边策：正畸用弹性结扎圈力学性能的研究进展
固定正畸治疗过程中，用于固定托槽与弓丝的方式有很多。例如：不锈钢丝结扎，自锁托槽以及弹性结扎圈。不锈钢丝结扎产生的结扎力是多变的，并且临床操作时间较长；自锁托槽虽操作简便，可减少椅旁时间，但其价格较为昂贵；相比之下，弹性结扎圈结扎速度快，患者感觉舒适。
研究表明，弹性结扎圈结扎的托槽周围牙面的菌斑指数，变形链球菌的百分比及牙龈出血指数高于不锈钢丝结扎，且不锈钢丝结扎的菌斑指数高于自锁托槽，但在非牙周病患者且在患者注意口腔卫生的情况下，不同结扎材料之间的差异可大大减小。因此弹性结扎圈以其舒适性和操作简便性等优点在临床上得到广泛应用。
弹性结扎圈的力学性能是影响正畸疗效的重要因素。在使用过程中，其力学性能会逐渐衰减，从而降低正畸治疗效率。本文就正畸用弹性结扎圈力学性能的研究进展进行综述，为临床应用提供依据。
1.材料组成成分
弹性结扎圈的主要成分是聚氨酯。在临床应用中，天然胶乳医用品有时会出现“致癌物亚硝胺析出”及“蛋白质过敏”等问题，聚氨酯高分子材料弥补了这一缺陷。而且，聚氨酯材料加工性能良好，加工方法多样，具有优异的韧性和弹性，患者戴用舒适，医生操作方便，故而广泛应用。但聚氨酯材料并不是理想的弹性材料，它们的机械和物理性能随着时间及环境条件变化而发生改变。温度湿度变化、口腔菌群环境、牙齿移动和咀嚼力等，都会影响弹性结扎圈的力学性能。
弹性结扎圈的拉伸力学性能及应力松弛会影响结扎圈对弓丝和托槽的压力，从而改变弓丝与托槽之间的摩擦力。而且，在进行主动结扎关闭间隙的临床应用中，结扎圈力学性能的变化对正畸医生决定初始矫治力及复诊间隔时间起着非常重要的作用。因此，对弹性结扎圈力学性能的研究有利于提高正畸治疗效率和效能。
2.弹性结扎圈的力学性能
拉伸强度是弹性结扎圈断裂前所需的最大应力。拉伸强度大的结扎圈会产生较大的力，这会导致弓丝与托槽间的摩擦力增加，需要更多的支抗来对抗摩擦力，从而降低正畸效率。但是，拉伸强度大的结扎圈力值储存时间较长，弓丝与托槽的接触时间延长，可减少患者的复诊次数。
弹性结扎圈力学性能的另一个重要特性是弹性模量，它表示每单位拉伸力的大小，用来描述材料的刚度。弹性模量的大小可通过应力-应变曲线从零点到比例极限的斜率来测量，具有高弹性模量的结扎圈对弓丝及托槽施加更多的力。弹性结扎圈的拉伸力学性能受多种因素影响。例如品牌，温度和湿度，口腔环境等。
市场上应用的结扎圈来自不同的厂家，由于生产技术有所不同，不同品牌的结扎圈表现出的力学性能有所差异。有研究比较了不同品牌的弹性结扎圈在室温干燥环境、人工唾液和真实口腔环境中6周前后拉伸强度和最大拉伸长度的变化。结果显示，干燥环境中的结扎圈6周后拉伸强度较初始强度下降3.9%至11.9%，人工唾液和口腔环境中分别下降6.4%~18.1%和10%~33%，不同品牌结扎圈在不同条件下的机械性能变化存在显著差异。
Ahrari等评价了5种品牌的弹性结扎圈的拉伸力学性能，同样得出了不同品牌结扎圈力学性能存在显著差异的结论。弹性结扎圈的拉伸力学性能受温度和湿度的影响，可表现出快速的力损失（24h内下降至初始强度的53%~68%），并在拉伸时永久变形。在Lawal等的研究中，人工唾液组与真实口腔环境中的弹性结扎圈与干燥室温环境组相比，拉伸强度有更大幅度的下降。
这一结果与Ash等的研究结果相似，可以认为水分的存在以及温度的升高可加速拉伸弹性的丧失。同样，Evangelista等称，人工唾液中的水分可能会塑化或导致结扎圈降解，从而导致其在湿介质比干介质损失更大。口腔是一个复杂环境，唾液中的化学成分及水分，口腔内温度的变化以及口腔氟化物应用等，都可加速弹性结扎圈拉伸弹力的衰减。
