用于施加光固化复合物的装置和方法 |
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| 申请号 | CN201380047435.5 | 申请日 | 2013-09-18 | 公开(公告)号 | CN105611895A | 公开(公告)日 | 2016-05-25 |
| 申请人 | 伊沃克拉尔维瓦登特股份公司; | 发明人 | M·根特; S·杜达; A·佩施克; G·罗纳; U·扎尔茨; A·法赫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于将复合物施加至 牙齿 龋洞中的装置和方法。所述装置包括 喷枪 、测量单元和控制单元，所述喷枪具有用于可光聚合的复合物的集成的照射设备。所述复合物的施加在利用聚合光线进行的受控的、准确计量的照射下进行。在此，所述复合物首先流向龋洞壁或者流到已经引入的填充材料上，然后由于照射而转 化成 凝胶状态。由此，发生复合物的大部分聚合收缩，而复合物仍然可塑性 变形 并由此通过后续流动来补偿裂隙的形成。然后才用足够高的光剂量来进行完全 固化 。本发明涉及这样的装置和方法，所述装置和方法使得可以节省时间地填充龋洞而无需使用带有中间固化的耗时的分层技术，并且在此作用于龋洞壁的复合物收缩 力 与在已知的分层技术中出现的收缩力相比甚至更低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于施加可流动的、可光聚合的复合物的复合物施加装置，该复合物施加装置具有光源，该光源尤其还与所述复合物施加装置固定地或可拆卸地连接并且在施加复合物期间至少间歇性地向龋洞中发射光，其特征在于，所述复合物施加装置的检测单元检测所施加复合物的量，尤其是每单位时间所施加复合物的量，而控制单元基于由所述检测单元所测得的值这样控制所述光源，使得所述复合物在施加期间转化成凝胶状态。 |
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| 说明书全文 | 用于施加光固化复合物的装置和方法技术领域[0002] 定义和缩写 [0003] 聚合：仍呈塑性的或可流动的复合物转化至刚性状态的过渡过程，在所述刚性状态下所述复合物可以承受咀嚼负荷。 [0004] 安瓿：用复合物填充的、市售的容器，可以用柱塞将复合物由该容器压出。所述安瓿可以设有短的或较长的喷出管1。 [0006] 龋洞壁：限定龋洞的空腔的硬物质。 [0008] 测量单元：用于测量单位时间所施加的复合物的量的装置。 [0011] 对本发明总体领域的描述 [0012] 在修复性和预防性牙科中，龋洞、牙齿缺损或牙根管的填充非常重要。除了多种不同的材料(例如杜仲橡胶、汞合金、黄金)之外，还使用复合物作为填充材料。所述复合物是由可聚合的塑料基质与有机和无机填料组成的混合物。这些复合物的聚合通过用可见蓝色光或紫外光照射来引发，在此之前将所述复合物施加到龋洞中。就是说，当前常用的方法是，首先将复合物施加到龋洞中并随后通过光照射使所述复合物固化。 [0013] 所有复合物由于其收缩特性在固化时均易于形成裂隙，从而在形成裂隙的情况下无法实现对牙齿龋洞气密的密封。由于对牙齿龋洞缺乏气密的密封，可能出现裂隙空间的细菌繁殖，并且由此可能造成新的龋和疼痛。 背景技术[0014] 所有已知的可光固化的复合物均具有这样的缺点，即这些复合物在固化时发生收缩。如果复合物与龋洞的壁粘合，则这种结合在固化之后处于拉应力下。如果拉应力大到超过粘合部的强度，则该粘合部开裂并填充物与牙齿之间形成裂隙。 [0015] 存在两种基本的解决方式，用于在固化期间和固化之后降低所施加复合物的收缩：一方面，其方式是，较为缓慢地或者逐层地施加复合物，另一方面，其方式是，改变复合物的化学组成。