專利名稱：牙根管銼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及牙齒矯治器領(lǐng)域，涉及牙根管銼(endodontic file)及其制備方法。參考文獻(xiàn)為方便理解本發(fā)明背景，參考以下文獻(xiàn):L Morgan，N.B.,Materials Science and Engineering a-Structural MaterialsProperties Microstructure and Processing 378 (1-2)，16 (2004)。2.Pelton，A.R.等人，Advanced Materials&Processes 163 (10)，63 (2005)。3.Thompson，S.A.，International Endodontic Journal 33(4)，297 (2000)。4.Peters, 0.A., Journal of Endodontics 30 (8)，559 (2004)。5.0tsuka，Κ.和 Ren，X.，Progress in Materials Science 50(5)，511 (2005)。6.Bojda，0.，Eggeler，G.和 Dlouhy，A.，Scripta Materialia 53 (I), 99 (2005)。7.Eggeler, G.等人，Materials Science and Engineering a-StructuralMaterials Properties Microstructure and Processing 378 (1-2)，24 (2004)。8.Liu，Y.N.和 Tan，G.S.，Intermetallics 8 (I)，67 (2000)。9.Yared, G.M.，Dagher, F.E.B.和 Machtou，P.，International EndodonticJournal 34 (I)，47 (2001)。10.Parashos，P.和 Messer，Η.Η.,Journal of Endodontics 32 (11)，1031 (2006)。11.Nayan, N.，Buraval la, V.和 Ramamurty，U.，Materials Scienceand Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure andProcessing525(1-2)，60(2009)。I 2.Kuhn, G.，Tavernier，B.矛口 Jordan，L.，Journal ofEndodontics27 (8)，516 (2001)。13.Sattapan, B.，Nervo , G.J.；Palamara, J.E.A.和 Messer，H.H.，Defects in rotary nickel—titanium files after clinical use Journal ofEndodontics26(3)，161-165(2000)。14.Cheung, G.S.P.等人，International EndodonticJournal38 (11)，802(2005)。15.Rapoport，L 等人，Nature387 (6635)，791 (1997)。16.Rapoport， L，F(xiàn)leischer，N.和 Tenne，R.，Journal of MaterialsChemistry15(18)，1782(2005)。17.Tenne, R.,Margulis, L.，Genut，M.和Hodes，G.，Nature360 (6403)，444 (1992)。18.Pelletier, H.，Muller, D.，Mille，P.和 Grob，J.J.，Structural andmechanical characterisation of boron and nitrogen implanted NiTi shape memoryalloy.Surface&Coatings Technology 158，309-317 (2002)019.Spanak1-Voreadi, A.P.，Kerezoudis, N.P.和 Zinelis，S.，InternationalEndodontic Journal39(3)， 171(2006)。20.Alapati，S.B.等人，Journal of Endodontics 31 (I)，40 (2005)。21.Brinson, L.C, Schmidt, 1.和 Lammering，R.，Journal of the Mechanics andPhysics of Solids 52 (7)，1549 (2004)。22.Friedman, H.等人，Nanotechnology 18 (11) (2007)。23.Kim HC, Yum J，Hur B，Cheung GSP.Cyclic Fatigue and FractureCharacteristics of Ground and Twisted Nickel-Titanium Rotary Files.Journal ofEndodontics;36(I):147-152(2010)。24.Zhang E_W，Cheung GSP, Zheng Y-F.1nfluence of cross-sectional designand dimension on mechanical behavior of nickel-titanium instruments undertorsion and bending:a numerical analysis.J Endod;36(8):1394-1398(2010)。25.Condorelli GG, Bonaccorso A，Smecca E，Schafer E，Cantatore G，TripiTR.1mprovement of the fatigue resistance of NiTi endodontic files by surfaceand bulk modifications.1nternational Endodontic Journal;43(10):866-873 (2010)。26.Anderson ME，Price JWH, Parashos P.Fracture resistance ofelectropolished rotary nickel-titanium endodontic instruments.Journal ofEndodontics 2007;33:1212-1216。27.Peters 0A，Boessler C, Zehnder M.Effect of liquid and paste-typelubricants on torque values during simulated rotary root canal instrumentation.1nternational Endodontic Journal 2005;38 (4):223-229。

