TiO2-xNy薄膜托槽的表面摩擦性能

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.47.014

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (47): 7621-7626.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.47.014

• 组织工程口腔材料 tissue-engineered oral materials • 上一篇下一篇

TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦性能

李娜¹，周海静¹，韩冰¹，张颖杰²，曹宝成3

1西北民族大学口腔医学院，甘肃省兰州市 730000
2兰州大学第一医院，甘肃省兰州市 730000
3兰州大学口腔医学院，甘肃省兰州市 730000

修回日期:2014-10-23 出版日期:2014-11-19 发布日期:2014-11-19
通讯作者: 曹宝成，博士，兰州大学口腔医学院，甘肃省兰州市 730000 并列通讯作者：周海静，教授，西北民族大学口腔医学院，甘肃省兰州市 730000
作者简介:李娜，女1981年生，甘肃省兰州市人，汉族，2011年兰州大学口腔医学院毕业，硕士，主要从事口腔功能材料研究。
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(31920130068)；中央高校基本科研业务费专项资金(31920130032)；甘肃省自然科学基金(1208RJZA236)；西北民族大学科研创新团队项目(xbmzcxtd-2011-1)

Friction properties of orthodontic brackets coated with TiO_2-xN_y

Li Na¹, Zhou Hai-jing¹, Han Bing¹, Zhang Ying-jie², Cao Bao-cheng³

1College of Stomatology, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
2First Affiliated Hospital of Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
3College of Stomatology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China

Revised:2014-10-23 Online:2014-11-19 Published:2014-11-19
Contact: Cao Bao-cheng, M.D., College of Stomatology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China Corresponding author: Zhou Hai-jing, Professor, College of Stomatology, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
About author:Li Na, Master, College of Stomatology, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
Supported by:
the Fundamental Research Funds for the Central Universities, No. 31920130068, 31920130032; the Natural Science Foundation of Gansu Province, No. 1208RJZA236; the Scientific Innovation Team Program of Northwest University for Nationalities, No. xbmzcxtd-2011-1

摘要/Abstract

摘要：

背景：课题组前期开发的TiO_2-xN_y薄膜托槽具有优异的抗菌性能和生物安全性能。
目的：考察TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦性能。
方法：采用射频磁控溅射制备TiO_2-xN_y薄膜托槽(0.022″)，用X射线衍射、扫描电镜等方法表征托槽表面的理化性能。分别检测金属MBT直丝弓托槽、TiO_2-xN_y薄膜托槽与镍钛圆丝0.012、0.014、0.016间的最大静摩擦系数及动摩擦系数。
结果与结论：TiO_2-xN_y薄膜托槽表面为锐钛矿结构特征峰，表面光洁均匀，致密且结晶度好。干燥状态下，TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数和动摩擦系数均小于金属MBT直丝弓托槽；湿润状态下，TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数和动摩擦系数均小于金属MBT直丝弓托槽，但差异无显著性意义。表明纳米TiO_2-xN_y薄膜减少了托槽和弓丝间的摩擦力，为降低牙齿移动过程中摩擦力提供了新的方向。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

关键词: 生物材料, 口腔生物材料, 纳米TiO_2-xN_y, 金属MBT直丝弓托槽, TiO_2-xN_y薄膜托槽, 摩擦系数, 甘肃省自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: In previous experiments, TiO_2-xN_y-coated bracket has been confirmed to have excellent antibacterial properties and biological safety performance.
OBJECTIVE: To study the friction properties of orthodontic brackets coated with TiO_2-xN_yfilm.
METHODS: TiO_2-xN_yfilm was prepared by radiofrequency magnetron sputtering on MBT bracket (0.022″). The TiO_2-xN_y-coated brackets were analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy observations. The coefficient of static friction and coefficient of kinetic friction between the wires (0.012″, 0.014″, 0.016″) and orthodontic brackets were calculated.
RESULTS AND CONCLUSION: TiO_2-xN_yfilm on the bracket was of anatase structure, which was compact and had good crystallinity. Under dry condition, the coefficient of static friction and kinetic friction of the brackets coated with TiO_2-xN_ywere less than those of ordinary brackets; under wet condition, the coefficients of static friction and kinetic friction of the brackets coated with TiO_2-xN_ywere less than those of ordinary brackets, but the difference was not statistically significant. Nano-TiO_2-xN_yfilm can reduce the friction between bracket and archwire, which will offer a novel opportunity to significantly reduce the friction during tooth movement.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

Key words: nanoparticles, friction, orthodontic extrusion

中图分类号:

R318

李娜，周海静，韩冰，张颖杰，曹宝成. TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦性能[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(47): 7621-7626.