这两种方式都存在明显的缺陷：一种已知的降低可光固化的复合物的拉伸应力的方法在于，将所述复合物先后依次以小份(以厚度为约1.0至2.0mm的层厚)引入待填充的龋洞中并且通过光照射分别将每一份固化。 [0016] 每一新份只有在前面的一份完全固化后才能施加。该方法非常耗费劳力并且消耗时间。相关患者必须长时间以对其而言并不舒适的姿势保持在治疗椅上，而且填充龋洞的持续时间越长，仍未填充完毕的龋洞越可能遭受细菌感染。 [0017] 通过使用特别光敏性和透光性的复合物，层厚度可以最高至4.0mm。由此虽然可以更加快速地完成龋洞填充，但层厚度越大，则在固化时应力越大。 [0018] 在固化期间和固化之后降低收缩的第二个解决方式中，降低了单体分子之间在聚合过程中形成的新键的数目或者密度，从而总体上降低了聚合收缩。然而，该方法具有明显的缺陷，即复合物的强度由于化学键数目的降低而同样明显下降。 [0019] 另一种解决方案在于，在聚合反应过程中除了形成新键之外还打开环状分子的其它键，从而除了由聚合引起的收缩外还发生复合物的膨胀，利用这种膨胀实现了部分地补偿收缩。这些经过化学变化的复合物具有缺陷，即它们只有采用特殊的增粘剂才能与龋洞壁粘合并且由此未能获得成功。 [0020] 由DE 295 17 958 U1已知，利用固化辐射器 来固化可辐射固化的材料，所述固化辐射器与输出喷嘴的喷口相连。该设备应具有这样的优点，即刚好在输出喷嘴输出材料的位置发生固化。在此，所述材料一次性固化，即完全固化，并且会出现如上面有关边缘裂隙形成所述的相同问题。 [0021] 此外，还已经提出，在用于将可光固化的材料施加到牙齿表面的应用尖端(Anwendungsspitze)中使用不透光的管状排出部件，以及透光的、在此为薄片状的塑型部段，以及然后在施加期间进行曝光。该方案使得光固化的开始更接近于牙齿表面，这基本上是有利的。然而，施加的质量很大程度上取决于技巧和操作的牙医或牙科技师对工具的引导。如果例如工具被按压得过紧，则待聚合的物质会从侧面由施加区域涌出，而如果按压力过低，则裂纹等无法得到填充。 [0022] 此外，还会出现上面提到的有关边缘裂隙形成方面的缺陷。 发明内容[0023] 本发明的任务在于，提供根据权利要求1和23的前序部分所述的用于施加复合物的装置和方法，通过所述装置和方法既可以节省时间地处理可光聚合的复合物又能可靠地防止在填充龋洞时在聚合期间形成裂隙。 [0024] 任务的解决方案 [0026] 在对复合物固化时应力的产生进行的广泛研究中发现，大部分对于应力的产生起决定作用的收缩的大部分发生在复合物完全固化之前。所述复合物的聚合将首先为塑性的或可流动的复合物转化成仍可容易地变形的凝胶状稠度，即所谓的凝胶相。在龋洞中的填充部由薄层构成时，收缩的这个部分并不起作用，因为在薄层聚合时所述薄层首先在整个厚度上转化成凝胶相，其本身并不能单独构成应力并且然后才完全聚合。 [0027] 收缩的第二部分，即所谓后凝胶收缩，在复合物已经呈固态期间发生并且占整个收缩中的较小部分。收缩部分是不可避免的并且因此总是对应力形成有所贡献。在厚层的情况下，即如果将所述复合物以传统方式一次性施加，则先后出现凝胶收缩和后凝胶收缩： [0028] 在厚层朝向聚合灯的上侧已经完全聚合的同时，在上侧下面仍有一个由于复合物的光吸收才处于凝胶相的层。因为厚层的表面现在已经是固态，复合物材料不能后续流动并补偿凝胶相的收缩：因为凝胶相和后凝胶相的收缩发生叠加，产生高的收缩应力。 [0029] 就是说，根据发明的方法在于，在将复合物引入龋洞期间就已经供给如此多的光，使得所述复合物流向龋洞壁，并且此后立即引发凝胶收缩，从而，在所述复合物随后通过聚合灯最终聚合之前，凝胶收缩就已经进行。特别有利的是，在施加复合物期间就已经这样控制光强度，即，在较快速地施加(即每单位时间施加较大量的复合物)时提高光强度，而在较慢施加(即每单位时间施加较少量的复合物)时降低光强度。 [0030] 根据本发明的装置优选包括喷枪或其他复合物施加装置和适合的光源，例如发光二极管的组合，所述复合物施加装置用于将所述复合物从适合的储存容器，例如市售的安瓿中压出(优选通过安瓿的喷出管)。所述光源必须具有合适的光强度和光波长的谱分布，其适合于在将复合物引入龋洞的同时引发复合物聚合的第一阶段(以及由此造成的复合物的凝胶收缩)。借助适合的装置(根据本发明的测量单元)测量每单位时间所施加的复合物量并且将其作为测量值传送给根据本发明的控制单元。 [0031] 所述控制单元将该测量值用于调节光源的光强度。优选使用电位计，特别优选使用滑动式电位计作为测量单元。根据本发明的光源在用复合物填充龋洞期间就已经根据每单位时间所施加的复合物的量来进行照射。此外，根据本发明的光源在用复合物填充龋洞完成之后仍继续进行照射，以便实现复合物的最终强度。 [0032] 根据本发明的光源在用复合物填充龋洞时就已经可以有利地发射出对复合物的聚合没有贡献的光色。优选使用人眼可感知的光色并且使得操作者(牙医)可以获得更好的对处置区域(龋洞、牙齿及其周边)的总体观察。有利地，所述光色可以与复合物施加无关地开启或关闭。 [0033] 光源的电力供应可以通过一个或多个电池或蓄电池或者也可以通过将本发明的装置接入电网而建立。复合物根据本发明的施加要求，复合物在未曝光的状态下具有一定的流动性，由此在填充龋洞时所述复合物与龋洞壁接触并且与牙齿硬组织粘合。 [0034] 对于在未曝光状态下就如此粘滞以致不满足所述要求的复合物，有利的是，利用适合的声波发生器将安瓿或安瓿的喷出管1或复合物本身置于振荡，这种振荡使复合物液化。视安瓿或者安瓿的喷出管1的材料而定，以及视所使用的复合物而定，可以使用可听见的声波振荡或者也可以使用超声波振荡。 [0035] 根据本发明有利的是，由所述施加装置所施涂的或引入的液态复合物(其在该状态下仍具有大量单体和自由基)是非常稀的并且在该状态下可以滴入龋洞并形成薄层。由于该稀液体，即由于液体粘度非常低，优选粘度在1.0和1.8cPs之间的状态，该复合物也填充龋洞中的微细的裂缝或裂隙。 [0036] 在预凝胶阶段结束之后，所述处于凝胶状态的复合物具有约20MPa的弯拉强度或弯曲强度，其中在相关层的表面和其较深的区域之间存在强度梯度。例如对于2mm的层，表面的强度可以为30MPa，而在2mm的深度处强度仅为10MPa。 [0037] 根据本发明，这样来利用该强度梯度，即通过加压-或许是通过施加器的工具尖端，抑或是通过随后的层-以粘度较低的区域来实现对龋洞中的裂隙和裂纹的后续填充。 [0038] 在完成聚合之后，所述复合物还达到90至100MPa的最终强度，并且由此即使对于咬合承载(okklusionstragende)的区域也满足EN ISO 4049的要求。 [0039] 根据本发明还有利的是，控制装置为了将复合物转化成凝胶状态而确定一个光剂量，该光剂量相当于使相关复合物的量完全聚合的光剂量的预定比例，其中凝胶化光剂量相当于完全聚合光剂量的20至90％，优选40至65％，并且尤其是约50％。每个相的聚合时间，也就是预凝胶相和后凝胶相，在1和10秒之间，当然这取决于所提供的光源的功率和由此产生的照射强度，但也取决于每个所施加的复合物层的尺寸和形状。 [0040] 在预凝胶相中，照射强度有利地为低于100mW/cm2，在后凝胶阶段优选高于500mW/cm2。 [0043] 根据本发明，所述稀复合物优选具有微粒填料复合体作为填料，所述稀复合物通过所施加的聚合辐射而凝胶化。在预凝胶相中产生总收缩的90％或最高至95％，对于市售的复合物，所述总收缩可能为1至6体积％。 [0044] 所施加的层在需要时可以通过施加装置的构造成工具，例如以刮刀形式构造的输出喷嘴来进行处理。通过按压来实现凝胶状态下的复合物的边缘裂隙密封。 [0045] 即使不用工具，根据本发明通过后续流入的复合物也会对下面的层施加压力。在位于下面的层呈凝胶状态之后，由此使得微小的裂隙得到后续填充，同时后面的层发生凝胶化并以不断增加的表面张力固化。 [0047] 其它优点、细节和特征由下文依据附图对多个实施例的说明得出。 [0048] 图1示出根据本发明的复合物施加装置的示意图； [0049] 图2以框图形式的示出根据图1的复合物施加装置的控制单元的一部分的线路图； [0050] 图3示出根据图2的控制单元的详细线路图；以及 [0051] 图4以图4a、图4b和图4c中的实施形式示出根据图1的复合物施加装置的不同实施形式。 具体实施方式[0052] 在安瓿的喷出管1附近安装光源2，例如发光二极管形式的光源。所述光源可以固定地或可拆卸地安装。如果所述光源可拆卸地安装，则可将其拆除，以便对根据本发明的装置进行清洁。通过操作喷枪3的杠杆机构将复合物4由安瓿5引入相关牙齿(7)的龋洞6。此时，启动测量单元8，其方式例如是，例如移动滑动电位计的滑块，由此改变电位计的电阻。 [0053] 该变化记录在控制单元9中并转化成通过光源2的电流，并且是以如下方式进行的：在快速移动杠杆机构10时产生比慢速移动中更大的电流，使得光源在快速移动时将比在光源慢速移动时更明亮的光投射到龋洞中。要求准确地定量供应光剂量，并且是根据每单位时间所施加的复合物的量来定量供应。 [0054] 过高的光剂量由于复合物立即凝胶化而妨碍向龋洞壁的流动，而过低的光剂量可能不能引发凝胶化过程。 [0055] 特别有利的是，以所述方式测量每时间单位所施加的复合物的量，并且由此控制安装在喷枪上的光源。在此，所述光源可以是发光二极管，其在空间上靠近安瓿的喷出管1安装。所述光源也可以安置在喷枪上的任意其它位置处并且通过光导体将光射入龋洞中。也可以将光源集成在安瓿本身中或将一个或多个光导体集成在安瓿中，所述光导体接收来自光源的光并且在射出口附近将其发射到龋洞中。所述光源必须具有与控制单元的接触部或其它适合的与控制单元的光学或电学的连接部，由此光源受控于控制单元地产生比传统分层(施加)技术更低的拉应力(表1)。 [0056] 表1： [0057] [0058] 特别有利的是，在这种类型的复合物处理中，操作者(牙医)可以在良好的照明条件下将复合物引入龋洞。在应用分层技术的情况下，通常作业场地仅允许微弱的照明以防止复合物过早的聚合，而在此有目的地供应如此多的光，使得所述复合物转化成凝胶状态并且不再能够流走。因此，光源也可以设计成，使得所述光源不仅发出适于聚合的蓝光，而且发出例如具有高蓝色比例的白光，如市售的白色发光二极管所发出的光。这样就可以在良好的无眩光的照明下进行龋洞的填充。 [0059] 优选使用具有基于丙烯酸酯塑料的基质的复合物作为复合物，如HEMA或TEGDMA。对于无机相，也就是复合物的填料可以使用玻璃，如钡铝玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐或二氧化硅，它们既配备有低份额的外形尺寸超过5μm的大粒填料，但大部分是外形尺寸低于0.2μm的微粒填料。 [0060] 根据本发明，高份额的微粒填料实现良好的可抛光性。通常在具有高微粒填料份额的复合物中，聚合收缩较为强烈，而根据本发明通过在预聚合期间形成凝胶而抑制了边缘裂隙形成，使得根据本发明所施涂的复合物尽管由此可以具有非常平整的表面却没有迄今为止具有高微粒填料份额的复合物的缺点。 [0061] 例如，微粒填料的重量份额为30至50％，并且还可以使用纳米颗粒，即粒度低于20nm的填料。这样的微粒填料完全可以最多达到50％的重量份额，此时得到了特别的优点，即粘度并没有由于所述微粒填料而变化，即保持非常低。 [0062] 根据本发明有利的是，在施加复合物期间接通光源2。