CN112812345B - 一种医用可编程解剖式成形片及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用可编程解剖式成形片，其特征在于，包括楔形部及具有形状记忆的变形部。本发明的记忆形状成形片是一种廉价，可重复，生物相容性好，不易降解的材料，有利于临床的使用及标准化的产出。

Description

一种医用可编程解剖式成形片及制备方法

技术领域

本发明涉及一种医用可编程解剖式成形片及制备方法。

背景技术

随着经济的发展，人们对生活质量的要求越来越高，口腔微创治疗以及美学充填的概念应运而生。这其中乳恒牙的邻面龋多为隐匿性龋，在诊断、治疗上具有一定难度。光固化树脂充填是邻面龋主要的治疗手段。理想的充填治疗要求既能恢复牙齿邻面正确的解剖外型，便于咀嚼时食物的排溢，又能恢复良好的邻接关系，减少食物嵌塞，从而降低牙龈炎、继发龋发生的概率。为了达到理想的牙齿邻面充填效果，邻面成形片系统的使用至关重要。

现今，常见的成形片系统主要有传统金属成形片系统，豆瓣成形片系统和高分子薄膜片等。传统金属成形片系统是为了辅助银汞合金充填而设计开发的，在临床上应用时间较长，成本较低，但是其塑形能力差，不能有效恢复邻面外形，而随着银汞合金逐渐不再应用于临床，传统金属成形片系统也不再能够满足临床需要。豆瓣成形片系统在金属成形片的基础上，在外形、固位以及分牙方式上做了较大优化，具有生理突度的外形设计，在一定程度上解决了传统成形片的悬凸和邻接问题。但豆瓣成形片同样需要配合成形片夹、木楔等一系列辅助工具，椅边操作较为繁琐，患者舒适度较差。部分患者，如儿童或神经疾病患者，难以较长时间配合临床医生操作，故无法获得良好的邻面塑形，甚至存在发生成形片系统细小配件误吞误吸等风险危及病人健康。

高分子薄膜材料成本低廉，常具有透光性，能够直视下操作，且树脂充填后光固化更加充分，目前常用于前牙的美学修复。但其固位性差，难以应用于复杂的窝洞充填，如磨牙的邻面窝洞等。因此，开发一种更加便捷化、智能化的成形片系统有着很大的临床意义和市场价值。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)。

为解决上述技术问题，本发明的首要目的是，提供一种医用可编程解剖式成形片，可逆相溶解为包裹牙齿形状的膜片。是由于可逆项溶解，而成为包裹牙齿形状的膜片。

进一步的，所述膜片包括楔形部、变形部，所述楔形部设于牙间隙处的变形部上。所述具有形状记忆的变形部：先塑性形变至可紧密包裹牙齿的形状，然后弹性形变为扁平片状，便于插入牙间隙；在适宜温度下可以自动恢复至所述可包裹牙齿的形状。

进一步的，所述膜片为具有包裹牙齿形状记忆的扁平片状膜片。包括楔形部及具有形状记忆的变形部的扁平片状膜片。

本发明的另一目的是，提供一种医用可编程解剖式成形片的制备方法，包括以下步骤：

S1.制备具有热塑性的形状记忆聚合物材料前驱液；

S2.按牙邻面外形制备成形片。

进一步的，牙邻面外形数据的采集及构建，包括以下步骤：

收集CBCT扫描图像，分割获得牙冠模型后，获取标志点位置数据，拟合获取普适性外观形态，通过3D打印制作。

更进一步的，拟合方式采用取平均值的方法

进一步的，制备具有热塑性的形状记忆聚合物材料前驱液，包括以下步骤：

S11.将聚己内酯与三乙胺、丙烯酰氯混合，溶于甲苯中，80℃反应8小时；抽滤后滤液在正己烷溶液中析出晶体，得到一种双端带碳碳双键的聚己内酯PCLDA；

S12.将2000分子量的PCLDA与10000分子量的PCLDA混合后，放置于60摄氏度烘箱中熔融；

S13.加入溶剂二甲基甲酰胺，二月桂酸二丁基锡及过氧化二苯甲酰充分搅拌均匀获得前驱液。

更进一步的，所述聚己内酯为单一分子量的聚己内酯/几种组分的聚己内酯混合物，在40-50℃具有形状完全回复的能力。

更进一步的，溶剂二甲基甲酰胺的加入量为30-100％wt，催化剂二月桂酸二丁基锡的加入量为0.5％wt,和过氧化二苯甲酰0.5％wt原材料加热后磁力搅拌混合时间为2-5min。