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背景技術(shù)：
形狀記憶合金(SMA)和超彈性合金如NiTi (鎳鈦諾)廣泛應(yīng)用，并被探究用于醫(yī)療[1,2]領(lǐng)域。其中，這些尤其包括心臟病學(xué)、整形外科、腹腔鏡外科和牙科領(lǐng)域[3]-例如，用于牙根管治療的牙根管銼(EF)。在過(guò)去的十年中，NiTi旋轉(zhuǎn)器械已成為在牙髓病學(xué)中不可或缺的重要附件[4]。NiTi器械顯著降低了牙髓病中多個(gè)主要臨床問(wèn)題的發(fā)生率，這主要是通過(guò)保持牙根管的原始形狀和曲率而實(shí)現(xiàn)的，因此降低了程序誤差。如圖1A-1B所示，旋轉(zhuǎn)牙根管挫中的主相(majority phase)為奧氏體。圖1A示意性地示出了塑造和清潔牙根管時(shí)的牙根管銼。在圖中，矢量(vector)表示牙根管銼順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩(T);豎直箭頭(A)表示頂端力的方向。圖1B示出了奧氏體-馬氏體應(yīng)力誘發(fā)相變后的結(jié)構(gòu)變化。當(dāng)牙根管銼扭轉(zhuǎn)時(shí)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)從奧氏體(立方結(jié)構(gòu))轉(zhuǎn)變成馬氏體(單斜晶系的)。受應(yīng)力的牙根管銼轉(zhuǎn)變成更富有彈性的非自協(xié)作(detwinned)馬氏體相。當(dāng)牙根管銼上的載荷去除時(shí)，NiTi牙根管銼可逆地恢復(fù)為奧氏體相[3，5]。該應(yīng)力誘發(fā)相變導(dǎo)致高達(dá)8%的可逆應(yīng)變(超彈性)[3]
發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到不同目的以及在不同時(shí)期，將許多人造器件(體內(nèi)器件)和植入物插入人體。許多的插入器件都是由具有耐疲勞性且最終完全損壞的超彈性鎳-鈦(鎳鈦諾-NiTi)形狀記憶合金制得。因此，牙根管銼發(fā)生損壞會(huì)導(dǎo)致牙齒脫落。生物污染(即人體殘留物的沉積和細(xì)菌)會(huì)危害許多長(zhǎng)期植入物(如鈦基牙齒植入物)的功能，會(huì)由于感染的危險(xiǎn)而導(dǎo)致并發(fā)癥。因此，NiTi器件的常見(jiàn)問(wèn)題是其突發(fā)性失效[6-7]。低于屈服應(yīng)力的循環(huán)載荷對(duì)NiTi合金產(chǎn)生一些不可逆的長(zhǎng)期影響(疲勞)[6-8]并導(dǎo)致最終損壞。事實(shí)上，已有報(bào)道在牙根管治療期間牙根管銼發(fā)生了偶然性損壞[9，10]。若不移除碎裂部分則會(huì)導(dǎo)致感染并使所治療牙齒發(fā)生脫落。在牙根管治療期間，牙根管銼中發(fā)生了從奧氏體到馬氏體的反復(fù)性應(yīng)力誘發(fā)相變。這些頻繁的相變會(huì)導(dǎo)致缺陷和沉淀的不可逆累積。由于牙根管為彎曲形狀，因此彎曲(壓縮)應(yīng)力也會(huì)影響這些不可逆變化。這種性能表明作為牙根管銼其本身具有的較低的彈性和強(qiáng)度[11-14]，并可最終導(dǎo)致?lián)p壞。如圖1A所示，為了使銼通過(guò)彎曲牙根管的較窄空間，必須施加推動(dòng)銼前進(jìn)的頂端力和負(fù)責(zé)銼旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。在有關(guān)EF的典型文獻(xiàn)中，區(qū)分了兩種損壞-偶然性(扭轉(zhuǎn))損壞和疲勞相關(guān)損壞。最近發(fā)現(xiàn)，疲勞相關(guān)損壞歸因于當(dāng)在彎曲位置旋轉(zhuǎn)時(shí)EF的來(lái)回彎曲導(dǎo)致的彎曲疲勞。Park等人最近的研究發(fā)現(xiàn)，NiTi旋轉(zhuǎn)銼的碎裂也歸因于由于臨床實(shí)踐過(guò)程中銼的重復(fù)鎖定和釋放(粘-滑)導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)疲勞[28]。除了基于疲勞的故障，還可能由于扭轉(zhuǎn)的銼鎖定在較窄牙根管中以及應(yīng)用了過(guò)大的轉(zhuǎn)矩而導(dǎo)致偶然性地發(fā)生的銼碎裂(稱為錐形鎖(taper lock)或偶然性損壞)[13]。在這種情況下，所施加的轉(zhuǎn)矩超過(guò)了銼的碎裂強(qiáng)度，從而導(dǎo)致直接損壞。找到牙根管治療中降低銼斷裂的途徑將對(duì)治療成本和所治療牙齒的預(yù)后產(chǎn)生顯著的有利影響，并且行醫(yī)者在心理上可不必?fù)?dān)心會(huì)在所治療牙齒中遺留斷裂碎片。用于提高NiTi銼的內(nèi)在抗碎裂的措施主要是基于改進(jìn)銼的制造工藝[23]，修改銼的設(shè)計(jì)和橫截面[24]或?qū)︿S的表面進(jìn)行處理[25]。表面處理(如氮化和離子注入[18]或電解拋光[26])可提高EF 的機(jī)械性能，如硬度和耐磨損和耐疲勞性。這些方法集中于硬化EF，從而使其不易損壞。另外，在牙根管治療期間，利用膏劑或液體沖洗劑如EDTA、洗必泰(chlorhexidine varnish)清漆和次氯酸鈉可增加潤(rùn)滑并且?guī)椭@入所治療的牙根管并對(duì)其消毒[27]。本發(fā)明提供了一種新穎的EF構(gòu)型。本發(fā)明基于本發(fā)明人的如下理解:在使用中需要EF的適當(dāng)摩擦分布以提高EF的機(jī)械強(qiáng)度。在本發(fā)明中，通過(guò)適當(dāng)選擇的具有納米結(jié)構(gòu)的EF涂層本體來(lái)實(shí)現(xiàn)。在加工行業(yè)中，切割工具的涂層被廣泛應(yīng)用，其用于提高例如鉆頭的性能和耐用性[18]。本發(fā)明的發(fā)明人已證明，提供含低百分比的類富勒烯納米結(jié)構(gòu)的鈷涂層，如WS2m米顆粒(Co/IF) [15-17]可顯著降低錐形鎖(偶然性)和疲勞誘發(fā)模式兩者中的牙根管銼損壞率。由包含無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)顆粒的摩擦力降低膜或包含IF顆粒的復(fù)合物涂覆的牙齒植入物可通過(guò)降低植入物與孔側(cè)壁間的摩擦力而降低安置植入物所需的轉(zhuǎn)矩，例如如國(guó)際專利公布WO 2006/123336中所述。將類富勒烯納米結(jié)構(gòu)、固態(tài)潤(rùn)滑劑添加至銼表面作為永久涂層，從而降低NiTi銼和牙根管壁間的摩擦，而不影響形狀記憶合金的獨(dú)特特性。