新型活动连接装置用于非共同就位道MARPE
材料与方法 1.1 仪器和试剂 3D打印机为上海普利生机电科技有限公司产品；3D创造程序(Cinema4D)为德国MAXON公司产品；VoxeldanceTango软件为上海漫格科技有限公司；JDF05静电纺丝机为长沙纳仪仪器科技有限公司产品；扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)为捷克TESCAN有限公司产品。荧光显微镜为德国徕卡仪器有限公司产品。电子式万能试验机为日本岛津公司产品。微种植钉为德国Dentaurum公司产品。微孔板荧光仪为美国Biotek仪器有限公司产品。 牛血清白蛋白、青霉素和链霉素溶液和培养基均购自上海逍鹏生物科技有限公司。活细胞/死细胞双染试剂盒和细胞计数试剂盒-8(cell counting kit-8，CCK-8)试剂盒均购自翌圣生物科技(上海)股份有限公司。 家蚕丝茧由西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室提供。小鼠胚胎成纤维细胞系NIH 3T3细胞来源于美国型培养集合。 1.2 方法 1.2.1 制作微种植钉帽 应用计算机辅助设计、3D打印技术中的立体光刻成型技术，经过特定的自动化过程逐层添加标准材料  ，紫外激光束照射液态光敏树脂逐层固化，实现3D物体的构建和制作。微种植钉帽由内部圆柱套筒和外部保护环2部分组成。外部结构与树脂直接接触，通过破坏外部保护环拔出内部圆柱套筒。 1)应用3D扫描系统记录种植钉数据，运用逆向工程软件Geomagic Wrap测量并生成精准且能模拟植入骨组织后状态的最佳拟合数据。 2)应用3D创造程序创建圆柱体(高=5.00 mm、直径=3.96 mm)与长方体(长=4.00 mm、宽=0.55 mm、高= 0.53 mm)，随后将长方体放置在圆柱体周围(图 A~ B)。 3)应用3D创造程序创建2个不同直径的圆柱体并重叠其轴心与底部，根据种植体大小调整圆柱体内部直径，大圆柱体直径比小圆柱体直径至少大1 mm。将内部圆柱套筒壁固定为0.5 mm，筒壁过薄会造成强度不足，筒壁过厚会增加临床不适感及扩弓器制作难度。大圆柱体与小圆柱体应用布尔运算减去重叠部分体积形成内部圆柱套筒，内部圆柱套筒紧密贴合种植体，使力能更好地传导至扩弓器( C)。 4)应用3D创造程序创建长方体(长=1.1 mm、宽=0.5 mm、高=6.0 mm)，布尔运算减去内部圆柱套筒与长方体之间的重叠，设计的凹槽允许临床使用一字螺丝刀辅助旋转( D)。 5)应用布尔运算叠加圆柱套筒和长方体使其形成整体，生成完整内部圆柱套筒，内部圆柱凸起结构与外部保护环凹槽结构契合，可防止转动( E)。 6)圆柱体布尔运算减去长方体，生成外部保护环。将内部圆柱套筒和外部保护环文件导入VoxeldanceTango 2.11，创建虚拟基台支架(图 F~ G、 K~ L)并存为STL文件。 7)将STL文件传输到3D打印机，层厚设置为0.07 mm，树脂打印温度保持在32 ℃，开启3D打印(图 H、 M)。 8)将微种植钉帽内部圆柱套筒和外部保护环套叠以待使用( P)。 1.2.2 制作SF电纺膜 1.2.2.1 PEO/SF水溶液的制备 SF水溶液的制备方法如文献所述，将蚕丝置于沸腾的0.02 mol/L碳酸钠溶液中脱胶30 min，用超纯水漂洗干净并干燥，处理后的蚕丝溶解在 9.3 mol/L溴化锂溶液中，于60 ℃溶解4 h，用超纯水连续透析48 h，将SF溶液离心去除不溶残留物，并将其稀释至7%(w/v)。制备4%(w/v)聚环氧乙烷(polyethylene oxide，PEO)水溶液。根据PEO与SF重量比10/90、20/80、30/70分别制备不同浓度的PEO/SF水溶液，常温下磁力搅拌10 min，制得纺丝液，溶液均保存在4 ℃备用。 1.2.2.2 SF电纺膜的制备 利用静电纺丝技术制备SF电纺膜。优化电纺参数：纺丝电压为14 kV，纺丝距离为20 cm，助推泵流速为1.5 mL/h，温度为30 ℃，相对湿度(relative humidity，RH)为30%，以实现稳定可重复的纺丝。将 10 mL不同PEO与SF重量比的纺丝液注入注射器中连续电纺，得到电纺膜，将所制的电纺膜置于60 ℃真空干燥箱中干燥24 h，并将每张膜分成2份，1份备用，另1份经水蒸气交联24 h后进行分组[10%PEO组(PEO与SF重量比为10꞉90)、20%PEO组(PEO与SF重量比为20꞉80)、30%PEO组(PEO与SF重量比为 30꞉70)]。 1.2.3 SEM 采用SEM获得电纺膜纤维的图像，成像前在膜上进行喷金处理提高样品的导电性。从每种电纺膜图像中随机选择50根纤维来确定平均纤维直径。 1.2.4 傅里叶红外光谱 采用傅里叶红外光谱仪(Fourier-transform infrared spectroscope，FTIR)对不同浓度SF电纺膜进行测试，光谱波段为500~4 000 cm -1 。 1.2.5 机械性能检测 通过电子式万能试验机进行压缩和拉伸试验，评估微种植钉帽和SF电纺膜的机械强度。