进一步的，制备医用成形片，是将混合后的前驱液抽真空去除气泡后倒入到模具，在80摄氏度烘箱中固定反应2小时以上，制作特定外形具有微结构的膜片。此特定形貌意指模具塑造的通用成形片形态。

更进一步的，成形片膜片拥有固定的方向性。只能向最开始设计形态的某一方向变形。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的记忆形状成形片是一种廉价，可重复，生物相容性好，不易降解的材料，有利于临床的使用及标准化的产出。

附图说明

图1是本发明中成形片的结构示意图。其中，1为楔形部，2为变形部。

图2是本发明成形片的使用示意图。

图3是本发明原理的步骤示意图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明。具体实施例为进一步详细说明本发明，非限定本发明的保护范围。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。如无特别说明，本实施例中“份”都以重量份计。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明的成形片系统通过探索多种构建牙体邻面解剖外形的编程方式，可以获得适用于所有牙位的个性化成形片，且具备人体口腔舒适的形变温度阈，适宜的固位力以保证临床操作，合适的蓝光透过率保证树脂光固化完全。

本发明的一种医用可编程解剖式成形片的设计及使用方法，包括以下步骤

1)成形片前体膜片的制备

(1)前驱液制备：

a获取膜片制备原材料：将聚己内酯与三乙胺、丙烯酰氯混合，溶于甲苯中，80℃反应8小时；抽滤后的滤液在正己烷中析出原材料晶体，为一种双端带碳碳双键的聚己内酯PCLDA。

B制备体温附近的形状记忆薄膜的预混液：将制备的2000分子量PCLDA与10000分子量PCLDA按照摩尔比＝5：1，质量比1：1共混，以获得46摄氏度形状恢复的形状记忆薄膜。混合液溶解于二甲基甲酰胺溶液中，60摄氏度加热至完全溶解后磁力搅拌均匀。于真空烘箱中去除内部的气泡及水分15分钟。加入催化剂二月桂酸二丁基锡和过氧化二苯甲酰充分溶解搅拌均匀后，再次放入真空烘箱中去除内部的水分。

(2)膜片制备：模具为材料薄膜的标准化塑形容器，材质可为不锈钢，具有很好的导热性能，有很好的密闭性。模具由两部分模块组成，合模后形成一个与常用的成形片相同的槽，间隙为0.3-0.5mm，其中附带一个较深楔形槽用以复刻木楔的作用。将前驱液灌入模具，转移入烘箱中80摄氏度下反应2小时。成形片前体膜脱模后放置于80摄氏度烘箱过夜去除内部溶剂。

2)成形片解剖外形的获取

将步骤1)中制得的膜片放置于80摄氏度烘箱中30s，使材料本身质地变软，内部结晶融化。随后其紧密贴合于模具2表面固定，使用PDMS膜固定保证膜片不发生偏移，夹紧放置于140摄氏度的烘箱中2小时。冷却至室温后将材料从模具中取出，确认是否将模具2的表面形态完全转移到了膜片上。

其中模具2为具有解剖牙冠形态的模型，其构建方法基于大数据牙齿外形数字化收集和建模法获得：

a建立牙冠模型：从医院影像数据库得到成年人的上颌第二前磨牙的CT影像，根据通过识别牙齿的灰度值进行阈值分离，得到上颌第二前磨牙牙冠的三维模型；

b获得牙冠远中曲面：

步骤1：通过牙冠模型做一颊腭向的纵行平面P1，将牙冠模型平分为近中、远中两部分；

步骤2：分别通过远中边缘嵴和远中釉牙骨质界做垂直于P1的横向平面Pa、Pe，获取位于Pa与Pe之间的远中牙冠模型的曲面S；

c获得牙冠远中曲面上标志点：

步骤1：作横向平面Pb、Pc与Pd，将Pa与Pe间的距离平分；

步骤2：将P1与Pc交线的中点作为原点O，将垂直于P1、朝向远中的方向作为Y轴，将垂直于Pc、朝向冠方的方向作为Z轴，将垂直于YZ平面、朝向颊侧作为X轴，建立新坐标系OXYZ；

