楊孟孟 董夢璐 李全利

（安徽醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院，安徽醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院，安徽省口腔疾病研究中心實驗室， 合肥 230032）

牙列缺失是臨床常見病，會影響患者的咀嚼、發(fā)音、美觀等功能?，F(xiàn)階段牙列缺失患者的主要治療方案包括傳統(tǒng)全口義齒和種植義齒，但是后者費用高，治療周期長，而且要求骨量充足[1]。故對于費用受限或身體狀況較差等的患者來說，傳統(tǒng)全口義齒仍是第一選擇。所以，如何改善牙槽嵴嚴重萎縮患者的全口義齒修復固位力，是義齒修復的重點和難點。

全口義齒的固位力與唾液的量和粘稠度、義齒基托與黏膜密合性、基托與黏膜的接觸面積、邊緣與黏膜形成的封閉性等相關[2]。目前臨床提高義齒固位力的措施主要包括使用各種印模技術、提高義齒與黏膜的適合性、增加接觸面積、提高邊緣封閉性等[3]。相應的產品有BPS吸附性義齒、中性區(qū)義齒、全口義齒穩(wěn)定劑等。但上述方法目前仍不能充分滿足臨床治療的需要。

查閱文獻發(fā)現(xiàn)，樹蛙足墊的“濕粘接”機理似乎有應用于全口義齒的可能性。在干燥或是潮濕的環(huán)境中，樹蛙均可以牢牢吸附在各種物體表面[4，5]。目前，樹蛙足墊的仿生已應用于爬壁機器人、剃須刀、心電監(jiān)測[6，7]等。但應用于全口義齒的研究尚未發(fā)現(xiàn)。Arthur C.Jermyn[8]曾將吸盤結構與全口義齒結合，制作出一種“吸盤義齒”。為了提高全口義齒的固位力，本研究仿照樹蛙足墊的六棱柱狀微圖形結構，采用軟襯硅橡膠材料，在其表面制作仿樹蛙足墊微結構圖形，評價其在模擬口腔環(huán)境中對吸附力的影響，為生物仿生吸附性全口義齒的制作提供實驗基礎，為全口義齒基托組織面的設計提供一種新思路。

1 材料和方法

1.1 材料與設備

軟襯硅橡膠（Silagum-Comfort，SLC）（DMG公司，德國）、自凝牙托水和牙托粉（上海新世紀齒科材料有限公司）、光滑表面硅膠塊（仿口腔咀嚼黏膜）、改良型SBF模擬體液（青島捷世康生物科技有限公司）、微納3D打印系統(tǒng)（NanoArch S130，深圳摩方新材科技有限公司）、掃描電子顯微鏡（ZEISS GeminiSEM 500，卡爾蔡司公司，德國）、島津電子式萬能試驗機（島津儀器（蘇州）有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 設計及分組 查閱文獻資料[9]，設計4組（A、B、C、D）不同參數(shù)的仿樹蛙足墊微結構，即不同間隔分布的、不同邊長和一定高度的六棱柱的微圖形結構（圖1a、b，表1），對照組E為表面無微結構的平面樣片，圖1c、d為與實驗組相對應的反結構圖形。

圖1 仿樹蛙足墊微結構及其反結構示意圖

表1 4組不同尺寸的仿樹蛙足墊微結構

1.2.2 3D打印反結構樣片 按上述設置的4組微結構參數(shù)分別構建相應的反結構陰模（圖1c、d，表1）3D模型（尺寸8 mm×8 mm×2 mm），輸出STL文件，導入3D打印機，光敏樹脂材料分層打印并固化，獲得仿樹蛙足墊微結構的陰模。SEM 進行形態(tài)學表征。