湿态下的力学测试需在测试前将电纺膜切割为3 cm×1 cm大小，浸入磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline，PBS)中约5 min，以确保达到充分水化，用上下夹板固定电纺膜，试验站传感器以10 mm/min的速度垂直向拉伸直至断裂。同理，将微种植钉帽内部圆柱套筒和外环固定在上下夹板内，试验站传感器以 10 mm/min的速度垂直向拉伸直至分离。最后将微种植钉帽横向放在刚性平台上，试验站传感器以 10 mm/min的速度向下压至碎裂。每个样品重复测量3次，均记录位移和力。 1.2.6 SF电纺膜的体外降解检测 将SF电纺膜制备为5 cm×2 cm大小后置于离心管中，每支离心管加入10mL PBS(pH=7.4)，将离心管置于37 ℃恒温振荡水浴锅持续摇晃观察7 d，分别在第1、3、7天取出浸泡样品，用去离子水洗涤3次，置于干燥箱中充分干燥至恒重，称重，所有样品均称重3次取平均值。计算质量比，质量比=(W1÷W0)×100%(W1为浸泡后称重，W0为浸泡前称重)。 1.2.7 装置密合性检测 通过体外模拟应用，验证微种植帽与种植钉之间SF电纺膜的密合性。将2个种植钉帽分别盖在2颗1.4 mm×8 mm种植钉上，用光固化树脂包埋，选取制备的2个典型水平截面。再用SF电纺膜包绕覆盖种植钉，盖种植钉帽，光固化树脂包埋，制备2个同水平对应截面。分别在宏观和SEM下对比微种植帽与种植钉之间SF电纺膜使用前后密合性差异。 1.2.8 生物相容性检测 NIH 3T3细胞在含有10%牛血清白蛋白和1%青霉素和链霉素溶液的DEME培养基中，置于37 ℃和含5% CO 2 的细胞培养箱中培养。 SF电纺膜按提取比0.1 g/mL(样品重量/提取介质体积)、微种植钉帽按提取比3 cm 2 /mL(样品表面积/提取介质体积)的比例将样品分别在DEME培养基中浸泡1 d制备提取液，提取液使用过滤器进行灭菌。NIH 3T3细胞以1.0×10 4 个/cm 2 的密度接种于24孔板中，分别在DEME培养基、20%PEO的SF电纺膜提取液、微种植钉帽提取液及含5%二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)的培养基中培养24 h。 使用活细胞/死细胞双染试剂盒按照制造商说明进行细胞相容性评估。在荧光显微镜下观察细胞数目和形态。 CCK-8测定法在孵育第1、2和3天后( n =4)用于定量评估细胞增殖。CCK-8结果采用分光光度法，按厂家说明书检测。 1.2.9 临床过程 1.2.9.1 病例资料 患者，男，13岁，因“地包天”于2023年11月14日至湖南中南大学湘雅口腔医院就诊。双侧颞下颌关节无弹响疼痛史。否认传染病史和药物过敏史。入院查体：面部不对称，颏部左偏，面下1/3稍长，侧面观为凹面型，下颌前突。口内检查：恒牙列，双侧尖牙磨牙近中关系，上下中线不齐，下中线左偏1 mm，反覆牙合I度，反覆盖1.5 mm，上前牙散隙，33~43反牙合。模型分析：上颌牙弓拥挤-1 mm，下颌牙弓拥挤1 mm，Bolton指数全牙比94.8%，前牙比77.4%。头影测量示：SNA角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到上颌前缘点的连线之间的夹角)为73.3°，SNB角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为74.3°，ANB角(鼻根点到上颌前缘点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为-1°，MP/SN(下颌平面与前颅底平面的交角)为50°，MP/FH(下颌平面与眼耳平面的交角)为38.2°。锥形束计算机断层扫描(computed tomography cone beam，CBCT)示：腭中缝成熟度位于D期。诊断为骨性III类错牙合、安氏III类错牙合、高角(图 A~ K)。 1.2.9.2 治疗方案 双期矫治，I期扩弓+前牵，II期视I期治疗效果决定。所有操作均由同一名高年资正畸医生完成。本研究已获得湖南中南大学湘雅口腔医院医学伦理委员会批准(审批号：20230017)。 首先，在CBCT上测量腭侧预植入点软硬组织厚度，选择微种植钉规格(1.4 mm×6 mm，1.4 mm×8 mm，1.4 mm×10 mm)，于第2前磨牙和第1磨牙间骨质密度较佳处植入2颗微种植钉，用iTero进行口腔内扫描，个性化制作牙骨混合支持式扩弓器。然后，试戴微种植钉帽和扩弓器，粘接固定扩弓器，润湿SF电纺膜，使其包绕覆盖微种植钉，盖上微种植钉帽，光固化树脂连接扩弓器和微种植钉帽。最后，嘱患者扩弓(1次/天，共28次)，密切监测扩弓情况，当上颌中切牙间出现缝隙时，即认为扩张成功。MARPE结束后保持6个月，分离腭中缝发生骨改建  ，6个月后去除扩弓器和种植钉，进行后续矫治。 1.3 统计学处理 采用GraphPad Prism 10统计学软件进行数据分析。数据均以均数±标准差表示，采用 t 检验(2组)或单因素方差分析(one-way ANOVA)进行统计学比较，采用Tukey事后检验进行多重比较( n =3)。 P <0.05为差异具有统计学意义。 

