牙齿咬合不齐困扰着50%以上的人群，会导致咀嚼功能异常等问题。随着人们对口腔健康及牙齿美观的关注度不断提高，口腔正畸治疗的需求人群迅速增加。力学正畸矫治牙套驱使牙齿定向移动，是临床常用的正畸治疗方法。然而，基于力学矫治牙套进行正畸仍面临着周期长、效率低等问题，且龋齿、牙周炎等不良并发症的发生率随佩戴治疗时间增加不断升高。因此，如何在标准正畸范式下，提高正畸效率、缩短治疗周期仍是临床正畸面临的重要挑战。
电子科技大学材料与能源学院柔性电子团队在前期工作证实了基于柔性电子器件的物理干预能够加速骨组织的损伤愈合代谢（PNAS, 118, e2100772118, 2021），且力电协同物理场干预对标准有序康复范式的建立具有重要指导意义（Science Advances, 8, eabl8379, 2022）。在前期工作基础上，电子科技大学柔性电子团队林媛教授课题组姚光联合四川大学华西口腔医院王军教授提出了一种个性化定制、咬合激活的力电协同正畸牙套，在青年和老龄大鼠模型上实现了高效牙齿移动验证（图1）。相关成果以“Effective orthodontic tooth movement via an occlusion-activated electromechanical synergistic dental aligner”为题发表在国际期刊《ACS Nano》。电子科技大学林媛、姚光、华西口腔王军为共同通讯作者，电子科技大学柔性电子团队博士生王倩、华西口腔医院博士生张杰为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、西藏自治区科技厅、电子科大医工交叉联合基金、华西口腔医院研发基金等项目的支持。咬合激活的力电协同正畸牙套如图1所示，将可延展柔性压电单元和透明蛇形电极分别集成于个性化定制力学正畸矫治牙套的底面和侧面，其中压电单元具有微结构多层堆叠配置。集成牙套的结构类似于商业隐形牙齿矫治器，可以无缝贴附于牙齿，用于实现高效的正畸牙移动。图1. 咬合激活的力电协同正畸牙套。(a) 器件结构示意图和分解图。(b) 器件及压电单元的光学图像。通过对压电单元及透明电极的力学结构设计及优化，力电协同牙套在日常咬合过程中能够将机械能量转换为离散脉冲电场，兼具灵敏性和鲁棒性，且佩戴过程中不影响正常进食（图2）。图2. 力电协同正畸牙套的工作原理和压电输出性能。(a) 咬合过程中协同牙套中压电单元的工作原理示意图。(b)不同构型压电单元的电压输出。(c)不同频率和压力下的压电输出。(d) 进食过程中的压电输出。图3. 力电协同牙套干预下青年和老龄大鼠的正畸牙移动表征及分析。力电协同干预18天后，青年和老龄大鼠的正畸牙移动效率分别提高了34%和164%（图3）。机制上，力电协同干预调控了牙移动过程中牙槽骨微环境，牙周膜细胞在正畸机械力和物理电场的协同干预下，增强了成骨细胞和破骨细胞的活性，实现了对牙槽骨吸收和重塑这一循环过程的调控优化，进而促进了牙槽骨改建，最终加速了牙齿正畸移动（图4）。本工作报道的个性化力电协同正畸牙套，为临床高效正畸提供了一种新范式，也对不同年龄阶段的正畸治疗人群具有指导意义。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c03385
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https://materials.uestc.edu.cn/kxyj/kytd/rxwjbmdzqjtd.htm
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