1.2.3 制備軟襯硅橡膠樣片 如圖2所示，按比例調和牙托粉與牙托水，制作一定大小的自凝塑料塊，室溫固化后打磨、拋光、清潔。在其表面涂抹SLC軟襯硅橡膠專用粘接劑，然后用注射槍將SLC軟襯材料注射于自凝塑料塊表面，材料固化前，將帶有反結構的陰模樣片輕輕按壓至軟襯材料表面，室溫固化，脫模。將獲得的硅橡膠片修整成8 mm×8 mm×2 mm大小的尺寸，確保翻制出來的模型厚薄均勻。獲得表面含有仿樹蛙足墊微結構的硅橡膠樣片（A，B，C，D），以及無微圖形的表面光滑的硅橡膠平面樣片（E，陰性對照）。按上述方法制作A ～ E組樣片各5個，用于后續(xù)吸附力測試實驗。然后將自凝塑料塊換成玻璃板，用同樣的方法，A ～ D每組再各制作1個樣片，用于后續(xù)SEM觀察。評估其是否達到最初設計的形態(tài)及參數(shù)要求，包括尺寸變化、結構破損率等。樣片制作流程見圖2。

圖2 微結構樣片制作流程示意圖

1.3 吸附力測試

用雙面膠將硅膠塊粘固在萬能材料試驗機的下夾具上，將帶有樣片的自凝塑料塊懸掛固定于材料試驗機的上夾具上，硅膠塊表面涂抹薄層人工唾液（如圖3）。調節(jié)試驗機的橫梁高度，使樣片與硅膠塊緩慢輕接觸，然后施加（9.8±0.2）N的載荷力30 s，使樣片吸附在硅膠塊中央。然后以5 mm/min的速度分開，記錄兩者分開時的最大載荷值。按照上述拉伸實驗方案，每個樣片分別測試3次，得到吸附力數(shù)值。

圖3 吸附力測試示意圖

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 23.0軟件進行統(tǒng)計分析。吸附力數(shù)據(jù)用±s形式表示，數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析（One-way ANOVA），組間兩兩比較采用SNK-q檢驗，P＜0.05 表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 SEM觀察結果

圖4顯示3D打印仿樹蛙足墊微結構的陰模樣片，是凹進去的六棱柱結構，結構完整，未見明顯破損。通過測量可得其微結構尺寸與預設的微結構尺寸差異約為2.72%。

圖4 3D打印的陰模樣片

圖5顯示SLC翻制的樣片?？梢娖湮⒔Y構形態(tài)與預先設計的基本一致，表面光滑完整，尺寸與預設的微結構尺寸差異約3%，橫截面觀察結構破損率不足10%，縱截面觀察結構破損率約15%。右圖可見柱子外邊緣呈層疊條紋狀。

圖5 SLC翻模后樣片的SEM圖像

2.2 吸附力測試結果

各組吸附力比較結果見表2。4個實驗組的吸附力與對照組相比差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），B、D組間吸附力差異沒有統(tǒng)計學意義（P＞0.05），其余任意兩組間的吸附力差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。其中，A組吸附力最好。

表2 各組吸附力數(shù)值

3 討論

研究表明，樹蛙能牢牢吸附于物體表面主要是依靠足墊分泌粘液產生毛細作用[4]。此外，邊界摩擦、機械互鎖、負壓吸附等也在這一“濕粘接”過程中起到一定的作用[5]。從提高全口義齒固位力的角度出發(fā)，針對全口義齒吸附區(qū)是一個整體這一問題，根據(jù)樹蛙足墊的吸附機理，該研究擬制作的仿生義齒可將整體劃分為無數(shù)個互不影響的小單元，從而在局部吸附被破壞的情況下仍能保證全口義齒的固位。其次，在基托組織面增加一些微結構，其相對的比表面積增加。同時口腔黏膜又具有一定的適應性，因此，在壓力的作用下，可以增加吸附面積。最后，由于微結構的設計參考了樹蛙足墊及吸盤結構，應用于全口義齒時相當于在義齒原有的吸附機制上附加了毛細作用和負壓吸附作用[10]。本研究中4組實驗組與對照組相比吸附力均有增大，這是由于微結構表面與物體接觸時增加了相對比表面積，還增加了摩擦力等，從而提高了吸附力[11]。