將IF-WS2納米顆粒作為NiTi銼的涂層植入顯示出了不同情況下(鉆孔等)的轉(zhuǎn)矩的顯著降低。因此，提供了一種對(duì)牙根管治療的持續(xù)時(shí)間、安全性和效果具有重要意義的摩擦降低方法。該分析在以下方面尤為顯著，所述分析證實(shí)了:幾微米厚的Co/IF涂層可顯著改變器件的大部分機(jī)械性能、提高牙根管銼的使用壽命以及使其失效的危險(xiǎn)降到最低。進(jìn)一步地，該涂層可替代目前的在治療期間添加潤(rùn)滑劑的方法。該分析以基于NiTi SMA (形狀記憶合金)的大量技術(shù)為基礎(chǔ)。 將IF-NP添加至NiTi醫(yī)療器械如牙根管銼可降低合金的疲勞積聚，從而減少NiTi儀器的故障率。降低NiTi銼的分離率對(duì)治療效果、患者和醫(yī)生都具有重大意義。本發(fā)明提供了銼的選擇性涂層，其中銼的遠(yuǎn)端(前端的較窄部分)未被涂覆或可選擇地保留遠(yuǎn)端部分的刀刃(blade)的最外面部分未被涂覆。因此，沿銼的表面納米顆粒的分布不均勻，僅留有銼的一部分被涂覆。在本發(fā)明中，器件的受到最高轉(zhuǎn)矩的遠(yuǎn)端或是完全沒(méi)有被涂覆或具有涂覆的核心和未涂覆的刀刃。在這方面，應(yīng)該理解的是，牙根管和與其相關(guān)聯(lián)的牙髓腔是牙齒內(nèi)的自然凹部，里面必然被神經(jīng)組織、血管和其他的無(wú)機(jī)/生物-有機(jī)混合物以及胞內(nèi)實(shí)體占據(jù)。牙根管治療包括清除這些結(jié)構(gòu)，然后清潔、成型和利用微小銼和沖洗溶液對(duì)凹部進(jìn)行去污。但是，牙根管具有一定的曲度和變化直徑。牙根管還通常被感染的牙髓堵塞，并且需要施加相對(duì)高的力將銼鉆入到牙根管內(nèi)。本發(fā)明人提供了有效的EF，其遠(yuǎn)端部分具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，以將牙髓從牙根管內(nèi)鉆出并在彎曲牙根管中限定一條通路，而將銼插入期間的銼損壞風(fēng)險(xiǎn)降到最低。沿銼表面上納米顆粒的選定分布可提高銼的強(qiáng)度并降低施加在銼近端上的摩擦力，從而降低了整體所施加的轉(zhuǎn)矩。因此，本發(fā)明的銼的新穎構(gòu)造可降低摩擦，而不消弱銼的切割(鉆孔)效力。在這方面，應(yīng)該注意的是，當(dāng)銼經(jīng)歷疲勞時(shí)，銼表面下方會(huì)出現(xiàn)疲勞條紋(由于馬氏體區(qū)域而產(chǎn)生的剪切帶)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)銼上所施加的轉(zhuǎn)矩不是均勻地分布在銼周圍。扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試后，在檢查碎裂區(qū)域的橫截面時(shí)發(fā)現(xiàn)了象征與疲勞相關(guān)的損壞的疲勞條紋?？拷S表面的拐角處的條紋通常是呈核的(nucleate，集結(jié)的)，其中的銼_牙根管_壁間的相互作用最強(qiáng)。因此，降低轉(zhuǎn)矩并使其更均勻地分布在銼表面上可延遲產(chǎn)生與不可逆變化和疲勞相關(guān)的條紋的集結(jié)。因此，這里提供了用于牙根管治療的牙根管銼。牙根管銼包括細(xì)長(zhǎng)的整體主體，主體形成有限定了可旋轉(zhuǎn)螺旋制成件的刀刃。該件由形狀記憶和超彈性材料復(fù)合物制成，具有用于穿進(jìn)牙根管中的遠(yuǎn)端和用以將力施加至主體的近端，從而使遠(yuǎn)端能夠穿入。該螺旋件形成有涂層材料，所述涂層材料包括金屬或金屬合金和無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)結(jié)構(gòu)或包含這種納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，其中沿所述件具有涂層材料的預(yù)定非均勻分布。選擇非均勻分布是為了降低銼的損壞率以及降低通過(guò)近端施加力的情況下造成的銼斷裂。通過(guò)利用本發(fā)明的新穎IF-NP涂覆EF，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)顯著降低了銼近端處的摩擦系數(shù)，而銼遠(yuǎn)端處的摩擦系數(shù)保持足夠高，以保證足夠的鉆孔效力。在鉆探行業(yè)中，已確定的是，降低鉆入過(guò)程中的摩擦力可提高細(xì)屑的清除，提高其整體性能并延長(zhǎng)所用鉆頭的使用壽命。降低摩擦本身可降低鉆孔溫度、減少細(xì)屑在工具上的附著，降低工具磨損并減少能量消耗。并且，局部涂層工藝不會(huì)削弱IF-NP涂覆EF的效力。并且，鉆取同樣的孔，其需要較少的轉(zhuǎn)矩。另外，在扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試下，涂覆EF顯示了顯著延長(zhǎng)的抗損壞時(shí)間。因此，IF-NP針對(duì)EF的選擇性分布已顯示出可顯著提高對(duì)牙根管治療非常重要的多個(gè)特性:摩擦系數(shù)的選擇性分布，鉆孔轉(zhuǎn)矩的選擇性分布和抗損壞時(shí)間。結(jié)合起來(lái)，這些結(jié)果表明這些生物相容性材料可成功相結(jié)合于牙根管治療中，從而降低EF破裂并延長(zhǎng)其使用壽命。
在一些實(shí)施例中，選擇涂層材料的非均勻分布，使得該件的遠(yuǎn)端處的部分未被涂覆，而該件的其余部分具有涂層。在其他實(shí)施例中，選擇涂層材料的非均勻分布，使螺旋件的遠(yuǎn)端處的一部分中刀刃未被涂覆，而該件的其余部分具有涂層。與未被涂覆的物體相比，納米結(jié)構(gòu)或包含納米顆粒的復(fù)合物降低了銼與牙根管間的摩擦。遠(yuǎn)端處的該部分的長(zhǎng)度約為整個(gè)螺旋件長(zhǎng)度的1/3。在一些實(shí)施例中，形狀記憶和超彈性材料復(fù)合物選自NiTi或選自不銹鋼。在一些實(shí)施例中，涂層具有的厚度在0.3微米和10微米之間。在一些實(shí)施例中，涂層材料選自N1-P-1F-納米顆粒、Co-P-1F-納米顆粒、Co-B-1F-納米顆粒、N1-B-1F-納米顆粒、包含IF-納米顆粒的金屬膜、聚氨酯、聚丙烯或包含IF-納米顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂或包含IF-納米顆粒的溶膠-凝膠玻璃、Co-N1-1F-納米顆粒、Cr-Co-1F-納米顆粒、TiN-1F-納米顆粒、TiON-1F-納米顆粒、T1-1F-納米顆粒、N1-Co-1F-納米顆粒、Co-Cr-1F-納米顆粒。涂層材料可包含(i) Ni_P、Co-P, Co-B, N1-B,Co-N1、Cr-Co、TiN、TiON、T1、N1-Co、Co-Cr 合金和(ii) IF-WS2 或 IF-MoS2 納米顆粒。