3D打印在牙科義齒基托的應用及發展

張春裕　韓聰　趙卓

摘要 三維立體打印技術，簡稱3D打印（Three Dimension Printing），又稱積層制造（AdditiveManufactur ing，AM），屬于快速成形技術的一種，它是一種數字模型文件為基礎直接制造幾乎任意三維實體的技術。其中3D激光成型技術是其中一種成型方式，其常用的材料是PMMA。由于其具有良好的化學穩定性，耐腐蝕，耐溶解等優點，被廣泛應用于醫療行業。本文介紹了3D打印在牙科義齒基托的應用，同時還綜述了近年來開發用于牙科義齒基托的材料的研究進展。

關鍵詞 3D打印技術；3D激光成型技術；PMMA材料

中圖分類號TP2 文獻標識碼A 文章編號2095—6363（2016）04—0005—03

牙齒，是我們日常生活不可或缺的重要組成部分。在我們的學習、生活、工作中，會由于交通事故、牙科疾病或者年紀變大等因素造成牙齒脫落或者缺失。根據相關報道，中國人口的牙齒發病率為34%，即每人約齲齒2.26顆，如果按照14億人口統計，全國大概有4.8億牙病患者，牙齒病變總數達九億顆左右。在成年人中，牙病患者約78%，這些會使得牙齒的脫落大大提高。60歲以上的老年人牙齒缺失約10顆左右。這些人群都需要進行口腔診療，為了使牙齒缺失得到治療，患者就需要佩戴“假牙”。

“假牙”（即人工義齒）一般分為以下幾類。固定義齒、全口義齒、可摘除義齒和種植義齒。其中構成全口義齒的是人工假牙和義齒基托兩個部分。可摘除義齒的構成主要包括人工假牙、義齒基托以及一些金屬或者非金屬連接件。由于制備全口義齒和可摘除義齒的材料相對易得、價格適中、制備工藝簡單，因此這2種義齒比較受歡迎。

1牙科義齒基托材料的演變

應用在空腔修復方面的材料主要有兩大類，第一類是天然材料，第二類是人工材料。據資料顯示，人們最初是使用獸骨、象牙等作為修復材料的。而樹脂型義齒基托由于具有易加工成型、色澤好、成本低等一直被廣泛應用。1855年，牙齒醫生開始將義齒基托的制備工藝由雕刻向模型翻轉發展，即采用硫化橡膠來生產義齒基托。與雕刻的獸骨和象牙等相比，顯然硫化橡膠不是理想的義齒基托制備材料，但是這意味著高分子材料開始在牙科領域得到應用。1885年，科學家以硝化纖維和樟腦等為原料，合成出了世界上第一款塑料材料賽璐璐。1869年，賽璐璐取代了硫化橡膠，被由于義齒基托的制備。1937年，可熱固化聚甲基丙烯酸甲酯的出現，使得義齒基托的制備進入了嶄新的階段，并預示著天然材料已經被人工材料逐步取代。80年代可見光固化義齒基托已初步臨床試用，使得義齒基托的制作簡便、加工簡單及成本低廉。

隨著科學技術的發展，科學家對聚甲基丙烯酸酯類的材料的改性越來越成熟，使得其在口腔環境中，具有優異的化學及物理性能。除此之外，聚甲基丙烯酸類樹脂還具有透明性，良好的生物安全性、制備工藝簡單，原料來源廣泛、價格適中等優點。因此受到了廣大患者的歡迎。目前，義齒基托的制作方法主要有傳統熱凝填塞法制作義齒基托、傳統灌注法制作義齒基托和新型注塑法制作義齒基托。以上工藝均具有操作復雜，精度較低和耗時長等缺點，而3D打印技術由于其具有精度高，效率高及操作方便等優點，正好彌補了上述工藝的不足。因此，研究3D打印技術在口腔修復中的應用具有重要的價值。