步骤3：将P1围绕Z轴顺时针旋转，每15°为间隔，得到纵行平面P2、P3、P4……P12；

步骤4：记录曲面S、纵行平面(P1—P12)与横向平面(Pa—Pe)的交点的坐标值，记为交点集An，m(n＝a，b，c，d，e；m＝1，2，3……12)；

d通过人群大样本获得远中曲面的平滑拟合曲面：

步骤1：通过上诉方法，取N位成年人的上颌第二前磨牙的远中曲面上的交点集NAn，m；

步骤2：取上诉1～N个交点集的平均值集合(A_(n，m))^-；连接集合(A_(n，m))^-中的点得到曲面S拟合；采集特征位点从上至下从近中邻面最高点起止于牙龈缘位置，两侧位于唇舌侧中线位置，共65个特征位点。

步骤3：在集合(A_(n，m))^-中进行插值运算，得到光滑的曲面S插值。材料的标记点为牙邻面合面最低点，唇侧牙面最高点及舌侧面牙面最高点。

3)成形片操作形态塑造：

在80摄氏度的烘箱中，将塑形完成的膜片进行标准化压缩，压缩后固定模具随后降温至25摄氏度，放置10min以上使材料内部完全结晶，得到便于临床操作的扁平形态，紫外光两面消毒灭菌后低温保存。

4)可编程解剖式成形片使用方法：

按照标志点对位放置插入牙龈位置。确认位置后使用加热的生理盐水缓慢冲洗成形片材料10s-30s使之发生形变与牙面贴合。完成复位后通过三枪头冷风轻柔吹成形片材料使材料内部结晶强度增高。随后通过树脂充填的方式完成缺损窝洞的修复。操作结束后取出成形片检测邻面外形，或使用加热的生理盐水冲洗成形片10-30s使之变软后取出。

具体实施例：

1.首先制备模具，通过建模设计及参照现有成形片的相关参数获得模具，作为材料标准化压缩容器，主要目的是固定成形片的宏观外形，不参与整体的外形的挤压变形。

2.具体实施内容

1)热塑性形状记忆聚合物膜片的制备

将聚己内酯与三乙胺、丙烯酰氯混合，溶于甲苯中，80℃反应8小时；抽滤后滤液在正己烷溶液中析出晶体，得到一种双端带碳碳双键的聚己内酯PCLDA。将2000分子量PCLDA与10000分子量PCLDA按照摩尔比＝5：1，质量比1：1共混，溶解于100％wt二甲基甲酰胺中放置于菌种瓶内，60摄氏度加热完全溶解后使用磁力搅拌机充分搅拌均匀。随后放置于真空烘箱中去除内部的气泡及部分水分15分钟。取出加入0.5％wt催化剂二月桂酸二丁基锡和过氧化二苯甲酰0.5％wt充分搅拌均匀后，再次放入真空烘箱中去除内部的水分，后转移入80摄氏度真空烘箱中继续反应2小时。将膜片取出后放置于80摄氏度烘箱过夜去除内部溶剂。

2)15牙外形个性化记忆

将膜片放置于80度烘箱中30s，使材料本身质地变软，内部结晶融化。随后将膜片紧密贴合于牙冠表面固定位置，使用PDMS膜固定保证膜片不发生偏移，使用夹子夹紧放置于140摄氏度的烘箱中2小时。

取出模具冷却至室温后将材料从模具中取出，清洗表面残留的碎渣后，确认是否塑形完成与原模型完全贴合。在成形片上标记标志点，随后放置在80℃的烘箱中，利用模具2将塑形完成的膜片放置在特定标志点位置使膜片按照既定外形发生挤压变形，压缩后固定模具随后降温至25摄氏度，放置10min以上使材料内部完全结晶，紫外光两面消毒灭菌后低温保存。

3)患牙充填步骤及充填效果评估：

①取出成形片涂抹凡士林于将要放置于缺损测的一面，按照标志点对位放置插入牙龈位置。确认位置后使用加热的生理盐水缓慢冲洗成形片材料10s-30s使之发生形变与牙面贴合。完成复位后通过三枪头冷风轻柔吹成形片材料使材料内部结晶强度增高。随后通过树脂充填的方式完成缺损窝洞的修复。随后使用加热的生理盐水冲洗成形片材料10-30s使之变软后取出。