在一些實(shí)施例中，金屬或金屬合金包含鈷、鎳、鉻-鈷、鈦、氮化鈦(TiN)、鈦基合金、鎳基合金、鈷基合金。本發(fā)明利用了層狀化合物的納米顆粒，如MoS2和WS2，其具有中空的封閉籠狀結(jié)構(gòu)和公知可以宏觀量合成的類富勒烯(IF)和無(wú)機(jī)納米管(INT)。金屬膜中納米顆粒的引入(通過(guò)濕沉積方法或物理氣相沉積技術(shù))可使該金屬膜具有自潤(rùn)滑特性，即具有低摩擦和磨損特性。本發(fā)明上下文所述的術(shù)語(yǔ)“類富勒烯(IF)納米結(jié)構(gòu)”或“無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)納米結(jié)構(gòu)”涵蓋了過(guò)渡金屬硫族化合物和二硫族化合物的中空納米顆粒，其由單個(gè)或多個(gè)層組成并具有如球狀、管狀、嵌套多面體、洋蔥狀等結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，IF納米結(jié)構(gòu)由金屬硫族化合物(chalcogenide)或金屬二硫族化合物(dichalcogenide, 過(guò)硫族化合物)制成。“過(guò)渡金屬”包括周期表中鈦至銅、鋯至銀以及鉿至金中的所有金屬。優(yōu)選地，該過(guò)渡金屬選自Mo、W、V、Zr、Hf、Pt、Pd、Re、Nb、Ta、T1、Cr和Ru。這里使用的“硫族”指的是S、Se或Te。優(yōu)選地，金屬硫族化合物和二硫族化合物選自TiS2、TiSe2、TiTe2、WS2、WSe2、WTe2、MoS2λ MoSe2λMoTe2Λ SnS2Λ SnSe2Λ SnTe2Λ RuS2Λ RuSe2Λ RuTe2Λ GaSΛ GaSe、GaTe、InS、InSe、HfS2、ZrS2, VS2, ReS2和NbS2。更優(yōu)選地，金屬硫族化合物和二硫族化合物選自WS2和MoS2。 在一些實(shí)施例中，包括金屬或金屬合金和無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)結(jié)構(gòu)或包含這種納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物的材料的涂層包括約I重量百分比至15重量百分比范圍內(nèi)的無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)結(jié)構(gòu)或包含這種納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物。


為了理解本發(fā)明和理解如何在實(shí)踐中實(shí)施本發(fā)明，現(xiàn)參照附圖，通過(guò)僅為非限制性的示例來(lái)描述實(shí)施例，其中:圖1A-1B示意性地示出了對(duì)牙根管進(jìn)行塑形和清潔時(shí)的牙根管銼；圖2A示意性地示出了本發(fā)明的EF的新穎構(gòu)造；圖2B-2E示出了涂覆的銼的EDS分析(圖2B)和涂有Co/IF薄膜的銼的SEM圖像(圖 2C-2E)；
圖2F-2G示出了涂覆的銼(BI曲線)和未被涂覆的銼(Rl曲線)的XRD圖案；圖3A-3D示出了在組合的夾持力/扭轉(zhuǎn)力下應(yīng)變的牙根管銼的XRD實(shí)驗(yàn)。具體地，圖3A示出了用于牙根管銼的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)裝置；圖3B示出了顯示奧氏體-馬氏體相變的扭轉(zhuǎn)銼的XRD圖案；圖3C示出了接近60°的涂層和未被涂覆銼的XRD圖案；圖3D示出了轉(zhuǎn)矩測(cè)量平臺(tái)的構(gòu)造(俯視圖)和圖像(仰視圖)；圖4A-4B示出了針對(duì)以下銼通過(guò)納米壓痕實(shí)驗(yàn)獲得的模數(shù)(E)值和硬度(H)值:臨床應(yīng)用的銼(I);未利用的銼(2);利用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)受到應(yīng)力的涂覆的銼(3);利用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)，與上述涂覆的銼受到同樣大小應(yīng)力的未被涂覆的銼(4)；圖5A示出了未被涂覆的銼和涂覆的銼的偶然性扭轉(zhuǎn)損壞實(shí)驗(yàn)；圖5B示出了涂覆的銼和未被涂覆的銼的疲勞誘發(fā)扭轉(zhuǎn)損壞；圖5C- 示出了(圖5B)的遭受扭轉(zhuǎn)疲勞損壞的未被涂覆銼的SEM圖像；圖5E示出了當(dāng)鉆入PVC基材制成的狹窄孔(constricted hole)時(shí),牙根管挫所施加的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；以及圖5F-5H示出了鉆孔測(cè)試后涂覆的銼的SEM圖像。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2A，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，其示出了用于牙根管治療的新穎牙根管銼100。牙根管銼100包括細(xì)長(zhǎng)的整體主體102，主體形成有限定了可旋轉(zhuǎn)的螺旋制成件的刀刃104，該件由形狀記憶和超彈性材料的復(fù)合物制成，具有用于穿進(jìn)牙根管的遠(yuǎn)端106和用以將力施加至主體102的近端108，從而使遠(yuǎn)端 106能夠穿入。該螺旋件形成有以下材料的涂層，所述材料包含鈷、鎳、鉻-鈷、鈦、氮化鈦、鈦-鎳合金、鎳-鈷合金和類富勒烯(IF)納米結(jié)構(gòu)，沿所述件具有涂層材料的預(yù)定非均勻分布。選擇非均勻分布是為了降低銼的損壞率和通過(guò)近端108施加力的情況下的挫損壞。施加至主體102的力包括推動(dòng)挫前進(jìn)的頂端力和負(fù)責(zé)銼旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。選擇涂層材料的非均勻分布以使該件遠(yuǎn)端處的部分A未被涂覆，而該件的其余部分B被涂覆。可替換地，可將涂層材料的非均勻分布選擇為使得螺旋件遠(yuǎn)端處部分A中的刀刃104A未被涂覆，而該件的其余部分B被涂覆。在這方面，應(yīng)該理解的是，構(gòu)件遠(yuǎn)端處的部分A為銼100的引導(dǎo)部分(leadingpart)。當(dāng)插入牙根管內(nèi)時(shí)，部分A行進(jìn)至需從牙根管移除的材料并將材料鉆出。因此，部分A具有高的摩擦系數(shù)。相反地，部分B應(yīng)該具有顯著降低的摩擦系數(shù)，以降低銼經(jīng)受應(yīng)力相關(guān)相變的趨勢(shì)。降低銼(還有鉆出的碎片)與牙根管壁間的摩擦，減小了施加在銼上的應(yīng)力和其疲勞，從而將銼的損壞率降到最低。