仪器和试剂 3D打印机为上海普利生机电科技有限公司产品；3D创造程序(Cinema4D)为德国MAXON公司产品；VoxeldanceTango软件为上海漫格科技有限公司；JDF05静电纺丝机为长沙纳仪仪器科技有限公司产品；扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)为捷克TESCAN有限公司产品。荧光显微镜为德国徕卡仪器有限公司产品。电子式万能试验机为日本岛津公司产品。微种植钉为德国Dentaurum公司产品。微孔板荧光仪为美国Biotek仪器有限公司产品。 牛血清白蛋白、青霉素和链霉素溶液和培养基均购自上海逍鹏生物科技有限公司。活细胞/死细胞双染试剂盒和细胞计数试剂盒-8(cell counting kit-8，CCK-8)试剂盒均购自翌圣生物科技(上海)股份有限公司。 家蚕丝茧由西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室提供。小鼠胚胎成纤维细胞系NIH 3T3细胞来源于美国型培养集合。 

方法 1.2.1 制作微种植钉帽 应用计算机辅助设计、3D打印技术中的立体光刻成型技术，经过特定的自动化过程逐层添加标准材料  ，紫外激光束照射液态光敏树脂逐层固化，实现3D物体的构建和制作。微种植钉帽由内部圆柱套筒和外部保护环2部分组成。外部结构与树脂直接接触，通过破坏外部保护环拔出内部圆柱套筒。 1)应用3D扫描系统记录种植钉数据，运用逆向工程软件Geomagic Wrap测量并生成精准且能模拟植入骨组织后状态的最佳拟合数据。 2)应用3D创造程序创建圆柱体(高=5.00 mm、直径=3.96 mm)与长方体(长=4.00 mm、宽=0.55 mm、高= 0.53 mm)，随后将长方体放置在圆柱体周围(图 A~ B)。 3)应用3D创造程序创建2个不同直径的圆柱体并重叠其轴心与底部，根据种植体大小调整圆柱体内部直径，大圆柱体直径比小圆柱体直径至少大1 mm。将内部圆柱套筒壁固定为0.5 mm，筒壁过薄会造成强度不足，筒壁过厚会增加临床不适感及扩弓器制作难度。大圆柱体与小圆柱体应用布尔运算减去重叠部分体积形成内部圆柱套筒，内部圆柱套筒紧密贴合种植体，使力能更好地传导至扩弓器( C)。 4)应用3D创造程序创建长方体(长=1.1 mm、宽=0.5 mm、高=6.0 mm)，布尔运算减去内部圆柱套筒与长方体之间的重叠，设计的凹槽允许临床使用一字螺丝刀辅助旋转( D)。 5)应用布尔运算叠加圆柱套筒和长方体使其形成整体，生成完整内部圆柱套筒，内部圆柱凸起结构与外部保护环凹槽结构契合，可防止转动( E)。 6)圆柱体布尔运算减去长方体，生成外部保护环。将内部圆柱套筒和外部保护环文件导入VoxeldanceTango 2.11，创建虚拟基台支架(图 F~ G、 K~ L)并存为STL文件。 7)将STL文件传输到3D打印机，层厚设置为0.07 mm，树脂打印温度保持在32 ℃，开启3D打印(图 H、 M)。 8)将微种植钉帽内部圆柱套筒和外部保护环套叠以待使用( P)。 1.2.2 制作SF电纺膜 1.2.2.1 PEO/SF水溶液的制备 SF水溶液的制备方法如文献所述，将蚕丝置于沸腾的0.02 mol/L碳酸钠溶液中脱胶30 min，用超纯水漂洗干净并干燥，处理后的蚕丝溶解在 9.3 mol/L溴化锂溶液中，于60 ℃溶解4 h，用超纯水连续透析48 h，将SF溶液离心去除不溶残留物，并将其稀释至7%(w/v)。制备4%(w/v)聚环氧乙烷(polyethylene oxide，PEO)水溶液。根据PEO与SF重量比10/90、20/80、30/70分别制备不同浓度的PEO/SF水溶液，常温下磁力搅拌10 min，制得纺丝液，溶液均保存在4 ℃备用。 1.2.2.2 SF电纺膜的制备 利用静电纺丝技术制备SF电纺膜。优化电纺参数：纺丝电压为14 kV，纺丝距离为20 cm，助推泵流速为1.5 mL/h，温度为30 ℃，相对湿度(relative humidity，RH)为30%，以实现稳定可重复的纺丝。将 10 mL不同PEO与SF重量比的纺丝液注入注射器中连续电纺，得到电纺膜，将所制的电纺膜置于60 ℃真空干燥箱中干燥24 h，并将每张膜分成2份，1份备用，另1份经水蒸气交联24 h后进行分组[10%PEO组(PEO与SF重量比为10꞉90)、20%PEO组(PEO与SF重量比为20꞉80)、30%PEO组(PEO与SF重量比为 30꞉70)]。 1.2.3 SEM 采用SEM获得电纺膜纤维的图像，成像前在膜上进行喷金处理提高样品的导电性。从每种电纺膜图像中随机选择50根纤维来确定平均纤维直径。 1.2.4 傅里叶红外光谱 采用傅里叶红外光谱仪(Fourier-transform infrared spectroscope，FTIR)对不同浓度SF电纺膜进行测试，光谱波段为500~4 000 cm -1 。 1.2.5 机械性能检测 通过电子式万能试验机进行压缩和拉伸试验，评估微种植钉帽和SF电纺膜的机械强度。湿态下的力学测试需在测试前将电纺膜切割为3 cm×1 cm大小，浸入磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline，PBS)中约5 min，以确保达到充分水化，用上下夹板固定电纺膜，试验站传感器以10 mm/min的速度垂直向拉伸直至断裂。同理，将微种植钉帽内部圆柱套筒和外环固定在上下夹板内，试验站传感器以 10 mm/min的速度垂直向拉伸直至分离。最后将微种植钉帽横向放在刚性平台上，试验站传感器以 10 mm/min的速度向下压至碎裂。每个样品重复测量3次，均记录位移和力。 1.2.6 SF电纺膜的体外降解检测 将SF电纺膜制备为5 cm×2 cm大小后置于离心管中，每支离心管加入10mL PBS(pH=7.4)，将离心管置于37 ℃恒温振荡水浴锅持续摇晃观察7 d，分别在第1、3、7天取出浸泡样品，用去离子水洗涤3次，置于干燥箱中充分干燥至恒重，称重，所有样品均称重3次取平均值。计算质量比，质量比=(W1÷W0)×100%(W1为浸泡后称重，W0为浸泡前称重)。 1.2.7 装置密合性检测 通过体外模拟应用，验证微种植帽与种植钉之间SF电纺膜的密合性。将2个种植钉帽分别盖在2颗1.4 mm×8 mm种植钉上，用光固化树脂包埋，选取制备的2个典型水平截面。再用SF电纺膜包绕覆盖种植钉，盖种植钉帽，光固化树脂包埋，制备2个同水平对应截面。分别在宏观和SEM下对比微种植帽与种植钉之间SF电纺膜使用前后密合性差异。 1.2.8 生物相容性检测 NIH 3T3细胞在含有10%牛血清白蛋白和1%青霉素和链霉素溶液的DEME培养基中，置于37 ℃和含5% CO 2 的细胞培养箱中培养。 SF电纺膜按提取比0.1 g/mL(样品重量/提取介质体积)、微种植钉帽按提取比3 cm 2 /mL(样品表面积/提取介质体积)的比例将样品分别在DEME培养基中浸泡1 d制备提取液，提取液使用过滤器进行灭菌。NIH 3T3细胞以1.0×10 4 个/cm 2 的密度接种于24孔板中，分别在DEME培养基、20%PEO的SF电纺膜提取液、微种植钉帽提取液及含5%二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)的培养基中培养24 h。 使用活细胞/死细胞双染试剂盒按照制造商说明进行细胞相容性评估。在荧光显微镜下观察细胞数目和形态。 CCK-8测定法在孵育第1、2和3天后( n =4)用于定量评估细胞增殖。CCK-8结果采用分光光度法，按厂家说明书检测。 1.2.9 临床过程 1.2.9.1 病例资料 患者，男，13岁，因“地包天”于2023年11月14日至湖南中南大学湘雅口腔医院就诊。双侧颞下颌关节无弹响疼痛史。否认传染病史和药物过敏史。入院查体：面部不对称，颏部左偏，面下1/3稍长，侧面观为凹面型，下颌前突。口内检查：恒牙列，双侧尖牙磨牙近中关系，上下中线不齐，下中线左偏1 mm，反覆牙合I度，反覆盖1.5 mm，上前牙散隙，33~43反牙合。模型分析：上颌牙弓拥挤-1 mm，下颌牙弓拥挤1 mm，Bolton指数全牙比94.8%，前牙比77.4%。头影测量示：SNA角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到上颌前缘点的连线之间的夹角)为73.3°，SNB角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为74.3°，ANB角(鼻根点到上颌前缘点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为-1°，MP/SN(下颌平面与前颅底平面的交角)为50°，MP/FH(下颌平面与眼耳平面的交角)为38.2°。锥形束计算机断层扫描(computed tomography cone beam，CBCT)示：腭中缝成熟度位于D期。诊断为骨性III类错牙合、安氏III类错牙合、高角(图 A~ K)。 1.2.9.2 治疗方案 双期矫治，I期扩弓+前牵，II期视I期治疗效果决定。所有操作均由同一名高年资正畸医生完成。本研究已获得湖南中南大学湘雅口腔医院医学伦理委员会批准(审批号：20230017)。 首先，在CBCT上测量腭侧预植入点软硬组织厚度，选择微种植钉规格(1.4 mm×6 mm，1.4 mm×8 mm，1.4 mm×10 mm)，于第2前磨牙和第1磨牙间骨质密度较佳处植入2颗微种植钉，用iTero进行口腔内扫描，个性化制作牙骨混合支持式扩弓器。然后，试戴微种植钉帽和扩弓器，粘接固定扩弓器，润湿SF电纺膜，使其包绕覆盖微种植钉，盖上微种植钉帽，光固化树脂连接扩弓器和微种植钉帽。最后，嘱患者扩弓(1次/天，共28次)，密切监测扩弓情况，当上颌中切牙间出现缝隙时，即认为扩张成功。MARPE结束后保持6个月，分离腭中缝发生骨改建  ，6个月后去除扩弓器和种植钉，进行后续矫治。 

