4D打印形状记忆牙齿矫正器来了，1副4D牙套=10副3D牙套
导读：对于想矫正牙齿的年轻人或者学生，越来越多的人会为了美观而选择隐形矫正器（透明牙套），牙科诊所一般会为客户量身定做几十副牙套，每1-2个星期戴一副，逐渐调整牙齿角度和位置，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11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4D打印透明牙齿矫正器，与目前市场上的矫正器不同，它是由形状记忆聚合物制成的，具有"4D "形状记忆功能。
据了解，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
当前的矫正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。这种矫正器的工作原理是，通过编程设计牙齿的位置与实际牙齿位置之间的偏差，来控制牙齿移动。在市场上大多数流行的矫正器系统中，每个矫正器只能使牙齿移动 0.2 到 0.3 毫米，或每次旋转1°至3°，每个矫正器要佩戴大约 14 天，然后更换下一副矫正器。因此，牙齿的矫正周期很长，而且成本很高，一般需要几万元。
△视频：当前商业化隐形牙套矫正牙齿的过程
新矫正器材料的引入引起了研究人员的关注。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)用于调整矫正器
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打印矫正器。
这些矫正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，允许它被矫正器塑形，之后被冷却以捕捉数据结果。（具体的流程更加复杂，感兴趣请阅读论文原文。）
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量几乎等于 10 个传统矫正器可以实现的移动量。
目前，4D打印矫正器还处于科研阶段，尚未进行临床试验，期待早日被商业化应用。
△用于评估该团队4D矫正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
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，每一种都是为了高产量的矫正器生产，因为他们都希望在这个高利润的市场中开辟出一片天地。
本月，3D打印机制造商Desktop Metal的医疗业务部门Desktop Health发布了新的‘Einstein’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3D打印机制造商UNIZ也开始发货NBEE树脂打印机。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打印生产。
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，机器将被用来每年生产多达一百万个牙齿矫正器。
研究人员的详细研究结果请见他们的论文，题为 “Potential Application of 4D Technology in Fabrication of Orthodontic Aligners.”
论文链接：https://doi.org/10.3389/fmats.2021.794536
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