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)端處的部分A的長(zhǎng)度約為整個(gè)螺旋件(A+B)的三分之一。參照?qǐng)D2B-2G，其示出了涂有含IF-WS2納米顆粒的Co膜(Co/IF)的牙根管銼的能量-色散X射線光譜(EDS)分析(2B)和SEM圖像(2C-2E)。在12mAcnT2的電流密度下制備涂層大約6min的時(shí)間。納米顆粒顯現(xiàn)為表面凸起。發(fā)現(xiàn)膜厚度與沉積時(shí)間大致成比例(約0.8 μ m/min)。從EDS分析(20keV束)可知，涂層包含約5_8at%(原子百分比)的IF-WS2納米顆粒。涂覆的牙根管銼和未被涂覆的牙根管銼的XRD圖案如圖2F所示。圖2F示出了涂覆的銼(BI曲線)和未被涂覆的銼(Rl曲線)的XRD圖案。低角度峰表示存在IF-WS2。所有實(shí)驗(yàn)均利用售自Dentsply的SI Protaper 牙根管挫。利用與Friedman等人[22]的協(xié)議相類似的協(xié)議，借助電沉積執(zhí)行涂覆。利用化學(xué)和結(jié)構(gòu)特征方法，借助售自Zeiss的型號(hào)為L(zhǎng)E0-SUpraTM55Vp的掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能量色散光譜儀(EDS) (INCA能量，Oxford (牛津)，英國(guó))和X射線衍射(XRD)儀(型號(hào)D-MAX/B，Rigaku (理學(xué))，日本)對(duì)涂層進(jìn)行評(píng)估。從XRD圖案可知，涂層工藝不改變銼的相組成且Ni =Ti比率保持不變(51:49)。此夕卜，IF-WS2納米顆粒普遍存在于涂層中。參照?qǐng)D2G，其示出了在Co/IF涂覆的銼上進(jìn)行的基于納米壓痕的劃痕實(shí)驗(yàn)。在200微米的劃痕距離上，劃刻載荷從O線性增加至30mN。曲線I表示初始輪廓，曲線2表示處于載荷/劃刻狀態(tài)的輪廓，曲線3表示用于評(píng)估彈性恢復(fù)/塑性變形的最終輪廓。圖2G的劃痕測(cè)試表明在應(yīng)力移除后，可幾乎完全恢復(fù)，表明銼具有良好彈性和涂層粘合性，如下面所詳述的。借助球形金剛石刻痕器使用劃痕實(shí)驗(yàn)(納米壓痕儀，型號(hào)XP，MTS)，在最大劃刻載荷30mN、以7 μ m/sec的速度劃刻，評(píng)估涂層的粘合性。圖2G的痕跡示出了，在這些載荷下，薄膜未發(fā)生脫層或損壞，其主要發(fā)生彈性變形，塑性部件低于10%。利用扭轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行XRD (TTRAX-Rigaku (理學(xué)))測(cè)試。在扭轉(zhuǎn)涂覆的銼和未被涂覆的銼時(shí)，實(shí)施XRD測(cè)試。通過(guò)將銼固定于由四個(gè)金屬?gòu)椈墒┘恿Φ膬蓚€(gè)不銹鋼(440C)金屬片之間而執(zhí)行銼的夾持。利用彈簧常數(shù)為39.6N/mm的四個(gè)相同彈簧在銼上施加可測(cè)得的單軸力。利用下推固定于彈簧的板的頂部螺絲來(lái)壓緊彈簧。彈簧所施加的力與其長(zhǎng)度L成比例，長(zhǎng)度可通過(guò)卡尺精確測(cè)得。還可利用數(shù)字卡尺測(cè)量銼的插入長(zhǎng)度-d(見(jiàn)圖3A中的壓緊銼的分解圖的插入部分)。X射線束僅集中在受應(yīng)力區(qū)域外(由分解圖中的箭頭標(biāo)記)。為了模擬牙根管中所施加的轉(zhuǎn)矩，使銼扭轉(zhuǎn)并利用羅盤(compass，指南針)讀出扭轉(zhuǎn)角度。一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)得的插入長(zhǎng)度d為9.1mm0在每個(gè)實(shí)驗(yàn)之初，精確測(cè)量四個(gè)彈簧中每個(gè)彈簧的長(zhǎng)度，以判定其未發(fā)生塑性變形。參照?qǐng)D3A-3D，其示出了受到組合的夾持力/扭轉(zhuǎn)力拉緊的牙根管銼的XRD實(shí)驗(yàn)。圖3A示出的特制扭轉(zhuǎn)裝置已被制造成用于測(cè)量被扭轉(zhuǎn)裝置的金屬支架緊緊地夾持并扭轉(zhuǎn)時(shí)的NiTi銼的X射線衍射(XRD)圖案。制造用于牙根管銼的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)裝置，以允許測(cè)量受到組合的旋轉(zhuǎn)和載荷張力 /應(yīng)力時(shí)的牙根管銼的衍射圖案。該實(shí)驗(yàn)并不旨在直接模擬銼在牙根管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，而是結(jié)合考慮了操作時(shí)的一些顯著特征并且其與當(dāng)在位于狹窄牙根管中的銼上施加轉(zhuǎn)矩時(shí)的真實(shí)情況有一些相似。長(zhǎng)度為L(zhǎng)的彈簧將銼保持在位。銼以插入深度d插入在夾持金屬板之間。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，d值和L值保持一致。由彈簧施加的組合力為475.2N。此外，在100°的角度下，扭轉(zhuǎn)銼。扭轉(zhuǎn)力分量或轉(zhuǎn)矩約為0.22N*cm(未被涂覆的銼)。在圖3A的壓緊銼的分解圖的插入部分中，箭頭指向位置為X射線束聚焦的位置。圖3B示出了扭轉(zhuǎn)銼的XRD圖案(寬掃描)，其示出了奧氏體-馬氏體相變。雖然(被夾持的)未扭轉(zhuǎn)的銼主要包含奧氏體(R2曲線)[12、14、15]，但扭轉(zhuǎn)的銼化2曲線)顯示出轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的應(yīng)力誘發(fā)相變。夾持的未扭轉(zhuǎn)銼的XRD圖案顯示其主要包含奧氏體相(R2曲線)。在夾持的同時(shí)時(shí)扭轉(zhuǎn)所述銼可發(fā)生相變，其中銼中的大多數(shù)NiTi微晶轉(zhuǎn)變成(非自協(xié)作)馬氏體(B2曲線)。圖3C比較了由圖3A中的扭轉(zhuǎn)裝置夾持的涂覆的銼(B3曲線)和未被涂覆的銼(R3、G3曲線)的XRD圖案(窄掃描)。XRD集中在2 Θ =60°角度周圍，其中奧氏體-馬氏體峰值接近，但相互之間仍有區(qū)別。在進(jìn)行XRD分析之前，將銼扭轉(zhuǎn)至相同度數(shù)。首先測(cè)量未被涂覆的銼(R3曲線)，隨后測(cè)量涂覆的銼(B3曲線)，接著再重復(fù)未被涂覆的銼(G3曲線)的測(cè)試。在應(yīng)力下，涂覆的銼顯示為主要包含奧氏體相(未觀察到相變)，而未被涂覆的銼轉(zhuǎn)變成馬氏體(左邊峰值)。