备选地，也可以使复合物的施加和通过接通光源2进行的聚合交替进行，例如以1赫兹的转换频率，也就是每秒交替地施加复合物和接通光源。 [0063] 在此，光源可以以脉冲形式施加光，例如以1∶1的脉冲/间歇比。通过脉冲宽度调制可以按本身已知的方式无功率损耗地调节光源的功率。 [0064] 复合物可以例如具有樟脑醌作为光引发剂。所述光源或光源的至少一个LED芯片优选在440nm的波长附近具有发射峰值，此时所述LED芯片的主发射区间在400和500nm之间。 [0065] 在有利的实施形式中，光源2具有至少一个LED芯片，它在530和700nm之间范围内的可见光下发射并且在施加时在一定程度上照亮所述复合物。还可以在施加期间接通照明辐射，而在施加间歇中接通聚合辐射。 [0066] 当然，根据本发明也可以替代LED芯片使用激光二极管作为光源2。 [0067] 根据本发明，通过在安瓿的喷出管1中实现额外的超声波源，可以在输出期间降低复合物的粘度。额外地或备选地，也可以加热喷出管1，以便进一步降低粘度并且提高以单体形式存在的复合物的反应性。 [0068] 在加热到例如30或32℃时，在基质聚合时提高了双键转化率。 [0070] 虽然在此以喷枪作为施加装置优选的实施形式来说明本发明，当然也可以实现任意其它形式的施加装置。例如也可以使用施涂销(Applikationsstift)来实现，此时，光源以及复合物源可以构造在远离手持件(Handstück)的位置，然后通过复合物导管将复合物供应给复合物施加装置的手持件，而光供应则可以通过相应的光导体来实现。 [0071] 根据本发明这样实现将复合物输出或引入到龋洞中，即首先进行预聚合。在此，施加特定的凝胶化光剂量，所述凝胶化光剂量对应于完全聚合光剂量的20和80％之间，优选约为50％。在此，所述复合物发生凝胶化，并且根据本发明，如果期望的话，可以通过按照图4的构造成工具式的输出喷嘴来实现后处理。然后才进行最终聚合。 [0073] 当然，根据本发明，不但所述填充可以以两个步骤在形成单一层的情况下进行，对每一层也可以循环重复预聚合和最终聚合。 [0074] 由图4a可以看到根据本发明的输出喷嘴14的一种可能的形式。在该实施方式中，喷出管1的端部被工具16包围。工具16被输出通道18穿过，所述输出通道具有与喷出管1相同的内径，或者必要时朝端部具有喷嘴状逐渐变细的横截面。 [0075] 在所示实施例中，输出通道在侧向终止于工具16。工具16的包围喷出管1的部分还被光源2的光学器件20所包围。所述光学器件20可以是中空管，所述中空管例如在内部是带镜面的并且使光朝工具16并由此朝施加位置汇聚。所述光学器件还可以以已知的方式装备光导体。此时光学器件20的端部优选还设有凹的端面20，该端面实现附加的汇聚效果。 [0076] 在该实例中，光学器件20既传输来自发射聚合辐射的LED芯片的光，也传输来自照明LED芯片的光。 [0077] 工具16以本身已知的方式由弹性塑料构成。通过按软刮刀类型构造的处理端部24，可以平整和挤压所施加的复合物表面，这有利于改善复合物在龋洞中的粘附。 [0078] 工具16的一种改进的实施形式由图4b可见。在该实施形式中，所述输出通道18在中央并且与喷出管1同轴地穿过工具16。在此，光学器件20还可以包围喷出管1以及包围工具16的上部。在所有情况下，工具16优选都是可更换的。工具可构造为一次性部件或也可以是可清洗的。 [0079] 工具的上端部优选夹紧在喷出管1上，从而不会由于疏忽而丢失。 [0080] 工具16的另一个改进的实施形式由图4c可见。在此，工具16与输出管1同轴地构成并且延伸至对接地连接在所述输出管上。工具由包围的光学器件20保持并也被输出通道18穿过，所述输出通道在该实施例中在侧向终止于工具16上，以便提供效果良好的工具尖端24。 |
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