②通过microCT观察邻接恢复效果，检测邻面紧密程度等。

在该成形片材料固定在标准位点后，能够通过外界热水冲洗的方式，给予成形片恢复外形的刺激达到恢复牙外形轮廓的效果，而后通过冷水的冲洗达到成形片材料硬度的提高从而固定外形不发生较大的改变，随后进行窝洞充填工作。操作完成后能够通过热水冲洗材质强度降低方便取出消毒后重复使用。本发明将特制的形状记忆成形片可以在固定温度下完成永久形状的二次构建，而后使用的成形片可以固定在缺损邻面的窝洞表面，温度刺激可发生外形变化；通过此系统可以得到符合原牙外形的充填效果，本发明的成形片通过40-50℃水浴刺激被平整的薄膜恢复塑形并提供固位方便树脂材料的充填。材料自身的可重复利用性，生物组织相容性，完全回复能力等特性为临床实际应用提供了一种创新的方式。

本发明的原理及有益效果是：

1.制备前驱液，注入模具后可得到smp薄膜(此薄膜形态可以修剪，或者提前设计好模具形态。为了方便后续操作，可以将模具设计成市面上通用的扁平的成形片形态)

2.塑形：将大数据收集，拟合出来的牙齿外形通过3d打印方式打出来，然后将上述的薄膜包裹固定在模型表面，140度时，薄膜发生塑性形变，温度降至室温后，其表现为其牙齿外形会转移到薄膜表面，且被“记住”。然后在80度将记住牙齿形态的薄膜在外力作用下再次压成扁平片状，此时为弹性形变的成形片操作形态。

3.临床操作：将片状成形片放入口腔牙间隙中，升高温度至45度(如温水)，此时由于没有外力作用，成形片完全恢复最初的塑形形状，包裹于牙齿表面，辅助补牙材料的塑形，可以获得天然牙的解剖外形；同时由于冷却后的膜片具有一定机械强度，因此可以提供较好的固位效果。

(记忆形变材料的原理：材料具有固定相和可逆相，140度时，两相全部软化，薄膜可以任意塑形(塑性形变)；45度以上140度以下时，固定相不变，可逆项软化，此时在外力作用下也可以塑性(弹性形变)；当温度降低到40度以下时，两相不变，形态固定。当温度再次升高至45-80之间时，如无外力作用，由于可逆相溶解，材料会在固定相的作用下恢复到最初的塑形形态)

温敏型形状记忆聚合物(Thermoresponsive Shape Memory Polymers，TSMP)是一类可感知外界温度变化、具有形状记忆功能的高分子材料，在医疗设备、传感器以及一些航空领域有着广泛应用。其具有可编程的高温塑性形态与低温弹性形态，在适宜条件下二者可以相互转变。基于TSMP构建牙科成形片系统是目前研究尚未涉及的领域，其优势在于，一方面，可以发挥TSMP强大的塑形和形状记忆能力，赋予成形片天然牙的邻面解剖外形和便于临床操作的临时形态，满足精准化，个性化的美学充填需求；另一方面，可以提高成形片本身的固位性，进一步取代木楔、成形片夹等固位辅助装置，简化操作流程，优化医患体验。采用的聚己内酯材料不仅具有较好的生物相容性，热塑性、韧性，还可以通过参数调整，优化其玻璃化转变温度或熔融温度，使其具有机体可以承受的形变温度，从而满足临床医学的应用需求。其次，通过探索多种构建牙体邻面解剖外形的编程方式，可以获得适用于所有牙位的个性化成形片，并且设计具有一定的膨胀能力的结构辅助增强其固位力；最后优化合理的临床使用方法可以提高医患双方的诊疗体验。本发明采用双端带双键的聚己内酯为主要原材料，通过调控其组成成分的配比及分子量等方式获得口腔可接受形变温度，通过模具高温下塑造解剖式牙冠外形，并标准化制备临床易操作的成形片外形；使用时，放置入患者口腔待修复牙位后，通过水浴加热恢复成形片解剖外形，达到辅助充填的目的。本发明通过前期模拟构建的普适性标准牙模型，或个性化牙外形轮廓，随后通过热塑性材料的后期塑形能力，构建从牙外形轮廓到标准化平片模型两极转变的系统，可以有效提高材料的临床操作性及患者的舒适度。本发明的记忆形状成形片是一种廉价，可重复，生物相容性好，不易降解的材料，有利于临床的使用及标准化的产出。