在夾持力(475.2N)和100°扭轉(zhuǎn)角度下，在未被涂覆的銼上清楚地看到奧氏體-馬氏體相變，如圖3C所示。相反地，在同樣的組合單軸和應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下，涂覆的銼未顯示出該相變。事實(shí)上，當(dāng)在相同夾持力(475.2N)下固定涂覆的銼時(shí)，無(wú)論何種扭轉(zhuǎn)角度，均未發(fā)生相變。這些結(jié)果表明，Co/IF涂層可顯著降低涂覆的銼和夾持金屬片表面間的摩擦，因此，降低了試樣經(jīng)受應(yīng)力相關(guān)相變趨勢(shì)。應(yīng)該注意到多次重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)銼或涂層發(fā)生損壞或涂層從銼表面脫離。圖3D示出了扭轉(zhuǎn)測(cè)量平臺(tái)的示意圖(俯視圖)和圖像(仰視圖)。在圖中，I表示頂端的移動(dòng)馬達(dá)，2表示牙根管指定的扭轉(zhuǎn)馬達(dá),3表示牙根管挫,4表示試樣,5表示轉(zhuǎn)矩傳感器。利用固定在鉆機(jī)上的牙根管指定轉(zhuǎn)矩控制馬達(dá)，評(píng)估Co/IF涂層的摩擦力降低效果。平臺(tái)由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)2 (Dentsply, Tulsa dental, ATR Tecnika數(shù)字式轉(zhuǎn)矩控制)和轉(zhuǎn)矩傳感器
5(CMSS 60, Eddy Probe)組成。在初始的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩測(cè)量期間，銼保持在兩個(gè)金屬板(不銹鋼440C)之間，兩個(gè)金屬板由四個(gè)彈簧提供的475.2N的力部分壓緊。夾在兩個(gè)金屬板之間的銼長(zhǎng)度d為8.9mm,允許銼在部分壓緊的金屬板中發(fā)生被迫旋轉(zhuǎn)。將銼旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的頻率設(shè)定為lOOrpm。達(dá)到IOOrpm所需的轉(zhuǎn)矩量與銼的摩擦系數(shù)成比例，因此，可間接的測(cè)量出該參數(shù)。比較涂覆的銼和未被涂覆銼的摩擦系數(shù)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于未被涂覆的銼而言，為克服靜態(tài)摩擦所施加的轉(zhuǎn)矩為
0.9N*cm，而對(duì)于Co/IF涂層的銼來(lái)說(shuō)，為克服靜態(tài)摩擦所施加的轉(zhuǎn)矩為0.27N*cm。在鉆入所需的力方面顯著降低了三倍。在這方面，應(yīng)該理解的是，如果用相對(duì)小的力擰緊螺絲，那么EF可發(fā)生旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生疲勞，直至最后損壞。如果用較高的力擰緊螺絲，那么EF無(wú)法移動(dòng)并在施加轉(zhuǎn)矩時(shí)幾乎立即發(fā)生斷裂。這種情況相當(dāng)于銼進(jìn)入堵塞的牙根管并對(duì)其施加太大力時(shí)發(fā)生的偶然性損壞。在兩種情況中，由金屬-1F膜制成的涂層的非均勻分布均可顯著提聞性能并延遲損壞時(shí)間。構(gòu)建轉(zhuǎn)矩鉆機(jī)是為了模擬在功能銼上產(chǎn)生的不可逆應(yīng)力。轉(zhuǎn)矩鉆機(jī)用于測(cè)試相對(duì)于未被涂覆銼而言的涂覆的銼的損壞情況。利用高夾持力(633N)和低馬達(dá)頻率(80rpm)實(shí)施第一個(gè)實(shí)驗(yàn)。將銼遠(yuǎn)端的最后6mm (d=6，圖3D)保持在金屬板(不銹鋼440C)之間。施加足夠高的載荷(633N)，使得一段測(cè)量時(shí)間后，銼發(fā)生分離(斷裂)。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)(疲勞引發(fā)的損壞)中，將夾持力降至110.9N(L=8.79mm)，使得銼可在金屬板之間進(jìn)行向前旋轉(zhuǎn)(0.2s)和向后旋轉(zhuǎn)(0.1s)。銼的工作長(zhǎng)度d為4.4mm。
納米壓痕實(shí)驗(yàn)可用于評(píng)估臨床應(yīng)用時(shí)NiTi銼的內(nèi)部應(yīng)力和疲勞情況。通常地，NiTi基件顯示出彈性模數(shù)和硬度的雙峰分布。主要由馬氏體相組成的微晶的楊氏模數(shù)在20GPa至50GPa之間，而奧氏體域的楊氏模數(shù)在40GPa至90GPa之間[18]。文獻(xiàn)中所報(bào)道的機(jī)械測(cè)量結(jié)果在具體測(cè)量條件、所施加的應(yīng)力和溫度下有很大不同。此外，當(dāng)通過(guò)納米壓痕儀的尖端施加應(yīng)力時(shí)，馬氏體的體積分?jǐn)?shù)可增加，這可解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性。在納米壓痕(納米壓痕儀,型號(hào)XP, Agilent)實(shí)驗(yàn)前,先進(jìn)行40*40 μ m2范圍的初步現(xiàn)場(chǎng)地形掃描，以便評(píng)估試樣的表面粗糙度并精確地選擇壓痕位置。在將手柄部分切割到第一個(gè)螺旋處后，將牙根管銼粘至試樣固定器。在每個(gè)試樣上進(jìn)行25次壓痕實(shí)驗(yàn)。利用Berkovich壓頭(具有的曲率半徑約為100nm且穿透深度為350nm),在挫的兩個(gè)最后螺旋處隨機(jī)地分布進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn)的位置。參照?qǐng)D4A-4B，其示出了四個(gè)不同牙根管銼(試樣I至4)的一系列納米壓痕測(cè)量結(jié)
