1、先進口腔疾病治療手段的發(fā)現(xiàn)涉及材料學(xué)、生物學(xué)以及力學(xué)等多學(xué)科的交叉，其中力學(xué)往往起著主要作用。例如口腔頜面部可由于先天發(fā)育缺陷、腫瘤和外傷等造成組織缺損。頜面修復(fù)與正畸治療需要具有良好生物相容性及抗菌性的支架材料，并涉及與頜面部耦合作用的力學(xué)結(jié)構(gòu)。這些材料與結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要在微納米尺度理解細胞與材料界面的相互作用，在宏觀尺度研究大變形柔韌結(jié)構(gòu)(如牙齒正畸矯治弓絲)與具有復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)且一直處于生長變化狀態(tài)的頜面部組織的力學(xué)耦合。因而對口腔醫(yī)

2、學(xué)中存在的相關(guān)生物力學(xué)問題的研究通常都具有較大難度。本論文主要圍繞頜面部修復(fù)與正畸中涉及的組織工程支架材料和正畸矯治裝置的設(shè)計，通過利用固體力學(xué)、細胞生物學(xué)與納米材料學(xué)等多領(lǐng)域理論與實驗手段，研究了石墨烯納米材料對細胞毒性作用的尺寸與濃度效應(yīng)，并因此發(fā)現(xiàn)并制備了一種具有良好醫(yī)學(xué)性能的新型支架材料；定量分析了牙齒正畸中矯治弓絲與頜面部組織間的相互作用規(guī)律，提出了實現(xiàn)前牙整體內(nèi)收這一正畸治療難題的方式；給出了計算機輔助生成個體化弓形的新技術(shù)

3、，并編制了相關(guān)計算機軟件，獲得了軟件著作權(quán)與相關(guān)專利權(quán)。本論文的具體創(chuàng)新性結(jié)果如下：
　?。?）基于激光共聚焦顯微鏡與生物型原子力顯微鏡等先進的細胞生物力學(xué)實驗設(shè)備，研究了不同尺寸與濃度的氧化石墨烯微納米顆粒溶液對正常細胞和兩種癌細胞的細胞活性、細胞形態(tài)、細胞骨架結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果顯示：不同尺寸氧化石墨烯顆粒對細胞存活率的影響有明顯差異，小尺寸納米顆粒具有較大細胞毒性；氧化石墨烯顆粒對細胞形態(tài)與力學(xué)性質(zhì)方面的影響體現(xiàn)為：

4、不同細胞的表面粗糙度在納米顆粒作用下均減小，其尺寸依賴關(guān)系與細胞種類有關(guān)。不同細胞的楊氏模量均隨納米顆粒尺寸的減小而增大；同時，納米顆粒濃度對細胞存活率也具有很大影響。
　?。?）由于聚乳酸與聚氨酯具有良好力學(xué)性能與生物相容性，因此已成為組織工程領(lǐng)域具有較好應(yīng)用前景的生物聚合物。但組織工程應(yīng)用中的支架材料除需要具有良好的生物相容性外，還要有優(yōu)異的抗菌性。為了彌補聚乳酸與聚氨酯聚合物材料的這一不足，同時基于微米尺寸氧化石墨烯顆粒對組

5、織細胞無毒性，但對細菌有毒性的發(fā)現(xiàn)，本文將聚乳酸、聚氨酯與微米尺寸的氧化石墨烯顆粒復(fù)合材料通過靜電紡絲技術(shù)制備成納米纖維支架。發(fā)現(xiàn)這一新型材料支架可促進正常組織細胞的粘附、增殖與分化，表現(xiàn)出良好的生物相容性，同時對革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性大腸桿菌具有很好的抑制作用。
　?。?）在口腔正畸學(xué)臨床實踐中，雙頜前突及上頜前突患者的治療需要使一組牙齒整體平行移動，而這一目標是較難實現(xiàn)的。針對這一現(xiàn)狀，本研究通過建立考慮上頜牙列

6、、牙周膜、牙槽骨與矯治弓絲之間耦合作用的三維彈性體有限元模型，基于仿真計算，分析獲得了可實現(xiàn)前牙整體內(nèi)收的條件。并依此設(shè)計出了一種新型矯治裝置，可以較為簡便地實現(xiàn)上頜前牙的整體內(nèi)收。
　?。?）在牙齒正畸治療中，矯治弓絲加載于牙齒的力值大小會直接影響治療效果。臨床醫(yī)生多是根據(jù)對弓絲材料的理解和自身經(jīng)驗來估計該力的可能大小。而如果由于經(jīng)驗不足，醫(yī)生對力值估計不準確，則可能會導(dǎo)致出現(xiàn)牙根吸收等副作用。為了解決這一問題，獲得矯治弓絲產(chǎn)生