制作微种植钉帽 应用计算机辅助设计、3D打印技术中的立体光刻成型技术，经过特定的自动化过程逐层添加标准材料  ，紫外激光束照射液态光敏树脂逐层固化，实现3D物体的构建和制作。微种植钉帽由内部圆柱套筒和外部保护环2部分组成。外部结构与树脂直接接触，通过破坏外部保护环拔出内部圆柱套筒。 1)应用3D扫描系统记录种植钉数据，运用逆向工程软件Geomagic Wrap测量并生成精准且能模拟植入骨组织后状态的最佳拟合数据。 2)应用3D创造程序创建圆柱体(高=5.00 mm、直径=3.96 mm)与长方体(长=4.00 mm、宽=0.55 mm、高= 0.53 mm)，随后将长方体放置在圆柱体周围(图 A~ B)。 3)应用3D创造程序创建2个不同直径的圆柱体并重叠其轴心与底部，根据种植体大小调整圆柱体内部直径，大圆柱体直径比小圆柱体直径至少大1 mm。将内部圆柱套筒壁固定为0.5 mm，筒壁过薄会造成强度不足，筒壁过厚会增加临床不适感及扩弓器制作难度。大圆柱体与小圆柱体应用布尔运算减去重叠部分体积形成内部圆柱套筒，内部圆柱套筒紧密贴合种植体，使力能更好地传导至扩弓器( C)。 4)应用3D创造程序创建长方体(长=1.1 mm、宽=0.5 mm、高=6.0 mm)，布尔运算减去内部圆柱套筒与长方体之间的重叠，设计的凹槽允许临床使用一字螺丝刀辅助旋转( D)。 5)应用布尔运算叠加圆柱套筒和长方体使其形成整体，生成完整内部圆柱套筒，内部圆柱凸起结构与外部保护环凹槽结构契合，可防止转动( E)。 6)圆柱体布尔运算减去长方体，生成外部保护环。将内部圆柱套筒和外部保护环文件导入VoxeldanceTango 2.11，创建虚拟基台支架(图 F~ G、 K~ L)并存为STL文件。 7)将STL文件传输到3D打印机，层厚设置为0.07 mm，树脂打印温度保持在32 ℃，开启3D打印(图 H、 M)。 8)将微种植钉帽内部圆柱套筒和外部保护环套叠以待使用( P)。 