果O圖4A-4B示出了針對(duì)以下銼通過(guò)納米壓痕實(shí)驗(yàn)獲得的模數(shù)(E)值和硬度(H)值:未使用的銼(I);應(yīng)用于臨床的銼(2);利用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)，受到應(yīng)力的涂覆的銼(3);利用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)，與上述涂覆的銼受到同樣大小應(yīng)力的未被涂覆銼(4)。應(yīng)該注意到該分析表明未被涂覆的銼已產(chǎn)生嚴(yán)重疲勞。在銼的頂端實(shí)施測(cè)量，其中生產(chǎn)期間的表面加工導(dǎo)致了奧氏體耗費(fèi)下的馬氏體相變的顯著增加，還可能導(dǎo)致殘余應(yīng)力增加。比較兩對(duì)銼的銼頂端的機(jī)械性能(彈性模數(shù)和硬度):新的(原始)銼(I)和源自牙根管治療的臨床所使用的銼(2)，并且還測(cè)量借助扭轉(zhuǎn)平臺(tái)，受到同樣大小應(yīng)力的涂覆的銼(3)和未被涂覆的(4)銼(圖3D)。首先，將新的銼(I)的彈性模數(shù)(圖4A)和硬度(圖4B)與源自牙根管治療的使用過(guò)的銼(2)的彈性模數(shù)和硬度進(jìn)行比較。該臨床使用的銼是用于塑形五個(gè)不同的牙根管。新的銼(I)顯示出雙峰式分布，其中兩個(gè)峰的模數(shù)集中在90和60GPa左右。此外，在該情況下，彈性模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(STDV)非常高。模數(shù)和強(qiáng)度的雙峰式(或大的STDV)分布表明馬氏體和奧氏體域可互換地共存于試樣中。因此，新的銼(I)示出了很寬范圍的彈性模數(shù)值和硬度值，其分別由相對(duì)高的標(biāo)準(zhǔn)偏差(STDV) 16.5GPa和1.3GPa指示。這表明了寬范圍與可互換地共存于試樣銼中的馬氏體和奧氏體域?qū)е碌碾p峰式分布有關(guān)。另一方面，使用過(guò)的銼(2)的模數(shù)(強(qiáng)度)結(jié)果顯示為單一峰且值較低。在該情況下，STDV也變得很低。因此，使用過(guò)的銼(2)的模數(shù)和硬度結(jié)果范圍較窄(STDV為9.6和1.lGPa)，平均的彈性模數(shù)在77.1至56.3GPa之間變化。這些結(jié)果表明使用過(guò)的銼的機(jī)械性能發(fā)生退化，顯示為與低應(yīng)力相關(guān)的轉(zhuǎn)變[7]。換句話說(shuō)，這些結(jié)果可歸因于與疲勞相關(guān)的馬氏體穩(wěn)定性[7，8]。在接下的一系列納米壓痕實(shí)驗(yàn)中，將Co/IF涂覆的銼(3)與未被涂覆的銼(4)進(jìn)行比較。在實(shí)施本實(shí)驗(yàn)前，將兩種銼都進(jìn)行轉(zhuǎn)矩測(cè)量實(shí)驗(yàn)(如上所述，利用圖3D中的鉆機(jī))，從而認(rèn)為其經(jīng)歷了一些疲勞。事實(shí)上可知，相比未使用過(guò)的銼(1)，這兩種銼都顯示出降低的平均模數(shù)和硬度。然而，未被涂覆銼(4)的降低比涂覆的銼(3)的降低更顯著。事實(shí)上，涂覆的銼顯示出雙峰式分布，與未使用的銼相比，其值略微降低，表明其為適度疲勞。涂覆的銼的彈性模數(shù)顯現(xiàn)出的STDV顯著大于未被涂覆的銼的STDV (17.3GPa比4.6GPa)，表明其為適度疲勞且保留了銼的機(jī)械性能。相反地，未被涂覆的銼的彈性模數(shù)和硬度顯示為單一峰且值更低(平均值分別為62.2GPa和3.6GPa)，與臨床使用過(guò)的銼類似。這些結(jié)果表明未被涂覆的銼在轉(zhuǎn)矩測(cè)量過(guò)程中已產(chǎn)生了很大疲勞。應(yīng)該理解的是，降低銼(還有鉆出的碎片/細(xì)屑)與牙根管壁之間的摩擦可降低施加在銼上的應(yīng)力并減少其疲勞，因此使得銼的損壞率最小化。利用圖3D中的轉(zhuǎn)矩測(cè)量鉆機(jī)測(cè)量被部分夾持的挫的初始摩擦。達(dá)到IOOrpm所需施加的轉(zhuǎn)矩量與挫的摩擦系數(shù)成反比，因此，可間接地測(cè)量出該參數(shù)。此處，將Co/IF涂覆的銼與未被涂覆的銼進(jìn)行比較(發(fā)現(xiàn)僅涂覆Co的NiTi基件的摩擦系數(shù)非常高[22]并且這里沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步研究)。利用兩個(gè)金屬支架保持銼，它們未被完全擰緊(夾持力475.2N),以便允許銼在其中旋轉(zhuǎn)。所施加的轉(zhuǎn)矩從未被涂覆NiTi銼的0.9N*cm降至Co/I F涂覆的銼的0.27N*cm。利用三對(duì)不同的涂覆的和未被涂覆的銼，將該實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，結(jié)果顯示其測(cè)量值存在非常小的差異。這些結(jié)果表明涂層可顯著降低涂覆的銼與金屬支架之間的摩擦。
參照?qǐng)D5A-5D，其示出了在圖3D平臺(tái)上實(shí)施的銼的旋轉(zhuǎn)損壞實(shí)驗(yàn)。測(cè)試了兩種不同情況。在圖5A中，施加在頂端上的夾持力相對(duì)高(633N)，模擬了損壞的錐形鎖(偶然性)模式。相反地，圖5B中所描述的實(shí)驗(yàn)中頂端的夾持力是適中的，可導(dǎo)致與疲勞相關(guān)的損壞。具體地，圖5A示出了未涂覆的銼和涂覆的銼的偶然性扭轉(zhuǎn)損壞實(shí)驗(yàn)中的時(shí)間(見(jiàn)3D的實(shí)驗(yàn)裝置)。當(dāng)器件的遠(yuǎn)端(引導(dǎo)部分)受到超過(guò)其屈服強(qiáng)度的最高扭矩時(shí)，在實(shí)踐中并不罕見(jiàn)的該損壞模式在任何其他NiTi醫(yī)療器件(如導(dǎo)絲)都可歸于此類。在這些實(shí)驗(yàn)中，所施加的正交夾持力較高(633N)，即降低了彈簧的長(zhǎng)度L。應(yīng)該注意的是，雖然兩種銼的抗損壞時(shí)間都較短，但是平均而言，涂覆的銼的分離時(shí)間為未涂覆的銼的兩倍(涂覆的銼6s，未涂覆的銼3s)。此外，該測(cè)試過(guò)程中未涂覆的銼上所施加的轉(zhuǎn)矩(最大值0.88N*cm)比涂覆的銼(0.62)上所施加的轉(zhuǎn)矩高。這些結(jié)果與摩擦測(cè)試中的結(jié)果一致，表明對(duì)銼進(jìn)行涂層的效果是降低所施加的轉(zhuǎn)矩。這些結(jié)果還表明在臨床應(yīng)用期間，涂覆的銼在銼的堵塞較明顯的狹窄牙根管中顯現(xiàn)出較低的偶然損壞幾率。圖5B示出了銼(在幾乎無(wú)夾持力下)的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)(直至損壞)結(jié)果。示出了涂覆的銼和未涂覆的銼的疲勞誘發(fā)扭轉(zhuǎn)損壞情況。圖中示出了當(dāng)在兩個(gè)金屬片之間來(lái)回扭轉(zhuǎn)時(shí)，在未涂覆的銼和Co/IF涂覆的銼上所施加的轉(zhuǎn)矩。利用相對(duì)低的力(110.9N)保持銼。7.1min后，未涂覆的銼損壞，而涂覆的銼在14.1mim后發(fā)生分離。此處，銼以向前運(yùn)動(dòng)0.2s然后再反向運(yùn)動(dòng)0.1s的方式來(lái)回旋轉(zhuǎn)，直至損壞，導(dǎo)致產(chǎn)生與疲勞相關(guān)的損壞。該損壞模式可進(jìn)一步通過(guò)碎裂區(qū)域出現(xiàn)的條紋(由于馬氏體區(qū)域產(chǎn)生的剪切帶-見(jiàn)圖5C-5D)證明。