4Dプリントされた形状記憶歯科矯正器具が登場、たった6組で矯正が可能に

はじめに：歯を矯正したい若者や学生の間で、美容上の理由から目に見えない矯正器具（透明矯正器具）を選ぶ人が増えています。歯科医院では通常、数十個の矯正器具をオーダーメイドで製作し、1～2週間ごとに1組ずつ装着して、徐々に歯の角度を調整し、最終的に歯の矯正を実現します。しかし、何十個もの矯正器具を装着するのは面倒で無駄が多いです。では、もっと良い技術的解決策はあるのでしょうか?

2022年2月10日、Antarctic Bearは、ドイツ、エジプト、UAEの研究者が新しいタイプの3Dプリント透明歯科矯正器具を開発したことを知りました。現在市販されている矯正器具とは異なり、形状記憶ポリマーで作られており、「4D」形状記憶機能を備えています。

彼らが開発した歯列矯正装置は、Kline Europe の透明な ClearX 樹脂を使用した DLP プロセスで 3D プリントされています。ユーザーの口の中に入れると柔らかくなり、ずれた歯に適応し、歯をつかみ、正しい位置に戻すことができます。これまでのところ、このアライナーは生体適合性があるだけでなく、時間の経過とともに予測通りに特性を変化させることができることが示されており、現在の透明な矯正器具の理想的な代替品となる可能性があります。

△研究者たちは、この歯科矯正器具によって、矯正器具の製造にかかるコストを大幅に削減できると考えている。画像はProdwaysより
4D歯科矯正装置の利点

現在の矯正器具は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタンなどのさまざまな種類のポリマーから作られています。この装置の動作原理は、プログラムされた歯の位置と実際の歯の位置の偏差によって歯の動きを制御することです。市販されている最も一般的な矯正装置では、各装置で歯を一度に 0.2 ～ 0.3 mm、つまり 1 ～ 3 度しか動かすことができません。また、各装置は、次の装置と交換されるまで約 14 日間装着されます。そのため、歯の矯正期間が長く、費用も高額になります。

このタイプの装置について、研究者は、従来の材料の欠点と歯の移動に関する生物学的考慮という 2 つの主な欠点に注目しています。歯の移動を生物学的に促進するための多くの方法が導入されています。一方、新たな矯正歯科材料の導入も人々の注目を集めています。

形状記憶ポリマー (SMP) は、特に歯列矯正用途で最近歯科分野に導入された新しい材料の 1 つです。医療材料への応用に大きな可能性を秘めています。

4次元印刷（4D印刷）技術は、形状記憶材料をベースにした3D印刷です。明らかに、4D プリントされた部品は、環境条件に応じて時間の経過とともに形状を変える能力（4 次元）を持っています。形状記憶ポリマー材料が進歩し続けるにつれて、製品設計業界における新しい 4D プリントの用途が拡大すると予想されます。研究者らは歯列矯正器具の製造に 4D テクノロジーを導入しています。

図1: カスタマイズされた歯並びの悪い歯 (T)、歯並びの悪い21番目の歯、4Dプリントされた装置 (A)、装置を調整するために使用する灰色のスプリント (S)
研究材料、方法、結果

まず、研究者らは樹脂とアクリルの歯を使用してカスタム歯模型を作成した。上顎左側中切歯（歯21）は総ずれ量が3mmの不整歯であり、模型内でピンクワックスに埋め込むことで可動性を持たせ、他の歯は樹脂で固定した（図1）。

その後、研究チームは標準的なAsiga Max 3Dプリンターと、「変形可能なアライナー」に最適な素材であると言われるClearX樹脂を使用して、4Dプリントされたアライナー6組を作成した。

これらのアライナーは、歯並びの悪い模型に装着され、お湯に浸されます。このプロセス中、ずれた歯の周りのワックスが柔らかくなり、アライナーによって形作られるようになり、その後冷却されてデータ結果が取得されます。（具体的な手順はもっと複雑なので、興味のある方は原文を読んでみてください。）

結果は、形状記憶装置が歯21の大幅な移動に成功したことを示しており、一貫した移動は矯正測定およびシミュレーションシステム（OMSS）でも測定されました。しかし、3.00mmの移動調整目標は達成できず、2.06～2.82mmしか達成できませんでした。それでも、結果は満足のいくもので、形状記憶装置 1 台で従来の装置 10 台とほぼ同じ程度の不正咬合移動が達成されました。

現在、4Dプリント歯科矯正器具はまだ科学研究段階にあり、できるだけ早く商業的に応用されることを期待しています。
△ チームの4D装置の有効性を評価するために使用された矯正測定シミュレーションシステム（OMSS）
商業用歯科3Dプリントが急成長中

過去数か月間だけでも、歯科業界で 3D プリントの採用が拡大し、多数のメーカーが新しい材料や機械を発売しました。それぞれがアライナーの大量生産を可能にするように設計されており、急速に収益性の高い市場になりつつあるこの市場でニッチ市場を開拓しようと各社が競い合っています。

今月初め、3DプリンターメーカーDesktop Metalの医療事業部門であるDesktop Healthが、新しいEinsteinシリーズの歯科システムをリリースした。「HyperPrint」テクノロジーを搭載し、EnvisionTECのEnvision Oneシステムよりも50パーセント高速と言われているこのマシンは、FDA承認のFlexcera Smile Ultra+樹脂を使用して発売される。

昨年末にはデスクトップLCD 3DプリンターメーカーのUNIZもNBEE樹脂3Dプリンターの出荷を開始した。このシステムは、歯科医の大量生産のニーズに対応するために特別に設計されており、アライナーモデル、義歯床、ナイトガード、手術ガイド、クラウン、ブリッジなどの 3D 印刷アプリケーション向けに速度、品質、使いやすさを兼ね備えています。

Prodways のような企業は現在、歯科顧客向けに大量の最終製品を 3D プリントし始めています。同社は2021年12月、大手顧客への供給を委託されており、同社の機械が年間最大100万個の歯科用アライナーの生産に使用されることを明らかにした。

研究者らの調査結果は、論文「歯列矯正用アライナーの製造における 4D テクノロジーの潜在的応用」に詳しく記載されています。

論文リンク: https://doi.org/10.3389/fmats.2021.794536

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