制作SF电纺膜 1.2.2.1 PEO/SF水溶液的制备 SF水溶液的制备方法如文献所述，将蚕丝置于沸腾的0.02 mol/L碳酸钠溶液中脱胶30 min，用超纯水漂洗干净并干燥，处理后的蚕丝溶解在 9.3 mol/L溴化锂溶液中，于60 ℃溶解4 h，用超纯水连续透析48 h，将SF溶液离心去除不溶残留物，并将其稀释至7%(w/v)。制备4%(w/v)聚环氧乙烷(polyethylene oxide，PEO)水溶液。根据PEO与SF重量比10/90、20/80、30/70分别制备不同浓度的PEO/SF水溶液，常温下磁力搅拌10 min，制得纺丝液，溶液均保存在4 ℃备用。 1.2.2.2 SF电纺膜的制备 利用静电纺丝技术制备SF电纺膜。优化电纺参数：纺丝电压为14 kV，纺丝距离为20 cm，助推泵流速为1.5 mL/h，温度为30 ℃，相对湿度(relative humidity，RH)为30%，以实现稳定可重复的纺丝。将 10 mL不同PEO与SF重量比的纺丝液注入注射器中连续电纺，得到电纺膜，将所制的电纺膜置于60 ℃真空干燥箱中干燥24 h，并将每张膜分成2份，1份备用，另1份经水蒸气交联24 h后进行分组[10%PEO组(PEO与SF重量比为10꞉90)、20%PEO组(PEO与SF重量比为20꞉80)、30%PEO组(PEO与SF重量比为 30꞉70)]。 

PEO/SF水溶液的制备 SF水溶液的制备方法如文献所述，将蚕丝置于沸腾的0.02 mol/L碳酸钠溶液中脱胶30 min，用超纯水漂洗干净并干燥，处理后的蚕丝溶解在 9.3 mol/L溴化锂溶液中，于60 ℃溶解4 h，用超纯水连续透析48 h，将SF溶液离心去除不溶残留物，并将其稀释至7%(w/v)。制备4%(w/v)聚环氧乙烷(polyethylene oxide，PEO)水溶液。根据PEO与SF重量比10/90、20/80、30/70分别制备不同浓度的PEO/SF水溶液，常温下磁力搅拌10 min，制得纺丝液，溶液均保存在4 ℃备用。 

SF电纺膜的制备 利用静电纺丝技术制备SF电纺膜。优化电纺参数：纺丝电压为14 kV，纺丝距离为20 cm，助推泵流速为1.5 mL/h，温度为30 ℃，相对湿度(relative humidity，RH)为30%，以实现稳定可重复的纺丝。将 10 mL不同PEO与SF重量比的纺丝液注入注射器中连续电纺，得到电纺膜，将所制的电纺膜置于60 ℃真空干燥箱中干燥24 h，并将每张膜分成2份，1份备用，另1份经水蒸气交联24 h后进行分组[10%PEO组(PEO与SF重量比为10꞉90)、20%PEO组(PEO与SF重量比为20꞉80)、30%PEO组(PEO与SF重量比为 30꞉70)]。 

SEM 采用SEM获得电纺膜纤维的图像，成像前在膜上进行喷金处理提高样品的导电性。从每种电纺膜图像中随机选择50根纤维来确定平均纤维直径。 

傅里叶红外光谱 采用傅里叶红外光谱仪(Fourier-transform infrared spectroscope，FTIR)对不同浓度SF电纺膜进行测试，光谱波段为500~4 000 cm -1 。 

机械性能检测 通过电子式万能试验机进行压缩和拉伸试验，评估微种植钉帽和SF电纺膜的机械强度。湿态下的力学测试需在测试前将电纺膜切割为3 cm×1 cm大小，浸入磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline，PBS)中约5 min，以确保达到充分水化，用上下夹板固定电纺膜，试验站传感器以10 mm/min的速度垂直向拉伸直至断裂。同理，将微种植钉帽内部圆柱套筒和外环固定在上下夹板内，试验站传感器以 10 mm/min的速度垂直向拉伸直至分离。最后将微种植钉帽横向放在刚性平台上，试验站传感器以 10 mm/min的速度向下压至碎裂。每个样品重复测量3次，均记录位移和力。 