Li Na, Zhou Hai-jing, Han Bing, Zhang Ying-jie, Cao Bao-cheng. Friction properties of orthodontic brackets coated with TiO_2-xN_y[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(47): 7621-7626.

图/表（结果） 3

2.1 TiO_2-xN_y薄膜托槽样本表征 图2是TiO_2-xN_y薄膜托槽，表面呈现蓝绿色。托槽X射线衍射谱显示，相对于金属MBT直丝弓托槽，TiO_2-xN_y薄膜托槽表面出现了(101)和(004)面的衍射峰(图3A)，为锐钛矿相结构特征峰。根据谢乐(Scherrer)公式得到TiO_2-xN_y薄膜的平均粒径为30 nm。图3B是TiO_2-xN_y薄膜托槽扫描电镜图像，可见TiO_2-xN_y薄膜托槽表面光洁均匀，薄膜致密且结晶度好。

2.2 TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦性能 表1是3组弓丝在干燥状态和湿润状态下分别与普通托槽、TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数。方差分析结果显示：①干燥时，0.012″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽(P < 0.001)，0.014″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽(P < 0.001)，0.016″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽(P < 0.001)；普通托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的最大静摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001), TiO_2-xN_y薄膜托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的最大静摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001)。②湿润时，0.012″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽，但差异无显著性意义(P > 0.001)，0.014″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽，但差异无显著性意义(P > 0.001)， 0.016″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽，但差异无显著性意义(P > 0.001)；普通托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的最大静摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001)， TiO_2-xN_y薄膜托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的最大静摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001)。

干燥状态下，TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽(16.14%)(t=8.167，P=0)；湿润状态下，TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽(7.79%)，但差异无显著性意义(t=1.616，P=0.128)，见图4A。

表2是3组弓丝在干燥状态和湿润状态下分别与普通托槽、TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数。方差分析结果显示：①干燥时，0.012″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的最大静摩擦系数小于普通托槽(P < 0.001)，0.014″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数小于普通托槽(P < 0.001), 0.016″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数小于普通托槽(P < 0.001)；普通托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的动摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001)，TiO_2-xN_y薄膜托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的动摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001)。②湿润时，0.012″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数小于普通托槽，但差异无显著性意义(P > 0.001)，0.014″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数小于普通托槽，但差异无显著性意义(P > 0.001)， 0.016″弓丝与TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数小于普通托槽，但差异无显著性意义(P > 0.001)；普通托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的动摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001)，TiO_2-xN_y薄膜托槽与0.012″、0.014″、0.016″弓丝之间的动摩擦系数比较差异无显著性意义(P > 0.001)。

干燥状态下，TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数小于普通托槽(20.60%)(t=7.86，P=0)；湿润状态下，TiO_2-xN_y薄膜托槽的动摩擦系数都要小于普通托槽(7.94%)，但差异无显著性意义(t=1.707，P=0.110)，见图4B。

