在模拟胃环境中的热成型和3D打印正畸矫治器中，酸性物质引起的微观降解及元素释放现象

《Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials》：Microscopic Acid-Induced Degradation and Elemental Release From Thermoformed and 3D-Printed Orthodontic Aligners in a Simulated Gastric Environment

　　微塑料在酸性环境下的降解和元素释放研究：以隐形矫治器为例，对比热成型（TFA）和3D打印（DPA）材料在pH2条件下的结构变化及金属释放特征。结果显示TFA快速降解形成凝胶状物质，AFM无法追踪；DPA表面粗糙度逐渐增加但保持结构完整性，元素释放谱明显不同，Sn在TFA占主导，而DPA富含Ca、Fe等元素。研究表明3D打印树脂在酸性条件下更具稳定性，提示材料选择对微塑料风险的影响。

　　随着现代医疗技术的发展，透明牙套因其美观性和便捷性在正畸治疗中得到了广泛应用。然而，近年来的研究逐渐揭示出这些设备在使用过程中可能释放出微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs），尤其是在机械磨损和化学降解的影响下。这些微小的塑料颗粒一旦被摄入，可能会在消化道内经历进一步的结构和化学变化，尤其是在胃部酸性环境中。因此，对这些材料在模拟胃酸条件下的降解行为和元素释放特性进行研究，显得尤为重要。

研究背景表明，当前正畸材料主要分为两种类型：热成型牙套（TFA）和直接打印牙套（DPA）。前者通常由多层芳香族热塑性聚氨酯和共聚酯混合物制成，后者则通过光聚合技术生产，使用UV固化树脂。这两种材料虽然在口腔环境中具有良好的生物相容性和耐用性，但它们在面对胃酸时的稳定性仍需深入探讨。尤其是在考虑到这些微塑料和纳米塑料可能进入人体系统并分布到其他组织时，其潜在的健康风险不容忽视。

本研究旨在评估这两种正畸材料在模拟胃酸环境下的酸诱导降解行为以及其在酸性条件下的元素释放情况。实验中使用了两种代表性的材料：Invisalign SmartTrack（TFA）和Graphy TC-85DAC（DPA）。通过原子力显微镜（AFM）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等技术手段，研究人员对材料表面的变化和元素释放进行了详细分析。

在AFM表面分析中，TFA样品在胃酸环境中表现出显著的脆弱性，迅速降解为一种无定形凝胶，使得后续的显微成像无法进行。相比之下，DPA样品在酸性条件下显示出更强的稳定性，其表面粗糙度随时间缓慢增加，且保持了相对完整的微观结构。这一结果表明，DPA在面对酸性环境时具有更好的耐受性，可能更适合作为未来正畸材料的选择。

ICP-MS分析进一步揭示了两种材料在元素释放方面的差异。TFA样品在酸处理后主要释放出锡（Sn）、钾（K）和钠（Na），而DPA样品则以钙（Ca）、钠（Na）和铁（Fe）为主要释放元素。这些元素的释放量和分布情况不仅反映了材料的化学组成，也揭示了其在胃酸环境下的降解路径和潜在的生物可利用性。值得注意的是，DPA样品在0.5M HCl溶液中表现出更高的钙和铁释放量，这可能与其材料结构和添加剂特性有关。

研究还指出，尽管当前实验仅考虑了酸性环境的影响，但实际胃部环境还包含多种酶类，如胃蛋白酶（pepsin），这些酶可能与酸性环境协同作用，进一步促进材料的降解和元素的释放。因此，未来的研究需要结合酶活性和酸性条件，以更全面地评估正畸材料在胃部环境中的行为。

此外，本研究的局限性也值得关注。模拟胃酸环境无法完全复制人体内的复杂条件，如酶活性、蠕动和温度变化等。同时，实验仅针对材料的外部表面进行了分析，未能全面评估内部结构的变化。由于不同品牌的正畸材料在成分、层压设计、交联密度、催化剂和光引发剂等方面可能存在差异，因此本研究的结果应被视为特定产品的特性，而非整个材料类别的普遍结论。

综上所述，本研究的结果强调了在正畸材料选择中，材料的生物稳定性和环境安全性的重要性。尽管3D打印技术在材料效率和精度方面具有优势，但其在胃酸环境下的表现仍需进一步研究。未来的研究应关注不同材料在多种环境条件下的行为，以确保正畸材料的安全性和有效性，减少其在使用过程中可能带来的健康风险。同时，研究结果也为开发更环保、更安全的正畸材料提供了科学依据，有助于推动正畸技术的可持续发展。