SF电纺膜的体外降解检测 将SF电纺膜制备为5 cm×2 cm大小后置于离心管中，每支离心管加入10mL PBS(pH=7.4)，将离心管置于37 ℃恒温振荡水浴锅持续摇晃观察7 d，分别在第1、3、7天取出浸泡样品，用去离子水洗涤3次，置于干燥箱中充分干燥至恒重，称重，所有样品均称重3次取平均值。计算质量比，质量比=(W1÷W0)×100%(W1为浸泡后称重，W0为浸泡前称重)。 

装置密合性检测 通过体外模拟应用，验证微种植帽与种植钉之间SF电纺膜的密合性。将2个种植钉帽分别盖在2颗1.4 mm×8 mm种植钉上，用光固化树脂包埋，选取制备的2个典型水平截面。再用SF电纺膜包绕覆盖种植钉，盖种植钉帽，光固化树脂包埋，制备2个同水平对应截面。分别在宏观和SEM下对比微种植帽与种植钉之间SF电纺膜使用前后密合性差异。 

生物相容性检测 NIH 3T3细胞在含有10%牛血清白蛋白和1%青霉素和链霉素溶液的DEME培养基中，置于37 ℃和含5% CO 2 的细胞培养箱中培养。 SF电纺膜按提取比0.1 g/mL(样品重量/提取介质体积)、微种植钉帽按提取比3 cm 2 /mL(样品表面积/提取介质体积)的比例将样品分别在DEME培养基中浸泡1 d制备提取液，提取液使用过滤器进行灭菌。NIH 3T3细胞以1.0×10 4 个/cm 2 的密度接种于24孔板中，分别在DEME培养基、20%PEO的SF电纺膜提取液、微种植钉帽提取液及含5%二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)的培养基中培养24 h。 使用活细胞/死细胞双染试剂盒按照制造商说明进行细胞相容性评估。在荧光显微镜下观察细胞数目和形态。 CCK-8测定法在孵育第1、2和3天后( n =4)用于定量评估细胞增殖。CCK-8结果采用分光光度法，按厂家说明书检测。 

临床过程 1.2.9.1 病例资料 患者，男，13岁，因“地包天”于2023年11月14日至湖南中南大学湘雅口腔医院就诊。双侧颞下颌关节无弹响疼痛史。否认传染病史和药物过敏史。入院查体：面部不对称，颏部左偏，面下1/3稍长，侧面观为凹面型，下颌前突。口内检查：恒牙列，双侧尖牙磨牙近中关系，上下中线不齐，下中线左偏1 mm，反覆牙合I度，反覆盖1.5 mm，上前牙散隙，33~43反牙合。模型分析：上颌牙弓拥挤-1 mm，下颌牙弓拥挤1 mm，Bolton指数全牙比94.8%，前牙比77.4%。头影测量示：SNA角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到上颌前缘点的连线之间的夹角)为73.3°，SNB角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为74.3°，ANB角(鼻根点到上颌前缘点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为-1°，MP/SN(下颌平面与前颅底平面的交角)为50°，MP/FH(下颌平面与眼耳平面的交角)为38.2°。锥形束计算机断层扫描(computed tomography cone beam，CBCT)示：腭中缝成熟度位于D期。诊断为骨性III类错牙合、安氏III类错牙合、高角(图 A~ K)。 1.2.9.2 治疗方案 双期矫治，I期扩弓+前牵，II期视I期治疗效果决定。所有操作均由同一名高年资正畸医生完成。本研究已获得湖南中南大学湘雅口腔医院医学伦理委员会批准(审批号：20230017)。 首先，在CBCT上测量腭侧预植入点软硬组织厚度，选择微种植钉规格(1.4 mm×6 mm，1.4 mm×8 mm，1.4 mm×10 mm)，于第2前磨牙和第1磨牙间骨质密度较佳处植入2颗微种植钉，用iTero进行口腔内扫描，个性化制作牙骨混合支持式扩弓器。然后，试戴微种植钉帽和扩弓器，粘接固定扩弓器，润湿SF电纺膜，使其包绕覆盖微种植钉，盖上微种植钉帽，光固化树脂连接扩弓器和微种植钉帽。最后，嘱患者扩弓(1次/天，共28次)，密切监测扩弓情况，当上颌中切牙间出现缝隙时，即认为扩张成功。MARPE结束后保持6个月，分离腭中缝发生骨改建  ，6个月后去除扩弓器和种植钉，进行后续矫治。 

病例资料 患者，男，13岁，因“地包天”于2023年11月14日至湖南中南大学湘雅口腔医院就诊。双侧颞下颌关节无弹响疼痛史。否认传染病史和药物过敏史。入院查体：面部不对称，颏部左偏，面下1/3稍长，侧面观为凹面型，下颌前突。口内检查：恒牙列，双侧尖牙磨牙近中关系，上下中线不齐，下中线左偏1 mm，反覆牙合I度，反覆盖1.5 mm，上前牙散隙，33~43反牙合。模型分析：上颌牙弓拥挤-1 mm，下颌牙弓拥挤1 mm，Bolton指数全牙比94.8%，前牙比77.4%。头影测量示：SNA角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到上颌前缘点的连线之间的夹角)为73.3°，SNB角(蝶鞍中心点到鼻根点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为74.3°，ANB角(鼻根点到上颌前缘点的连线与鼻根点到下颌前缘点的连线之间的夹角)为-1°，MP/SN(下颌平面与前颅底平面的交角)为50°，MP/FH(下颌平面与眼耳平面的交角)为38.2°。锥形束计算机断层扫描(computed tomography cone beam，CBCT)示：腭中缝成熟度位于D期。诊断为骨性III类错牙合、安氏III类错牙合、高角(图 A~ K)。 