参考文献

[1] Bednar JR,Gruendeman GW,Sandrik JL.A comparative study of frictional forces between orthodontic brackets and arch wires.Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1991;100:513-522.
[2] Chen WX,Tu JP,Xu ZD,et al.Wear and friction of Ni-P electroless composite coating including inorganic fullerene-WS2 nanoparticles.Adv Eng Mater.2002;4:686-690.
[3] Castro RM,Neto PS,Horta MC,et al. Comparison of static friction with self-ligating, modified slot design and conventional brackets.J Appl Oral Sci.2013;21(4):314-319.
[4] Tidy DC.Frictional force in fixed appliance.Am J Orthod DentofacialOrthop. 1989;96:249-254.
[5] Monteiro MR,da Silva LE,Elias CN,et al.Frictional resistance of self-ligating versus conventional brackets in different bracket-archwire-angle combinations. J Appl Oral Sci. 2014; 22(3):228-234.
[6] Doshi UH,Bhad-Patil WA.Static frictional force and surface roughness of various bracket and wire combinations.Am J Orthod Dentofacial Orthop.2011;139:74-79.
[7] 黄世友.类金刚石膜应用于正畸托槽及弓丝生物学及摩擦性能的实验研究[D].第四军医大学,2013.
[8] Muguruma T,Iijima M,Brantley WA,et al.Frictional and mechanical properties of diamond-like carbon-coated orthodontic brackets.Eur J Orthod.2013;35(2):216-222.
[9] 王纵波,李志华.氮化钛涂层对托槽表面摩擦力影响的研究[J].中国实用口腔科杂志, 2009,2(6):364-365.
[10] 张晟,麦理想,柳大烈.纳米Ag/TiO2涂层托槽的研制及力学性能[J].中国组织工程研究,2012,16(38):7047-7052.
[11] 束嫘,付善民,史真,等.纳米TiO2陶瓷涂层托槽耐磨性研究[J].临床口腔医学杂志,2010,26(4):195-197.
[12] Liu B,Wang Y,Yin S,et al.TiO2/TiO2-xNy nanocomposite and its acetaldehyde photodecomposition ability.Res Chem Intermed. 2010;36:39-49.
[13] Cao B,Wang Y,Li N,et al.Preparation of an orthodontic bracket coated with an nitrogen-doped TiO2-xNy thin film and examination of its antimicrobial performance.Dent Materi J. 2013;3(2):311-316.
[14] 张颖杰,曹宝成,王育华,等.掺氮TiO2-xNx薄膜托槽的细胞相容性研究[J].材料导报,2011,26(6):70-74.
[15] 张旭,曹宝成,李娜,等.金属托槽表面TiO2-xNx薄膜的生物摩擦磨损性能研究[J].功能材料,2012,43(16):2235-2238.
[16] 张媛媛.不同弓丝一结扎方式摩擦力的实验研究[D].青岛大学, 2010.
[17] Morrier JJ.White spot lesions and orthodontic treatment, prevention and treatment.Orthod Fr.2014;85(3):235-244.
[18] Kusy RP,Whitley JQ.Friction between differentwire bracket configurations and materials.Semin Orthod. 1997;3(3): 166-177.
[19] Burrow SJ. Friction and resistance to sliding in orthodontics:A critical review.Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2009;135: 442-447.
[20] Cacciafesta V,Sfondrini MF,Ricciardi A,et al.Evaluation of friction of stainless steel and esthetic self - ligating brackets in various bracket- archwire combinations.Am J Orthod Dentofacial Orthop.2003;124(4):395.
[21] 陈梦君,杨万泰,尹梅贞.纳米粒子的分类合成及其在生物领域的应用[J].化学进展,2012,24(12):2003-2014.
[22] Kachoei M,Eskandarinejad F,Divband B,et al.The effect of zinc oxide nanoparticles deposition for friction reduction on orthodontic wires. Dent Res J (Isfahan).2013;10(4):499-505.
[23] Borzabadi-Farahani A,Borzabadi E,Lynch E.Nanoparticles in orthodontics, a review of antimicrobial and anti-caries applications.Acta Odontol Scand. 2014;72(6):413-417.
[24] 束嫘,付善民,曹猛,等.纳米陶瓷涂层托槽的表征及力学性能研究[J].临床口腔医学杂志,2006,22(6):342-343.
[25] 张晟.纳米Ag/TiO2涂层托槽的研制及其抗菌性能研究[D].南方医科大学,2012.
[26] 周晨露.二氧化钛薄膜的制备及光催化性能的研究[D].西北大学, 2014.
[27] Thorstenson GA,Kusy RP.Effect of archwire size and material on the resistance to sliding of self-ligating brackets with second-order angulation in the dry state. Am J Orthod Dentofacial Orthop.2002;122(3):295-305．
[28] Cash A,Curtis R,Garrigia-Majo D,et al.A comparative study of the static and kinetic frictional resistance of titanium molybdenum alloy arehwires in stainless steel brackets.Eur J Orthod.2004;26(1):105-111.
[29] Rapiejko C,Fouvry S,Grosgogeat B,et al.A representative ex-situ fretting wear investigation of orthodontic arch-wire/ bracket contacts. Wear.2009;266:850-858.
[30] Alfonso MV,Espinar E,Llamas JM, et al. Friction coefficients and wear rates of different orthodontic archwires in artificial saliva.J Mater Sci Mater Med. 2013;24(5):1327-1332.