本发明制备具有无毒、高重复利用率、较强韧性刚性的形状记忆聚合物材料(Shape Memory Polymers，SMPs)，通过热塑法或三维打印等方法构建具有特殊外形结构的成形片材料。CBCT扫描成年人牙外形，使用Mimics软件拟合构建普适性牙外形轮廓，随后使用光固化技术3D打印牙外形，膜片通过机械法紧密固定于其表面记忆外形轮廓；通过此系统可以得到适用于特定牙位的医用成形片：1.通过我们的方法，是可以定制个性化的成形片，即采用患者牙齿破坏之前的CBCT数据(如果有)，或者利用现在CBCT数据对称同名牙的外形镜像来构建。好处是外形绝对精确，坏处是可能需要拍CBCT(如果之前没拍过)，同时增大工作量，提高了成本。2.我们还提供了另外一种外形构建方式，即利用医院的影像数据库，收集分析所在地区大量同性别同年年龄段的患者牙齿外形信息，建模得到具有一定普适性的外形，依次外形，可以大量批量化生产形状记忆成形片。成型片由特定设计厚度的形状记忆聚合物材料构成，其在放置入特定牙间隙后，可通过人为调控(温控)的方式使材料形变回复为记忆的外观轮廓，从而达到模拟牙外形的效果为后期充填提供一定的稳定性和充填外形；不需要配合成形片夹、木楔等一系列辅助工具，椅边操作较为简单，患者舒适度高；部分患者，如儿童或神经疾病患者，难以较长时间配合临床医生操作，也可获得良好的邻面塑形，不存在发生成形片系统细小配件误吞误吸等风险危及病人健康；提高医生的工作效率，改善患者的就诊体验和牙的功能恢复。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种医用可编程解剖式成形片，其特征在于，可逆相溶解为包裹牙齿形状的聚己内酯膜片；所述聚己内酯为单一分子量的聚己内酯或几种组分的聚己内酯混合物，在40-50℃具有形状完全回复的能力。

2.根据权利要求1所述的医用可编程解剖式成形片，其特征在于，所述膜片包括楔形部、变形部，所述楔形部

设于牙间隙处的变形部上。

3.一种医用可编程解剖式成形片的制备方法，包括以下步骤：

S1.制备具有热塑性的形状记忆聚合物材料前驱液，包括：

S11.将聚己内酯与三乙胺、丙烯酰氯混合，溶于甲苯中，80℃反应8小时，抽滤后滤液在正己烷溶液中析出晶体，得到双端带碳碳双键的聚己内酯PCLDA，

S12.将2000分子量的PCLDA与10000分子量的PCLDA混合后，放置于60摄氏度烘箱中熔融，

S13.加入溶剂二甲基甲酰胺，二月桂酸二丁基锡及过氧化二苯甲酰充分搅拌均匀获得前驱液；

S2.按牙邻面外形制备如权利要求1-2所述的成形片；

所述聚己内酯为单一分子量的聚己内酯或几种组分的聚己内合物，在40-50℃具有形状完全回复的能力；溶剂二甲基甲酰胺的加入量为30-100％wt，催化剂二月桂酸二丁基锡的加入量为0.5％wt,和过氧化二苯甲酰0.5％wt原材料加热后磁力搅拌混合时间为2-5min。

4.根据权利要求3所述的医用可编程解剖式成形片的制备方法，其特征在于，所述牙邻面外形按以下步骤采集及构建：

收集CBCT扫描图像，分割获得牙冠模型后，通过3D打印制作1:1大小的拟合牙，然后通过热塑法将形态复制到形状上。

5.根据权利要求3所述的医用可编程解剖式成形片的制备方法，其特征在于步骤S2制备医用成形片，是将混合后的前驱液抽真空去除气泡后倒入到模具，在80摄氏度烘箱中固定反应2小时以上，制作特定外形有微结构的膜片。

6.根据权利要求5所述的医用可编程解剖式成形片的制备方法，其特征在于,成形片膜片拥有固定的方向性。

7.根据权利要求4所述的医用可编程解剖式成形片的制备方法，其特征在于，拟合方式采用取平均值的方法。

Images