治疗方案 双期矫治，I期扩弓+前牵，II期视I期治疗效果决定。所有操作均由同一名高年资正畸医生完成。本研究已获得湖南中南大学湘雅口腔医院医学伦理委员会批准(审批号：20230017)。 首先，在CBCT上测量腭侧预植入点软硬组织厚度，选择微种植钉规格(1.4 mm×6 mm，1.4 mm×8 mm，1.4 mm×10 mm)，于第2前磨牙和第1磨牙间骨质密度较佳处植入2颗微种植钉，用iTero进行口腔内扫描，个性化制作牙骨混合支持式扩弓器。然后，试戴微种植钉帽和扩弓器，粘接固定扩弓器，润湿SF电纺膜，使其包绕覆盖微种植钉，盖上微种植钉帽，光固化树脂连接扩弓器和微种植钉帽。最后，嘱患者扩弓(1次/天，共28次)，密切监测扩弓情况，当上颌中切牙间出现缝隙时，即认为扩张成功。MARPE结束后保持6个月，分离腭中缝发生骨改建  ，6个月后去除扩弓器和种植钉，进行后续矫治。 

统计学处理 采用GraphPad Prism 10统计学软件进行数据分析。数据均以均数±标准差表示，采用 t 检验(2组)或单因素方差分析(one-way ANOVA)进行统计学比较，采用Tukey事后检验进行多重比较( n =3)。 P <0.05为差异具有统计学意义。 

结 果 2.1 微种植钉帽的表征 SEM下观察到3D分层打印形成的锯齿条纹状结构(图 J、 O)。微种植钉帽所能承受的最大应力和二者之间的最大摩擦力值为(148.61±15.29) N和(54.7±9.57) N(图 Q、 R)。 2.2 SF 电纺膜的表征 不同质量比的SF电纺膜宏观图像无明显差异( A)。SEM下与10% PEO的SF电纺膜和30% PEO的SF电纺膜比较，20% PEO的SF电纺膜的纤维直径最为均匀(图 B、 C)，且电纺过程最连续稳定。降解实验显示在第1、3、7天SF电纺膜重量均无明显变化( D)。FTIR结果显示所有SF电纺膜均出现相似的特征区：指纹区(800~1 800 cm -1 )鉴定出SF的3个特征波段为酰胺I(1 623 cm -1 )、酰胺II(1 500~1 600 cm -1 )和酰胺III(1 238 cm -1 )；在3 200~3 600 cm -1 之间出现宽强度带源于O-H和N-H基团的拉伸振动；2 356 cm -1 附近的强波团源于对称和不对称的C-H拉伸振动；1 092 cm -1 和546 cm -1 处的波段源于C-O基团不对称拉伸振动和C-H弯曲振动( E)。 综上本研究选取20% PEO的SF电纺膜进行后续研究。湿态下测量20% PEO的SF电纺膜的最大断裂应力为(2.46±0.26) N( F)。 2.3 微种植钉帽和 SF 电纺膜与微种植钉间的密合性 登特伦微种植钉实物图和体外模拟使用所取截面1和截面2如 A所示。微种植钉帽直接覆盖微种植钉(图 B、 C)，微种植钉和帽之间的间隙明显( F)。电纺膜包绕覆盖微种植钉后盖上微种植钉帽(图 D、 E)，微种植钉和帽之间密实无明显间隙( G)。 2.4 微种植钉帽和 SF 电纺膜的生物相容性 CCK-8实验结果显示：孵育第3天后，微种植钉帽组和SF电纺膜组存活率均较高，分别为100.36%和111.46%，此外SF电纺膜组细胞活性有增高的趋势。 NIH 3T3经Calcein-AM和PI染色在荧光显微镜下观察，空白对照组、SF电纺膜组和微种植钉帽组均呈现典型的成纤维细胞样形态且存活率高，而DMSO对照组细胞明显形态欠佳且存活率低。这说明微种植钉帽和SF电纺膜具有良好的细胞生物相容性。 2.5 概念验证 患者经过非共同就位道MARPE扩弓1次/天，共28次后，11.21间缝隙明显增大，宽度为2.5 mm，腭中缝成功打开，上下前牙由反牙合到对刃，前牙反牙合改善，6个月后复查CBCT，腭中缝虽有部分骨改建，但仍可以看到明显打开的腭中缝。 

微种植钉帽的表征 SEM下观察到3D分层打印形成的锯齿条纹状结构(图 J、 O)。微种植钉帽所能承受的最大应力和二者之间的最大摩擦力值为(148.61±15.29) N和(54.7±9.57) N(图 Q、 R)。 

