3D打印钴铬与不锈钢正畸带环的电化学特性及离子释放对比研究

为解决传统正畸带环临床适配性差及腐蚀风险问题，研究人员通过3D打印技术制备钴铬(Co-Cr)和不锈钢(SS)合金带环，采用火焰原子吸收光谱(FAAS)和电化学阻抗谱(EIS)分析其离子释放与腐蚀行为。结果显示Co-Cr合金总离子释放量较SS低44倍，且电荷转移电阻更高(33158.7 vs 14191.1 Ωcm2)，表明其更优异的耐腐蚀性，为个性化正畸器械的生物安全性提供新依据。

　　

在口腔正畸领域，金属带环作为固定矫治器的重要组成部分，长期面临临床适配性差、椅旁操作时间长及腐蚀风险等问题。传统不锈钢(SS)带环虽广泛应用，但在酸性口腔环境中易释放镍(Ni)、铬(Cr)等致敏离子，而新兴的3D打印技术为定制化带环制造提供了新思路。然而，不同合金材料经3D打印后的电化学行为差异尚不明确，这直接关系到器械的长期安全性和疗效。

雅典国立卡波季斯特里安大学和瑞士苏黎世大学的研究团队在《European Journal of Orthodontics》发表研究，首次系统比较了3D打印钴铬(Co-Cr)与SS正畸带环的腐蚀特性。通过模拟口腔环境（0.1M NaCl+0.1M乳酸溶液），采用火焰原子吸收光谱(FAAS)定量离子释放，结合开路电位(OCP)、阳极扫描(AS)和电化学阻抗谱(EIS)等多参数分析，揭示了两种合金的腐蚀机制差异。

关键技术方法包括：1) 使用Meshmixer软件设计带环三维模型，通过选择性激光熔化技术分别打印18个Co-Cr和SS试样；2) 依据ISO 27020:2019标准进行7天静态浸泡实验，FAAS检测Fe、Co、Cr、Ni离子浓度；3) 微型电化学细胞系统直接测量带环表面特性，Randles等效电路拟合EIS数据；4) 统计学分析采用t检验/Mann-Whitney检验(α=0.05)。

离子释放测试
SS带环展现出惊人的离子释放量，总释放达889130 μg/7天，是Co-Cr合金(19688 μg/7天)的44倍。其中镍释放量(209531 μg)远超其在合金中的占比，暗示非均匀腐蚀机制。值得注意的是，SS组各元素释放的变异系数(CV=0.29-0.34)显著高于Co-Cr组(CV=0.07-0.11)，反映3D打印SS带环质量的不稳定性。

电化学特性
OCP曲线显示两种合金均形成钝化膜，但Co-Cr表现出更优异的电化学参数：腐蚀电流密度(I_corr)降低42%(20.77 vs 35.50 μA/cm²)，点蚀电位(E_pit)提升96%(0.49V vs 0.25V)。Nyquist图中Co-Cr的容抗弧半径更大，等效电路分析证实其电荷转移电阻(R_ct=33158.7 Ωcm²)是SS的2.3倍，这与其更致密的氧化膜结构相关。

讨论与意义
该研究突破性地证实：3D打印Co-Cr合金在腐蚀关键指标上全面优于传统SS材料，其高R_ct值和低I_corr特性可显著延长器械使用寿命。尽管两种合金的开路电位(-0.09V至-0.12V)相近，降低了异种金属间的电偶腐蚀风险，但SS带环在酸性环境中的剧烈离子释放仍令人担忧——这可能导致过敏反应或影响矫治力学稳定性。

研究团队特别指出，3D打印工艺参数对SS合金微观结构的负面影响可能是其性能波动的主因，而Co-Cr合金则展现出更好的工艺适应性。这一发现为临床选择带环材料提供了重要依据：当需要长期佩戴或患者存在金属过敏史时，Co-Cr或成为更优选择。未来研究需进一步验证这些体外发现在真实口腔环境中的适用性，并探索优化SS打印工艺的途径。