4D打印形状记忆牙齿矫治器来了，戴六副即可实现矫正

导读：对于想矫正牙齿的年轻人或者学生，越来越多的人为了美观会选择隐形矫治器（透明牙套），牙科诊所一般会量身定做几十副牙套，每1-2个星期戴一副，逐渐调整牙齿角度，最终实现牙齿矫正。但是，因为要戴几十副牙套，不免有些麻烦和浪费。那么有没有更好的技术方案呢？

2022年2月10日，南极熊获悉，来自德国、埃及和阿联酋的研究人员开发了一种新型的3D打印透明牙齿矫治器，与目前市场上的矫治器不同，它是由形状记忆聚合物制成的，具有"4D "形状记忆功能。

他们开发的正畸装置使用Kline Europe的透明ClearX树脂，采用DLP工艺3D打印而成，一旦戴到用户的嘴里就会变软，能够适应、抓紧和重新定位错位的牙齿。到目前为止，这种矫正器不仅具有生物相容性，而且证明能够随着时间的推移可预测地改变特性，有可能成为当前透明牙套的理想替代品。

△研究人员认为，他们的牙齿矫正器可以大大降低矫正器生产的相关成本，图片来自Prodways

4D牙齿矫正器的好处

当前的矫治器由不同类型的聚合物制成，例如聚乙烯材料、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酯和聚氨酯。这种矫治器的工作原理是，通过编程设计牙齿的位置与实际牙齿位置之前的偏差，来控制牙齿移动。在市场上大多数流行的矫治器系统中，每个矫治器只能使牙齿移动 0.2 到 0.3 毫米，或每次旋转1°至3°，每个矫治器要佩戴大约 14 天，然后更换下一副矫治器。因此，牙齿的矫正周期很长，而且成本很高。

对于这种矫治器，研究人员正在关注两个主要缺点：传统材料的缺点和牙齿运动的生物学考虑，已经引入了许多方法来生物加速牙齿移动。另一方面，新矫治器材料的引入也引起了人们的关注。

形状记忆聚合物 (SMP) 是最近引入牙科领域的新型材料之一，特别是用于正畸应用。它们为医疗材料的应用提供了巨大的潜力。

四维打印（4D打印）技术是基于形状记忆材料的3D打印。显然，在给定的环境条件下，4D 打印部件具有随时间（第四维度）改变形状的能力。随着形状记忆聚合物材料的不断发展，产品设计行业中的新 4D 打印应用有望增长。研究人员将 4D 技术引入正畸矫正器的制造中。

图 1：定制的错字牙 (T) 第21颗为错位牙、4D 打印的矫正器 (A) 和灰色夹板 (S)用于调整矫治器

研究材料、方法和结果

首先，研究人员使用树脂和丙烯酸牙齿制作了一个定制的牙齿模型。左上中切牙（第 21 颗牙齿）为错位牙，总错位为 3 mm，并通过嵌入模型中的粉色蜡中可以实现活动，而其他牙齿则由树脂固定（图 1）。

然后，研究小组利用一台标准的Asiga Max 3D打印机和ClearX树脂，这种树脂号称是 "变型矫正器 "的理想材料，制造了六副4D打印矫治器。

这些矫治器被应用于带有错位牙齿的模型上，并浸泡在热水中。在这个过程中，错位牙齿周围的蜡变软了，允许它被矫治器塑形，之后被冷却以捕捉数据结果。（具体的流程更加复杂，感兴趣请阅读原文。）

结果表明，形状记忆矫正器成功地实现了牙齿 21 的显著移动，并且在正畸测量和模拟系统（ OMSS ）中也测量了一致的移动。但没有达到3.00mm的移动对齐目标，仅实现了 2.06-2.82 毫米。尽管如此，结果还是令人满意的，一个形状记忆矫正器实现的错牙移动几乎等于 10 个传统矫正器可以实现的移动量。

目前，4D打印矫治器还处于科研阶段，期待早日被商业化应用。

△用于评估该团队4D矫治器疗效的正畸测量和模拟系统（OMSS）

商业化的牙科3D打印正在爆发

仅在过去的几个月里，3D打印在牙科行业的日益普及促使一大批制造商推出新的材料和机器，每一种都是为了促进高产量的矫正器生产，因为他们竞争在这个迅速成为高利润的市场中开辟出一片天地。

本月早些时候，3D打印机制造商Desktop Metal的医疗业务部门Desktop Health发布了新的爱因斯坦系列牙科系统。这些机器采用了 "HyperPrint "技术，据说与EnvisionTEC的Envision One系统相比，速度提升了50%，与FDA认证的Flexcera Smile Ultra+树脂一起推出。

去年年底，桌面LCD三维打印机制造商UNIZ也开始发货NBEE树脂三维打印机。这套系统专门为解决牙医的大批量生产需求而设计，它结合了速度、质量和可用性，可以用于对准器模型、假牙底座、夜间防护装置、手术指南、牙冠和牙桥的3D打印应用。

像Prodways公司现在也已经开始为牙科客户进行极大量的3D打印终端产品。2021年12月，该公司透露，它已被委托为一个大客户供货，其机器将被用来每年生产多达一百万个牙齿矫正器。

研究人员的发现详见他们的论文，题为 “Potential Application of 4D Technology in Fabrication of Orthodontic Aligners.”