引言

直丝弓矫治技术是应用最广泛的现代正畸固定矫治技术，而滑动法是直丝弓矫治特有的关闭拔牙间隙的方法。正畸治疗和牙齿的移动直接相关，当弓丝沿着托槽滑动时，两者间会产生滑动摩擦，阻碍其滑动，从而影响牙齿移动的效应，导致治疗时间延长及患者满意度降低。但托槽和弓丝之间产生摩擦力又是不可避免的。当弓丝与托槽间出现相互滑动时，矫治力必须先克服托槽-弓丝界面间的摩擦力才能传递到牙齿，引起牙周组织反应直至牙齿移动。当托槽沿着弓丝滑动时，施加的矫治力有12%-60%被阻力消耗^[1]。研究显示为了克服摩擦力，正畸治疗过程中需要增加40%-60%的矫治力^[2]，同时矫治力的增大会增加支抗丧失和牙根吸收的风险^[3]。

如何减小弓丝和托槽间的摩擦力，提高牙齿在弓丝上的滑动效率一直是困扰正畸医生的一个难题。托槽作为固定矫治的核心装置对摩擦力的影响显著大于其他因素^[4]。近年来自锁托槽应用越来越广泛，研究发现被动自锁托槽、主动自锁托槽、传统托槽的摩擦力依次增加^[5]，自锁托槽摩擦力虽小，但价格昂贵，在临床应用受到限制。Tidy^[4]研究发现摩擦力与托槽宽度成反比，即托槽越窄摩擦力越大。不同材质的托槽摩擦力不同，Doshi等^[6]认为托槽表面的粗糙度与摩擦力成正比，不锈钢金属托槽摩擦系数小于陶瓷托槽，金钯槽沟复合式陶瓷托槽的摩擦系数小于陶瓷托槽，因而摩擦力显著小于陶瓷托槽。为此，许多学者开始研究对托槽表面进行改性，通过改善其表面性能进而提高滑动效率。

类金刚石、TiN、TiO₂等材料因具有良好的生物安全性、耐腐蚀、高硬度被用来研究改善托槽表面摩擦性能。黄世友^[7]采用等离子体溅射技术在正畸不锈钢表面制备类金刚石膜，无论在干燥或人工唾液环境下，沉积类金刚石膜的不锈钢托槽并没有降低托槽-弓丝间的摩擦系数，需改善托槽槽沟边沿设计及加工工艺。Muguruma等^[8]在金属托槽表面沉积5-7 µm的类金刚石，呈亮棕色外表，干燥室温下托槽的摩擦系数降低。王纵波等^[9]采用多弧离子镀法在国产不锈钢方丝弓托槽上制备氮化钛涂层，在干燥和湿润状态下，涂层组与0.016英寸不锈钢弓丝间的静、动摩擦力值均较未涂层组低。张晟等^[10]认为改进托槽材质在改善托槽表面性能的同时应使其具有抑制、杀灭口腔细菌的性能，而金刚石膜和氮化钛涂层本身不具有生物抑菌性，因此这些材料的进一步研究受到材料本身性质的限制。束嫘等^[11]研制生产出纳米TiO₂陶瓷涂层托槽，薄膜与托槽基底具有很强的结合能力，托槽表面光洁度明显改善，托槽弓丝摩擦力显著减小，同时实验结果显示TiO₂陶瓷涂层托槽对变链菌属具有良好的抑菌作用。

纳米TiO₂是一种n型半导体材料，有很强的还原性和氧化性，在波长小于387.5 nm(紫外光波长)的光照射下，形成OH自由基、活性羟基、超氧离子、过羟基和双氧水等，他们不但能使细菌失去活性，同时能够降解细菌死亡后释放的有毒组分。但TiO₂吸收波段局限于波长小于387 nm的紫外光区，只能利用在太阳光中占4%的紫外光，而通过掺杂改性可以使其在可见光区也具有催化活性，提高了对可见光的利用率和纳米TiO₂的光催化效率^[12]。TiO_2-xN_y薄膜就是对TiO₂进行N掺杂的结果。作为一种光催化材料，TiO_2-xN_y薄膜的光催化活性从紫外光区扩展到可见光区，光催化效率远远高于TiO₂；更重要的是，通过特定方法形成的TiO_2-xN_y薄膜是一种硬质陶瓷薄膜，可以作为涂层材料进行表面改性研究。本课题组开发了TiO_2-xN_y薄膜托槽，前期研究结果显示其具有优异的抗菌性能、生物安全性能和耐摩擦磨损^[13-15]。本实验考察TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦性能，为其在口腔正畸临床中应用提供理论依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

材料方法

讨论

正畸治疗中托槽的使用造成患者的自洁能力下降，导致菌斑的附着与滞留，使牙菌斑内微生物平衡失调，往往会在牙齿表面出现牙釉质脱矿后的白垩色斑、牙面龋^[17]。针对这一问题，本课题组开发了TiO_2-xN_y薄膜托槽，相对于普通直丝弓托槽其表面摩擦性能有无变化也是要考虑的一个问题。