Kuster等检查了两种品牌的弹性结扎圈在口内和口外环境应用时拉伸力学性能的变化。结果显示两种结扎圈在口内使用时拉伸力学性能损失更大。Guimaraes等对弹性结扎圈口内老化的研究表明，在正常口腔内使用后，弹性结扎圈拉伸强度会显著下降。有研究表明，弹性结扎圈拉伸力学性能的变化归因于一种称为水解的过程，在水解过程中，弹性材料分子中的二级键被分解，导致应力松弛和拉伸弹性降低。
一些促进口腔环境中水解的因素，如间歇应力和pH，可能部分解释了与体外介质相比，暴露于口腔环境中的弹性结扎圈弹力损失更大的原因。
3.应力松弛及其影响因素
应力松弛是指在恒定温度下，快速或短时间内施加外力，使试样产生一定的形变（或应变），维持这一应变所需的应力（等于试样内部的内应力）随时间增长而逐渐衰减的现象。一般正畸复诊周期为1~2个月，这就要求在此期间，结扎圈能够持续对弓丝和托槽产生作用力，才能够保证正畸治疗效率。然而，在临床使用中，弹性结扎圈的力学性能不断下降，应力松弛后，通过矫治器传递至牙齿的矫治力减少，导致牙齿移动速度减慢，最终影响正畸矫治效率。
口腔是一个复杂的环境，其中的一些因素，例如弹性体的作用时间，温度湿度变化、氧化作用、菌群变化等都与应力松弛有关。侯凤春等通过在体外干燥环境下对结扎圈分别负载100、150、200g的力，记录其第1、3、5、8、12、17、22、27、32天时的残余应力大小来观察结扎圈的应力松弛。研究发现，随时间延长，结扎圈会出现应力松弛现象，表现为残余应力逐渐减小，但尚不可认为结扎圈在不同负载下应力松弛比率不同。
研究表明，口腔温度会随着所摄取食物的温度的不同而不断变化，可能在0~64°C之间不等。高聚物的链段运动或整个分子运动都需要一定的时间，即松弛时间。在较低温度时，高聚物分子间内摩擦阻力较大，链段运动困难，分子运动所需松弛时间较长，即应力松弛较慢。同理，若温度升高，则分子运动加速，黏性增大，运动所需的松弛时间减少，即应力松弛较快。
同样，Kersey等研究也证明温度的升高是影响应力松弛现象的重要的因素。湿度也是影响结扎圈应力松弛的一个重要因素。Kersey等进行了湿度对结扎圈应力松弛影响的实验，认为水分会加速结扎圈的应力衰减。其原理可能是水分被聚合物吸收，渗透到大分子中。
通过溶胀和溶解，产生一种内力，破坏高分子聚合物的二级链来分离其链状结构，从而导致应力松弛。但侯凤春等发现，临床应用一段时间的透明结扎圈会出现吸水膨胀的现象，而彩色结扎圈不会。其分析认为外形的变化必定由内部分子结构引起，而结扎圈内部分子结构的改变必定会影响其应力松弛。因此，湿度对不同颜色或不同品牌的结扎圈应力松弛的影响有待进一步研究。
氧化作用可导致弹性结扎圈的降解，使其表面产生裂纹，从而导致应力松弛现象的发生。氧化作用包括高聚物大分子与臭氧和氧之间的相互作用，其机制是碳原子间的耦合键中的大分子链被臭氧优先破坏，从而导致其应力松弛。口腔环境中菌群微生物的存在也是加速正畸结扎圈降解的一个重要因素。
Bode等分离出了可导致天然橡胶和合成橡胶降解的细菌，发现这些细菌大多存在于口腔环境中，从而认为口腔内细菌的存在会加速结扎圈降解。弹性结扎圈以其舒适性和操作简便性等优势受到广大医师和患者的青睐，在临床中得到广泛应用。弹性结扎圈的力学性能会影响正畸治疗的效率。
对弹性结扎圈力学性能的的研究，也一直是正畸领域的研究热点。许多学者开展了大量的研究工作，希望阐明影响结扎圈力学性能的因素，如制造工艺，湿度，温度，口腔pH，口腔氟化物的应用，口腔内细菌堆积等，为临床应用提供参考。根据弹性结扎圈力学性能的衰减机制，可通过以下途径进行预防：①缩短复诊时间，定期更换新的结扎圈；②通过弹性结扎圈本身的改性，延缓其力学性能的衰减。
弹性结扎圈用于将弓丝固定于托槽或主动结扎关闭间隙，其周围细菌的堆积必定会影响其口内应用时力学性能的衰减。因此，如果弹性结扎圈本身具有抗菌作用，自身会形成一个抗菌保护层，并能相应地减少结扎圈周围菌斑的堆积，从而有效地延缓其力学性能地衰减，保证正畸固定矫治效率。