2 3D激光成型技術在牙科義齒基托的應用

PMMA不僅可以采用多種方式固化，如化學固化、熱固化、光固化和微波固化等，而且性能優異，是目前制作義齒基托的主要材料。根據PNdA的固化方式的不同，其制備義齒基托的加工方法主要有3種。第一是熱凝填塞法，即將牙模型盒的蠟清除干凈之后，再將熱固性的聚甲基丙烯酸甲酯壓入牙模型盒中，然后進行熱固化，最后需要將預固化的模型盒放入60℃的水中慢慢加熱。在65℃～75～C的水中，恒溫0.5h～1h，然后慢慢加熱至100℃，再保持半個小時。最后將固化后的牙模型盒放入熱水中，并冷卻至室溫待用。利用熱凝填塞法制作的PMMA義齒基托具有良好的生物性能和機械性能，因此被廣泛用于制備義齒基托。但是熱凝填塞法也有很多缺點，比如：義齒基托制備工藝復雜、熱固化的時間比較長、制備出來的模型咬合增高較多、PMMA的熱膨脹系數與石膏的熱膨脹系數不匹配，導致固化時令到模型變形等。第二是注塑法制作義齒基托，即在制備時將注塑樹脂按配比調好，然后加入稀釋劑將其稀釋，并稍加壓將其慢慢注入義齒基托的模具中，最后放入引發劑并放入到聚合器中，直到聚合完成，該方法不僅具有變形小、咬合不增高、基托內部致密等優點，通過對比熱凝法和液態注塑法，我們發現患者佩戴這2種義齒之后均沒有出現明顯的差異性，而且義齒基托的組織面的菌斑也沒發現有明顯的不同。但是經過4年的使用，我們發現采用注塑法制備的義齒基托機械性能差，容易折斷，且接觸面有明顯的磨損。第三是微波法制作義齒基托，其原理是甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一種極性材料，加入固化劑之后并吸收微波提供的能量，分子被激發，互相碰撞摩擦產生大量的熱量，使材料內部的溫度迅速上升而發生聚合反應。

由此可見，用此方法制作義齒基托需要特制的玻璃鋼模型盒，而且制備的義齒基托不能含有金屬構件，如金屬絲、金屬網、金屬連接件等，因為這些會對微波有屏蔽的作用，減弱樹脂對微波的吸收，從而影響樹脂聚合。其制作步驟如下：將灌好膠的牙科模型盒用特制的玻璃鋼螺絲釘加固，然后將其放入微波反應器中反應，反應的時間取決于微波反應器的功率和照射強度，先照射義齒基托的組織面，然后將義齒基托模型盒反轉，用微波輻射另一面。Loh PL等人通過實驗發現：利用微波法制備出來的義齒基托的物理和化學性能及成色與熱凝填法制備的基本一致，但是微波法的其單體轉化率、參與單體量明顯少于熱凝填法。Rodrigues RC等人研究表明：利用微波法制備義齒基托具有明顯的優勢，如：反應時間短、效率高、所制備出來的義齒基托的精密性更好、產品更加穩定，患者的舒適性更強等。但是由于微波法需要特制的玻璃鋼型盒，使得其成本較熱凝填塞法和注塑法高，從而使其應用受到一定的限制。基于上述原因可以看出，只有尋找新的加工工藝才能彌補現有義齒基托制作工藝的缺陷。

目前，3D打印技術由于其具有精度高、設計方便、適應性好及效率高等優點已被廣泛用于各行各業，如食品行業、汽車制造業、建筑設計、科學研究等。隨著3D打印技術的發展，3D打印技術在醫療行業的應用也越來越多，如：世界上首次成功將3D打印機“打印”出來的下顎骨用于治療骨頭感染；L A Hochadey等使用3D打印技術“打印”主動脈瓣支架，不僅精度可控而且還適合組織和細胞存活；Alaadien Khalyfa等采用四磷酸鈣（tetracalcium phosphate）

和β-磷酸三鈣（β-tricalcium phosphate）為原料“打印”出的陶瓷骨骼具有相當優異的性能。但是將3D打印技術應用于義齒基托的制作鮮有報道。基于3D打印技術的特點，如果將其應用于義齒基托的制作，不僅可以制備精度高、適應好的義齒基托，還能大大提高制作效率、簡化制作工藝和降低制作的成本。因此，以聚甲基丙烯酸酯類樹脂為原料，通過調整配方，以激光打印的方式制作義齒基托，從而改善現有的義齒基托制作工藝，以期得到生物相容性好，機械性能優異、精度高、適應性好和價格低的義齒基托將是該行業的以后的發展方向。

3總結與展望

3D打印由于具有精度高、設計靈活、個性化定制和快速便捷等優點，其所使用的材料是以PMMA為基礎的樹脂，該材料不僅來源廣泛、種類多樣、具有良好的生物相容性，還具有加工簡便和制備工藝簡單，價格適中等諸多優點。所以將兩者有機的結合起來，應該是未來改行業的發展趨勢。