滑动机制是直丝弓矫治技术的一个重要特点，如何减小正畸治疗时托槽与弓丝之间的摩擦力是获得高效治疗效果的关键。Kusy等^[18]通过对弓丝和托槽间滑动机制的研究，认为当弓丝在托槽内滑动时滑动阻力主要由两部分组成：①约束阻力：当弓丝和托槽槽沟边缘接触并产生形变时存在。②经典摩擦力：遵守力学中摩擦力的一般规律，即F=μN，μ是摩擦系数，N是正压力。作者认为在牙齿移动的滑动机制中，托槽的类型对约束阻力的大小没有影响^[19]，这时经典摩擦力就是一个可控制因素。在正压力一定的情况下，摩擦力由摩擦系数决定，摩擦系数由滑动面的物质特性、粗糙度和(可能存在的)润滑剂所决定，而与接触面积等因素无关。由此可见，弓丝与托槽处于接触状态下时摩擦系数是影响滑动阻力的因素之一。当托槽沿弓丝滑动时就会产生静摩擦力(静摩擦系数)和动摩擦力(动摩擦系数)，矫治力必须克服最大静摩擦力才可使牙齿移动，而当牙齿开始移动后就产生了动摩擦力。大量研究显示，镍钛丝的摩擦力要大于不锈钢丝^[4]，陶瓷托槽摩擦力大于不锈钢托槽，认为原因与镍钛丝和陶瓷托槽的表面粗糙度即摩擦系数相关^[20]。因此，有学者希望通过改变托槽与弓丝表面性能等方式来减小弓丝与托槽的摩擦系数，从而降低滑动中表面摩擦力，以达到提高滑动效率的目的。

纳米粒子是指粒径小于100 nm的粒子，具有独特的小尺寸效应、表面效应及量子尺寸效应，在宏观上表现为良好的材料力学性能及生物学性能，具有坚硬、耐磨、耐高温、耐腐蚀的能力^[21]。Kachoei等^[22]研究表明经纳米氧化锌粒子涂层的正畸不锈钢丝比普通不锈钢丝摩擦力要小，认为这些纳米颗粒可以显著降低牙齿移动过程中摩擦力。钛及其氧化物因其相对较好的生物安全性被认为是目前最好的生物材料。为了防止微生物黏附和正畸牙釉质脱矿，有学者将纳米TiO₂掺入正畸粘接剂或丙烯酸树脂，但TiO₂的量直接影响了粘接剂的物理化学性能，又有学者将正畸矫治器进行TiO₂纳米粒子涂层^[23]，研究发现与直丝弓金属托槽相比，纳米TiO₂涂层托槽可减少微生物黏附，具有较好的表面光洁度，产生的摩擦力明显减小^[24]。近来，有研究将纳米Ag与无机抗菌载体纳米TiO₂结合，研究结果显示纳米Ag/TiO₂涂层为具有严整组织结构的纳米颗粒膜，表面平整、光滑、光洁度高，对变形链球菌有良好抗黏附作用^[25]。

物理气相沉积法是制备硬质镀层的常用技术，基于射频磁控溅射法具备沉积温度低、镀膜附着力强、镀膜均匀、亲水性好等特点^[26]，本实验采用射频磁控溅射法在MBT直丝弓不锈钢托槽表面制备掺氮TiO_2-xN_y薄膜。制备的TiO_2-xN_y薄膜在450 ℃低温烧结获得了锐钛矿相(只有锐钛矿相TiO_2-xN_y具有光催化活性)，并且由于氮的掺杂使其光催化活性显著增加。

