不绣钢方丝的摩擦力显著大于0.018英寸的不锈钢圆丝的摩擦力。

这与学者们以往的研究结果相符[13]。

3.4 实验中误差的控制摩擦力测试仪的精密度也是影响摩擦力测试的一个重要因素，本实验所使用的XF- 型摩擦力测试仪与传统的摩擦力测试装置相比有很多优点：它的动力传输系统稳定，电动机经过两次减速，使驱动器的速度控制在1.2 mm/min。

拉力传感器由四十九所研制，量程范围为±500 g，信号采集装置为FLUKE-190型示波器，对微小力值的变化非常敏感，每次可记录上万组数据，可以充分记录微小力值的变化，能准确记录测试的最大静摩擦力值。

不锈钢方丝的加工方式为拉拔加工，拉拔时弓丝表面会形成具有一定方向性的微裂纹[14]，当弓丝与托槽相对运动时，弓丝运行方向与拉拔方向同向组的摩擦力值小于异向组，且二者具有统计学差异[8]。

所以摩擦力实验中保证弓丝运行方向一致是必要的。

而对于圆丝，由于实验所用扫描电镜不能对其表面形貌进行检测，故未进行相关测试，目前尚无关于圆丝表面形貌对摩擦力存在影响的相关报道。

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