研究表明[9]，六棱柱的邊長L、高度H、六棱柱間的間距W等參數(shù)均會對吸附力產生影響。但作者認為不應僅單獨考慮個別參數(shù)的影響，應綜合H、L、W來研究對吸附力的影響。據(jù)此，本研究中微結構的設計是將各個參數(shù)的最優(yōu)尺寸結合起來（如只考慮L時，100 μm及40 μm時吸附力最優(yōu)；只考慮H時，75 μm為最優(yōu)尺寸等），綜合研究對吸附力的影響。本研究主要聚焦在各種尺寸參數(shù)綜合時六棱柱微結構的整體結構形態(tài)，六棱柱的分布密度等，故沒有針對單個影響因素進行多組梯度設計。依據(jù)上述理論來解釋本實驗的結果：首先對比A、B組，當H和L一定時，W越大，相同面積下的六棱柱數(shù)量就會減少，兩個表面間的實際接觸面積減小，吸附力就?。籆和D是同等道理。就A、C組來說，當H一定時，兩者的比較就不能僅依靠單一因素，可根據(jù)W/L來確定。根據(jù)已有研究，吸附力隨W/L的增大而減小，這是因為實際接觸面積的減小。很明顯A組的W/L值小于C組。而B、D之間并不遵循這一規(guī)律，理論分析B組吸附力應大于D組，但表2的結果表明B、D組間的吸附力差異并無統(tǒng)計學意義。原因可能是翻模過程中B組柱子損壞率較大，或是B組進行吸附力測試時，接觸界面有污染，從而導致其吸附力下降。故根據(jù)實驗結果，如果要將上述參數(shù)應用于全口義齒組織面，應選擇A組參數(shù)，即L= 100 μm，H= 75 μm，W= 33 μm。

此外，圖5的SEM結果表明，在硅橡膠軟襯材料翻模過程中六棱柱結構會存在破損，可能的原因有：一是材料自身原因。Silagum-Comfort[12]軟襯材料與義齒基托材料具有牢固的粘接性，但其流動性并不優(yōu)越。由于本實驗設計的尺寸參數(shù)均為微米級，而材料要流入凹六棱柱內，故在翻模過程中部分硅橡膠材料并不能完全進入凹六棱柱內，所以翻模的結構會存在一定破損率。二是制作吸盤結構過程可能存在問題。六棱柱結構頂端的吸盤結構主要是靠部分充填技術[13]，即依靠液體的毛細作用及困在孔洞內的空氣來實現(xiàn)的。在這一過程中，如果孔洞內的空氣有溢出，則相對應的吸盤凹型結構會受影響。

根據(jù)前述實驗，本研究中仿生全口義齒的制作過程如下：（1）常規(guī)制取終印模、灌注終模型。（2）數(shù)字化掃描模型。（3）3D建模，將參數(shù)A的反結構加到3D建模的表面（微結構設計在距邊緣約2mm-3mm處，以保證邊緣的封閉性），3D打印表面含有微結構陰模的模型。（4）在3D打印的模型上常規(guī)制作組織面為SLC軟襯硅橡膠材料的全口義齒，仿生全口義齒即制作完成。

本研究是將樣片與硅膠仿生模型進行吸附，這只是一個體外的吸附實驗單元，具體應用到口內時，與黏膜之間是否仍有這種吸附效果，是否會對黏膜有不良影響仍不清楚。另外，臨床應用過程中，能否保持功能狀態(tài)下表面微結構有增大吸附力的效果？在休息時該作用能否消失或減小從而減小對黏膜的不良影響等問題，仍值得研究。

4 結論

本研究結果表明，在軟襯硅橡膠材料表面制作適宜尺寸的仿樹蛙足墊微陣列結構可以提高硅橡膠材料表面對其他物體的吸附力。這一設想為改善全口義齒固位力提供了一種新思路，但其臨床應用仍待進一步研究。