口腔頜面修復(fù)與正畸中材料與結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵生物力學(xué)問(wèn)題研究.pdf

1、先進(jìn)口腔疾病治療手段的發(fā)現(xiàn)涉及材料學(xué)、生物學(xué)以及力學(xué)等多學(xué)科的交叉，其中力學(xué)往往起著主要作用。例如口腔頜面部可由于先天發(fā)育缺陷、腫瘤和外傷等造成組織缺損。頜面修復(fù)與正畸治療需要具有良好生物相容性及抗菌性的支架材料，并涉及與頜面部耦合作用的力學(xué)結(jié)構(gòu)。這些材料與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要在微納米尺度理解細(xì)胞與材料界面的相互作用，在宏觀(guān)尺度研究大變形柔韌結(jié)構(gòu)(如牙齒正畸矯治弓絲)與具有復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)且一直處于生長(zhǎng)變化狀態(tài)的頜面部組織的力學(xué)耦合。因而對(duì)口腔醫(yī)

2、學(xué)中存在的相關(guān)生物力學(xué)問(wèn)題的研究通常都具有較大難度。本論文主要圍繞頜面部修復(fù)與正畸中涉及的組織工程支架材料和正畸矯治裝置的設(shè)計(jì)，通過(guò)利用固體力學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)與納米材料學(xué)等多領(lǐng)域理論與實(shí)驗(yàn)手段，研究了石墨烯納米材料對(duì)細(xì)胞毒性作用的尺寸與濃度效應(yīng)，并因此發(fā)現(xiàn)并制備了一種具有良好醫(yī)學(xué)性能的新型支架材料；定量分析了牙齒正畸中矯治弓絲與頜面部組織間的相互作用規(guī)律，提出了實(shí)現(xiàn)前牙整體內(nèi)收這一正畸治療難題的方式；給出了計(jì)算機(jī)輔助生成個(gè)體化弓形的新技術(shù)

3、，并編制了相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件，獲得了軟件著作權(quán)與相關(guān)專(zhuān)利權(quán)。本論文的具體創(chuàng)新性結(jié)果如下：
　?。?）基于激光共聚焦顯微鏡與生物型原子力顯微鏡等先進(jìn)的細(xì)胞生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，研究了不同尺寸與濃度的氧化石墨烯微納米顆粒溶液對(duì)正常細(xì)胞和兩種癌細(xì)胞的細(xì)胞活性、細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果顯示：不同尺寸氧化石墨烯顆粒對(duì)細(xì)胞存活率的影響有明顯差異，小尺寸納米顆粒具有較大細(xì)胞毒性；氧化石墨烯顆粒對(duì)細(xì)胞形態(tài)與力學(xué)性質(zhì)方面的影響體現(xiàn)為：

4、不同細(xì)胞的表面粗糙度在納米顆粒作用下均減小，其尺寸依賴(lài)關(guān)系與細(xì)胞種類(lèi)有關(guān)。不同細(xì)胞的楊氏模量均隨納米顆粒尺寸的減小而增大；同時(shí)，納米顆粒濃度對(duì)細(xì)胞存活率也具有很大影響。
　　（2）由于聚乳酸與聚氨酯具有良好力學(xué)性能與生物相容性，因此已成為組織工程領(lǐng)域具有較好應(yīng)用前景的生物聚合物。但組織工程應(yīng)用中的支架材料除需要具有良好的生物相容性外，還要有優(yōu)異的抗菌性。為了彌補(bǔ)聚乳酸與聚氨酯聚合物材料的這一不足，同時(shí)基于微米尺寸氧化石墨烯顆粒對(duì)組

5、織細(xì)胞無(wú)毒性，但對(duì)細(xì)菌有毒性的發(fā)現(xiàn)，本文將聚乳酸、聚氨酯與微米尺寸的氧化石墨烯顆粒復(fù)合材料通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備成納米纖維支架。發(fā)現(xiàn)這一新型材料支架可促進(jìn)正常組織細(xì)胞的粘附、增殖與分化，表現(xiàn)出良好的生物相容性，同時(shí)對(duì)革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性大腸桿菌具有很好的抑制作用。
　　（3）在口腔正畸學(xué)臨床實(shí)踐中，雙頜前突及上頜前突患者的治療需要使一組牙齒整體平行移動(dòng)，而這一目標(biāo)是較難實(shí)現(xiàn)的。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本研究通過(guò)建立考慮上頜牙列

6、、牙周膜、牙槽骨與矯治弓絲之間耦合作用的三維彈性體有限元模型，基于仿真計(jì)算，分析獲得了可實(shí)現(xiàn)前牙整體內(nèi)收的條件。并依此設(shè)計(jì)出了一種新型矯治裝置，可以較為簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)上頜前牙的整體內(nèi)收。
　　（4）在牙齒正畸治療中，矯治弓絲加載于牙齒的力值大小會(huì)直接影響治療效果。臨床醫(yī)生多是根據(jù)對(duì)弓絲材料的理解和自身經(jīng)驗(yàn)來(lái)估計(jì)該力的可能大小。而如果由于經(jīng)驗(yàn)不足，醫(yī)生對(duì)力值估計(jì)不準(zhǔn)確，則可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)牙根吸收等副作用。為了解決這一問(wèn)題，獲得矯治弓絲產(chǎn)生