[发明专利]表面低摩擦力口腔正畸弓丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用材料表面改性技术领域，特别提供了一种表面低摩擦力口腔正畸弓丝及其制备方法。

背景技术

在正畸固定矫治过程中，摩擦力伴随着托槽与弓丝间的相对运动而产生，矫治器施加的矫治力需克服摩擦力后才能作用于牙齿，通过牙周组织的吸收与改建而使牙齿移动。随着滑动机制在固定矫治中的普遍应用，矫治过程中所产生的摩擦力就显得尤为重要。摩擦力越大，牙移位的实际矫治力比例就越小，进而影响矫治器矫治的性能和效率。当今正畸学界普遍提倡的矫治理念是轻力矫治，想要达到轻力矫治的有效甚至高效，首要的就是减小矫治系统的摩擦力，从而获得最有效的牙移位及最适当的生物组织反应。口腔正畸医师已逐渐认识到摩擦力在矫治过程中的重要性，随之对被矫治牙齿移动时所需克服的摩擦力的研究也逐渐增多，这不仅有利于临床上合理选用托槽，弓丝和结扎方法，同时也可避免一些不利因素的影响，对于提高牙移动效率，降低支抗要求，缩短治疗时间都有特殊的临床意义。

目前，正畸临床常用的弓丝材料有：不锈钢（SS）、钴铬（Co-Cr）、镍钛(Ni-Ti)、β钛(TMA)。有研究表明，不论是不锈钢托槽还是陶瓷托槽，以上四种弓丝的摩擦力依次增高。实验证实，弓丝的摩擦系数主要取决于其表面粗糙度、硬度和弹性模量。其中，表面粗糙度与摩擦力成正相关关系，而弓丝的硬度及弹性模量则与摩擦力成负相关关系。同样尺寸的方丝，不锈钢丝因其较高的刚度、表面光滑度，而更适用于滑动关闭拔牙间隙，在口内、外施加牵引力量时，能更好的维持牙弓的稳定。但在正畸临床上应用的奥氏体不锈钢丝在性能方面也存在一定的缺陷：（1）矫治过程中，弓丝与托槽之间的相对滑动将导致不锈钢丝表面出现明显的划痕，表面粗糙度的不断增加将增大弓丝的摩擦力，继而影响牙齿移动的效率；（2）奥氏体不锈钢丝合金成分中含有一定比例的镍元素，在人体口腔环境下析出的镍离子虽低于正常人的每日饮食摄入水平，也有可能引起极少数人过敏反应。因此，如何通过技术工艺处理降低正畸不锈钢丝的摩擦系数，同时补偿其性能方面的不足，从而提高临床治疗效率已成为各国科学家竞相研究的热点。

伴随生物医学工程的飞速发展，人们试图用多种方法对各种医用金属材料进行表面改性，以期进一步提高生物医用材料的综合性能、生物相容性和使用寿命，如材料的疲劳、腐蚀、摩擦磨损等。类金刚石膜（Diamond-Like Carbon fiim，简称DLC膜），作为一种新型表面改性材料，近年来受到越来越多的关注。大量研究表明，类金刚石膜实质是一种含有金刚石结构(sp3)的非晶碳膜,是碳原子以sp3和sp2杂化键合的无定形材料，其具有高熔点、强抗腐蚀性、高稳定性，高耐磨性等优点，目前己被广泛应用于机械电子、化学、军事、航空等领域，美国甚至已将其列为国家21世纪战略材料之一。作为一种较好的耐磨减摩材料，类金刚石膜在生物医学方面的特性亦引起人们的关注研究。

20世纪70年代，Aisenberg和Chabot首次采用离子束沉积法在硅衬底上制备出DLC薄膜，随后不断有关于DLC薄膜的研究报道。传统的类金刚石薄膜内残余应力较大，高达10GPa，在很低的压力下薄膜就发生分层或剥落，当温度高于350℃时，DLC膜的韧性和附着力急剧下降，40℃时出现石墨化，在多数金属材料表面难于直接沉积，以上缺陷严重限制了DLC膜的推广应用和产业化进程。而纳米材料自问世以来，就以其独特的优异性能如高强度、良好的塑性变形能力、高比热、高热膨胀系数以及独特的理化性能等引起了人们的高度重视。在纳米材料的制备技术、制备方法、性能及其应用领域的探索和拓展等方面近年来都取得了长足的进步。显然，把纳米材料和纳米技术与传统表面工程交叉、复合、综合，开发应用“纳米表面工程”，将为材料的表面改性开创新的途径。随着真空沉积技术的发展成熟和纳米技术研究热潮的出现，为了解决DLC膜应用中遇到的问题，人们开发了不同种类的纳米结构DLC膜。纳米类金刚石薄膜是一系列具有纳米尺度微结构(纳米颗粒或膜层)的非晶碳膜的总称。这种薄膜结构设计可降低DLC膜的内应力，提高膜基结合力，改善热稳定性，适用于特定工作环境且综合性能优良。

目前制备DLC涂层的方法很多，不同的制备方法以及所用的碳源到达基体表面的电子离子能量不同，沉积的DLC涂层的结构和性能存在很大差别。常见的制备DLC涂层的方法有真空蒸发、溅射、等离子体辅助化学气相沉积、离子注入等。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的是提供一种表面覆有纳米类金刚石涂层的适用于口腔正畸不锈钢弓丝及其制备方法，该弓丝机械化学性能优异、满足临床口腔应用要求。