SF 电纺膜的表征 不同质量比的SF电纺膜宏观图像无明显差异( A)。SEM下与10% PEO的SF电纺膜和30% PEO的SF电纺膜比较，20% PEO的SF电纺膜的纤维直径最为均匀(图 B、 C)，且电纺过程最连续稳定。降解实验显示在第1、3、7天SF电纺膜重量均无明显变化( D)。FTIR结果显示所有SF电纺膜均出现相似的特征区：指纹区(800~1 800 cm -1 )鉴定出SF的3个特征波段为酰胺I(1 623 cm -1 )、酰胺II(1 500~1 600 cm -1 )和酰胺III(1 238 cm -1 )；在3 200~3 600 cm -1 之间出现宽强度带源于O-H和N-H基团的拉伸振动；2 356 cm -1 附近的强波团源于对称和不对称的C-H拉伸振动；1 092 cm -1 和546 cm -1 处的波段源于C-O基团不对称拉伸振动和C-H弯曲振动( E)。 综上本研究选取20% PEO的SF电纺膜进行后续研究。湿态下测量20% PEO的SF电纺膜的最大断裂应力为(2.46±0.26) N( F)。 

微种植钉帽和 SF 电纺膜与微种植钉间的密合性 登特伦微种植钉实物图和体外模拟使用所取截面1和截面2如 A所示。微种植钉帽直接覆盖微种植钉(图 B、 C)，微种植钉和帽之间的间隙明显( F)。电纺膜包绕覆盖微种植钉后盖上微种植钉帽(图 D、 E)，微种植钉和帽之间密实无明显间隙( G)。 

微种植钉帽和 SF 电纺膜的生物相容性 CCK-8实验结果显示：孵育第3天后，微种植钉帽组和SF电纺膜组存活率均较高，分别为100.36%和111.46%，此外SF电纺膜组细胞活性有增高的趋势。 NIH 3T3经Calcein-AM和PI染色在荧光显微镜下观察，空白对照组、SF电纺膜组和微种植钉帽组均呈现典型的成纤维细胞样形态且存活率高，而DMSO对照组细胞明显形态欠佳且存活率低。这说明微种植钉帽和SF电纺膜具有良好的细胞生物相容性。 

概念验证 患者经过非共同就位道MARPE扩弓1次/天，共28次后，11.21间缝隙明显增大，宽度为2.5 mm，腭中缝成功打开，上下前牙由反牙合到对刃，前牙反牙合改善，6个月后复查CBCT，腭中缝虽有部分骨改建，但仍可以看到明显打开的腭中缝。 

讨 论 3D打印医用材料包括金属、有机高分子和无机非金属材料3大类。本研究选用的有机高分子专用树脂材料具有耐腐蚀，机械性能好，易于破除且价格合理便于一次性使用等优势。首先，在保证机械强度的情况下尽可能将微种植钉帽体积缩至最小，且内部圆柱凸起设计和外环凹槽契合可以有效地防止受力过程中发生旋转。其次，微种植钉帽内外二者间的摩擦力达到54.7±9.57 N，这可能与SEM镜下分层锯齿状结构以及树脂打印后本身微弹性有关。最后，正畸矫形负载通常为水平向连续力，矫形过程中负载为0.98~14.7 N  ，而微种植钉帽所能承受的力为(148.61±15.29) N，其所能承受的压力远远大于正畸矫形力，因此，本研究设计制作的活动连接装置足以为临床所用。 相比于其他医用高分子材料，SF作为天然高分子材料，具有独特的优势，有良好的可再生性、生物相容性及较低的免疫性。1993年，美国食品和药物管理局将SF定义为安全的生物材料，SF开始被广泛应用于医学领域  。本研究的SF电纺膜是由SF和PEO通过静电纺丝技术制成。其一，在湿润状态下力学性能优良断裂应力为(2.46±0.26) N，比之前研究  结果稍高，这可能与电纺膜的厚度，溶剂的质量分数以及交联方式等有关。其二，在与NIH 3T3共培养的过程中，细胞活性高且有增高的趋势，其原因可能与SF的再生作用有关，这与早期研究一致  ，展示了电纺膜卓越的生物相容性。其三，MARPE扩弓过程中，微种植钉周围黏膜炎症发病率高  ，实验选用SF电纺膜作为微种植钉覆盖膜，高表面积有利于携带各种功能的添加剂，如抗菌剂、生长因子等，可以更好地预防感染，促进组织的恢复  ，有广阔切实可行的研究前景。 非共同就位道MARPE活动连接装置包括微种植钉帽和SF电纺膜。首先，与传统MARPE装置固定连接相比，结合了铸造式扩弓器的舒适和基托式扩弓器的连接密实等优点，而且连接装置使扩弓器拥有了预制式扩弓器活动连接的优势，在拆除过程中，微种植钉帽易于破除，极大缩短了摘除扩弓器的椅旁操作时间。其次，微种植钉帽和电纺膜结合密实能很好地维护微种植钉周围卫生，防止食物残渣附着，减少微种植钉周围炎症发生的可能性，从而降低微种植钉的脱落率。最后，由于种植钉和扩弓器之间距离较大，因此扩弓器在摘戴过程中无需考虑就位道，且在必要情况下可中途去除扩弓器进行二次扩弓，为临床提供了极大的便利，减轻了患者的痛苦。 本研究患者男性，13岁，生长发育晚期，根据Angelieri等  腭中缝分期为D期，采用非共同就位道MARPE扩弓28 d后，中切牙出现2.5 mm间隙，扩弓6个月后CBCT显示腭中缝明显增宽，表明腭中缝成功打开，证明非共同就位道MARPE的活动连接装置设计达到预期治疗效果。但是，本研究所利用的非共同就位道MARPE的活动连接装置能否承受与传统固定连接同等的矫形力，以及能否将生长发育晚期和成人患者腭中缝等效打开有待进一步临床研究验证。 综上所述，非共同就位道MARPE的活动连接装置力学性能及生物相容性良好，能有效地打开D期腭中缝，操作简便并有良好临床应用前景。 