口腔是个复杂的生物环境，正畸摩擦力受到矫治器、牙周、牙槽骨等各种因素影响，在口腔内测试会受到诸多因素限制，因此各种体外模拟系统被用来研究正畸摩擦力。文献报道有关正畸的摩擦测试仪有多种，大部分试验借助万能材料试验机进行，即采用托槽-弓丝间的相对滑动方式来获得摩擦系数。对于滑动速度，学者们有不同观点。有学者认为测试速度越慢越接近牙齿移动速度，结果更准确；部分学者则认为摩擦系数、摩擦力主要受托槽-弓丝及测试环境影响，与速度无关，不同速度对测试准确性影响不大^[27-28]。有学者提出与单向的一次滑动法比较，往复式振动更真实反映弓丝与托槽持久接触的摩擦状态^[29]。本实验采用0.022″正畸托槽系统，测试摩擦系数时为了避免产生约束阻力及减小槽沟侧壁的影响，弓丝为临床常用镍钛圆丝，同时使弓丝与托槽槽沟平行且不接触槽沟侧壁，而且在正压力一定的情况下，根据经典摩擦理论两者之间的摩擦力由接触面的摩擦系数决定。实验中通过托槽-弓丝间的相对滑动方式来获得摩擦系数。研究结果发现，无论在干燥还是湿润状态下，不同尺寸弓丝分别与普通托槽、TiO_2-xN_y薄膜托槽之间的表面摩擦系数没有统计学意义，这与摩擦系数只和接触面的表面性质相关的理论一致。无论在干燥还是湿润状态下，TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦系数均小于普通直丝弓托槽，这与TiO_2-xN_y薄膜改善了托槽表面粗糙度相关；湿润状态下TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦系数大于普通直丝弓托槽，推测可能与TiO_2-xN_y薄膜本身的亲水性质相关。唾液对于摩擦系数的影响目前未有定论，部分学者认为唾液可以充当润滑剂减小弓丝与托槽间的摩擦力^[30]。

综上所述，TiO_2-xN_y薄膜托槽明显降低了托槽表面摩擦系数，此结果减小了托槽和弓丝间的摩擦阻力，为更好地保护牙齿移动过程中的支抗，减少处理时间和降低牙根吸收风险提供了新的方向。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦性能

Friction properties of orthodontic brackets coated with TiO_2-xN_y

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 3

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	李黎, 马力. 磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其酶学性质[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 576-581.
[2]	刘鋆, 杨龙, 王伟宇, 周玉虎, 吴颖, 卢涛, 舒莉萍, 马敏先, 叶川. 聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯/聚乙二醇/氧化石墨烯组织工程支架的制备和性能评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3466-3472.
[3]	周安琪, 唐渝菲, 吴秉峰, 向琳. 骨膜组织工程设计：共性与个性的结合[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3551-3557.
[4]	郎丽敏, 何生, 姜增誉, 胡奕奕, 张智星, 梁敏茜. 导电复合材料在心肌梗死组织工程治疗领域的应用进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3584-3590.
[5]	解健, 苏俭生. 静电纺丝取向纳米纤维作为组织工程生物支架的优势与特征[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2575-2581.
[6]	纪琦, 喻正文, 张剑. 3D打印金属基生物材料工艺和临床应用的问题与趋势[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2597-2604.
[7]	宋涯含, 吴云霞, 范道洋. 基于VOSviewer生物医学领域3D打印的知识图谱分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2385-2393.
[8]	钱楠楠, 张潜, 杨睿, 敖俊, 章涛. 间充质干细胞治疗脊髓损伤：细胞治疗及联合新药和生物材料[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(13): 2114-2120.
[9]	罗雅馨, 毕浩然, 陈晓旭, 杨琨. 细胞外基质与组织的再生与修复[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(11): 1785-1790.
[10]	贾巍, 张满栋, 陈维毅, 王晨艳, 郭媛. 股骨假体材料对人工膝关节置换性能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1477-1481.
[11]	王倩, 李璐, 舒静媛, 董志恒, 靳友士, 王青山. 氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度生物材料的微观形貌和物相分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1517-1521.
[12]	杨亚楠, 李峻峰, 王立, 刘恒全, 赖雪飞. 柠檬酸钙：一种有趣的有机钙生物医用材料[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1609-1615.
[13]	王刚, 李东辉, 白志明. 长段输尿管损伤替代治疗的方法、材料及修复重建的演变历程[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1299-1305.
[14]	李黎, 马力, 李鹤. 磁性壳聚糖微球的制备及表征[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(4): 577-582.
[15]	唐萌萌, 陈和春, 谢宏晨, 张瑜, 谭晓霜, 孙艺璇, 黄毅娜. 聚(L-丙交酯-ε-己内酯)/交联聚乙烯吡咯烷酮输尿管支架植入大鼠膀胱后的组织相容性[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(4): 583-588.

TiO2-xNy薄膜托槽的表面摩擦性能

Friction properties of orthodontic brackets coated with TiO2-xNy

PDF

可视化

引用本文

使用本文

TiO_2-xN_y薄膜托槽的表面摩擦性能

Friction properties of orthodontic brackets coated with TiO_2-xN_y