導讀：對于想矯正牙齒的年輕人或者學生，越來越多的人會為了美觀而選擇隱形矯正器（透明牙套），牙科診所一般會為客戶量身定做幾十副牙套，每1-2個星期戴一副，逐漸調整牙齒角度和位置，最終實現牙齒矯正。但是，因為要戴幾十副牙套，不免有些麻煩和浪費。那么有沒有更好的技術方案呢？

2022年2月11日，南極熊獲悉，來自德國、埃及和阿聯酋的研究人員開發了一種新型的4D打印透明牙齒矯正器，與目前市場上的矯正器不同，它是由形狀記憶聚合物制成的，具有"4D "形狀記憶功能。

據了解，他們開發的正畸裝置使用Kline Europe的透明ClearX樹脂，采用DLP工藝3D打印而成，一旦戴到用戶的嘴里就會變軟，能夠適應、抓緊和重新定位錯位的牙齒。到目前為止，這種矯正器不僅具有生物相容性，而且證明能夠隨著時間的推移可預測地改變特性，有可能成為當前透明牙套的理想替代品。

△研究人員認為，他們的牙齒矯正器可以大大降低矯正器生產的相關成本，圖片來自Prodways

4D牙齒矯正器的好處

當前的矯正器由不同類型的聚合物制成，例如聚乙烯材料、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酯和聚氨酯。這種矯正器的工作原理是，通過編程設計牙齒的位置與實際牙齒位置之間的偏差，來控制牙齒移動。在市場上大多數流行的矯正器系統中，每個矯正器只能使牙齒移動 0.2 到 0.3 毫米，或每次旋轉1°至3°，每個矯正器要佩戴大約 14 天，然后更換下一副矯正器。因此，牙齒的矯正周期很長，而且成本很高，一般需要幾萬元。

△視頻：當前商業化隱形牙套矯正牙齒的過程

新矯正器材料的引入引起了研究人員的關注。形狀記憶聚合物 (SMP) 是最近引入牙科領域的新型材料之一，特別是用于正畸應用。它們為醫療材料的應用提供了巨大的潛力。

四維打印（4D打印）技術是基于形狀記憶材料的3D打印。顯然，在給定的環境條件下，4D 打印部件具有隨時間（第四維度）改變形狀的能力。隨著形狀記憶聚合物材料的不斷發展，產品設計行業中的新 4D 打印應用有望增長。研究人員將 4D 技術引入正畸矯正器的制造中。

圖 1：定制的錯字牙 (T) 第21顆為錯位牙、4D 打印的矯正器 (A) 和灰色夾板 (S)用于調整矯正器

研究材料、方法和結果

首先，研究人員使用樹脂和丙烯酸牙齒制作了一個定制的牙齒模型。左上中切牙（第 21 顆牙齒）為錯位牙，總錯位為 3 mm，并通過嵌入模型中的粉色蠟中可以實現活動，而其他牙齒則由樹脂固定（圖 1）。

然后，研究小組利用一臺標準的Asiga Max 3D打印機和ClearX樹脂，這種樹脂號稱是 "變型矯正器 "的理想材料，制造了六副4D打印矯正器。

這些矯正器被應用于帶有錯位牙齒的模型上，并浸泡在熱水中。在這個過程中，錯位牙齒周圍的蠟變軟了，允許它被矯正器塑形，之后被冷卻以捕捉數據結果。（具體的流程更加復雜，感興趣請閱讀論文原文。）

結果表明，形狀記憶矯正器成功地實現了牙齒 21 的顯著移動，并且在正畸測量和模擬系統 （ OMSS ）中也測量了一致的移動。但沒有達到3.00mm的移動對齊目標，僅實現了 2.06-2.82 毫米。盡管如此，結果還是令人滿意的，一個形狀記憶矯正器實現的錯牙移動量幾乎等于 10 個傳統矯正器可以實現的移動量。

目前，4D打印矯正器還處于科研階段，尚未進行臨床試驗，期待早日被商業化應用。

△用于評估該團隊4D矯正器療效的正畸測量和模擬系統（OMSS）

商業化的牙科3D打印正在爆發

在過去的幾個月里，3D打印在牙科行業的日益普及，促使一大批制造商推出新的材料和機器，每一種都是為了高產量的矯正器生產，因為他們都希望在這個高利潤的市場中開辟出一片天地。

本月，3D打印機制造商Desktop Metal的醫療業務部門Desktop Health發布了新的‘Einstein’ 系列牙科系統。這些機器采用了 "HyperPrint "技術，據說與EnvisionTEC的Envision One系統相比，速度提升了50%，與FDA認證的Flexcera Smile Ultra+樹脂一起推出。

去年年底，桌面3D打印機制造商UNIZ也開始發貨NBEE樹脂打印機。這套系統專門為解決牙醫的大批量生產需求而設計，它結合了速度、質量和可用性，可以用于對準器模型、假牙底座、夜間防護裝置、手術指南、牙冠和牙橋的3D打印生產。

Prodways公司現在也已經開始為牙科客戶進行極大量的3D打印終端產品。2021年12月，該公司透露，它已被委托為一個大客戶供貨，機器將被用來每年生產多達一百萬個牙齒矯正器。

研究人員的詳細研究結果請見他們的論文，題為 “Potential Application of 4D Technology in Fabrication of Orthodontic Aligners.”

論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fmats.2021.794536