條紋出現(xiàn)在銼拐角下方，旋轉(zhuǎn)期間那里的載荷最大。轉(zhuǎn)矩突然降低表明出現(xiàn)分離。未涂覆的挫在6.3-7.2min后發(fā)生損壞,而涂覆的挫在14_19min后發(fā)生損壞(每組實(shí)驗(yàn)含3個(gè)銼)。圖5C- 示出了經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)疲勞誘發(fā)損壞(詳見(jiàn)圖5B)的斷裂(未涂覆的)銼的正面SEM圖像。在放大圖像中示出了疲勞條紋(剪切帶)，表明斷裂與疲勞有關(guān)(至少部分相關(guān))。碎裂區(qū)域的表面上出現(xiàn)的條紋(由于馬氏體區(qū)域產(chǎn)生的剪切帶)表明其為基于疲勞的損壞[19，20，21]。條紋區(qū)域出現(xiàn)在銼的三角橫截面的拐角下方(圖5C-5D)。這表明(也可從粘-滑行為預(yù)料(見(jiàn)下圖5E-5H))，轉(zhuǎn)矩非均勻地分布于銼的圓周上。因此，條紋在靠近銼表面處的拐角處集結(jié)，那里的銼-牙根管-壁相互作用最強(qiáng)。因此，降低轉(zhuǎn)矩并使其更均勻地分布在涂覆的銼的表面 可延遲與不可逆變化和疲勞相關(guān)的條紋集結(jié)。因此，可以看出，與未涂覆的對(duì)應(yīng)物相比，本發(fā)明的EF經(jīng)歷選擇性分布的摩擦、相變和較少的機(jī)械退化。這表明本發(fā)明的EF在與工作相關(guān)的應(yīng)力下(如在牙根管治療中)不易發(fā)生斷裂。另外，選擇性分布的摩擦以及隨后的轉(zhuǎn)矩允許在目前認(rèn)為非常風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜的情況中使用NiTi EF0所提議的選擇性涂層可適用于廣泛范圍的NiTi基技術(shù)和醫(yī)療領(lǐng)域，且對(duì)NiTi器件的性能和壽命產(chǎn)生有利影響。在形成了 IF-納米顆粒涂層的潤(rùn)滑能力后，測(cè)試模擬臨床應(yīng)用期間施加在涂覆的銼和未涂覆的銼上的轉(zhuǎn)矩。利用圖3D中的扭轉(zhuǎn)鉆機(jī)，以250rpm的扭轉(zhuǎn)速率將銼鉆入0.35mm的預(yù)制孔中。利用預(yù)鉆成的孔是為了保持標(biāo)準(zhǔn)直徑。當(dāng)在PVC基件中鉆出0.35mm的開(kāi)口(預(yù)制孔)時(shí)，測(cè)量涂覆的銼和未涂覆的銼的轉(zhuǎn)矩。檢查涂覆的銼和未涂覆的銼的鉆入能力(圖5E)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩測(cè)試結(jié)果表明，涂覆的銼呈現(xiàn)出較小的轉(zhuǎn)矩值。圖5E表示當(dāng)鉆入PVC基件中形成的狹窄孔(直徑0.35mm且深度5mm)時(shí)由牙根管銼所加的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。圖中所示出的隨時(shí)間變化的轉(zhuǎn)矩(力矩)圖代表進(jìn)入和重新進(jìn)入模擬牙根管的單一過(guò)程。圖表的振蕩特性歸因于粘-滑現(xiàn)象，其為典型的高摩擦情況(邊界潤(rùn)滑)。對(duì)于大部分的鉆入時(shí)間來(lái)說(shuō)，由涂覆的銼對(duì)壁所施加的轉(zhuǎn)矩顯著低于由未涂覆的銼對(duì)壁所施加的轉(zhuǎn)矩。涂覆的銼的孔最終尺寸比未涂覆的銼的孔最終尺寸約小10%。因此，可能由于與牙根管的較低摩擦力，涂覆的銼產(chǎn)生了更小的鉆孔。因此，與未涂覆的銼相比，涂覆的銼可更準(zhǔn)確地為牙根管塑形，其可更精確地保持牙根管外形。通過(guò)比較鉆入測(cè)試中涂覆的銼和未涂覆的銼的粘-滑行為可知，未涂覆的銼的振蕩頻率要高得多。這意味著作為粘-滑現(xiàn)象基礎(chǔ)、導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩增大(在振蕩粘-滑行為中的最大值)的銼的夾緊比未涂覆的銼的情況中更頻繁地發(fā)生。因?yàn)檎?滑現(xiàn)象是典型的高摩擦情形，所以涂覆的銼的振蕩頻率降低是由于該情況中所遇到的較低摩擦導(dǎo)致。圖5F-5H為鉆入測(cè)試后涂覆的銼的SEM圖像。應(yīng)該注意到涂層磨損主要發(fā)生在鉆孔器區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)采用了與初始轉(zhuǎn)矩測(cè)試使用的相同轉(zhuǎn)矩鉆機(jī)。旋轉(zhuǎn)速度為250rpm且頂端運(yùn)動(dòng)速度為0.02mm/so將涂覆的銼鉆入牙根管中所用的最大轉(zhuǎn)矩與將未涂覆的銼鉆入牙根管所用的最大轉(zhuǎn)矩相同或比其更高。正如所料，涂覆的銼的曲線不如未涂覆的銼的曲線陡峭。未涂覆的銼的粘-滑現(xiàn)象反映了三角形銼與孔壁之間的相互作用(見(jiàn)圖5C)。不存在高頻率粘-滑現(xiàn)象和較低的轉(zhuǎn)矩，表明了涂覆的銼可更平滑地進(jìn)行穿透，從而減少疲勞。這點(diǎn)從孔開(kāi)口的大小和形狀也 可證實(shí)。事實(shí)上，平均地，涂覆的銼所鉆孔的孔徑尺寸比未涂覆的銼所鉆孔的孔徑尺寸小10%。此外，涂覆的銼所獲得的孔的橫截面為圓形，而未涂覆的銼所獲得的孔的橫截面為菱形。如本研究結(jié)果表明，通過(guò)Co/IF涂層提高了 NiTi儀器在牙根管內(nèi)保持同心的能力，可進(jìn)一步降低與操作有關(guān)的不利后果。所提出的涂層可在其他醫(yī)療和通常NiTi基技術(shù)的性能和壽命產(chǎn)生有利影響。
權(quán)利要求
1.一種用于牙根管治療的牙根管銼，所述牙根管銼包括細(xì)長(zhǎng)的整體主體，所述主體形成有刀刃，所述刀刃限定可旋轉(zhuǎn)的螺旋制成件，所述件由形狀記憶和超彈性材料的復(fù)合成分制成，且具有遠(yuǎn)端和近端，所述遠(yuǎn)端用于穿入所述牙根管，且通過(guò)所述近端將力施加至所述主體以使所述遠(yuǎn)端能夠進(jìn)行所述穿入，所述螺旋件形成有這樣的材料的涂層，所述材料包括金屬或金屬合金和無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)結(jié)構(gòu)或包含這種納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，其中涂層材料沿所述件具有預(yù)定的非均勻分布，選擇所述非均勻分布以降低所述銼的損壞率和降低通過(guò)所述近端施加所述力的情況下的銼碎裂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙根管銼，其中，選擇所述涂層材料的非均勻分布，以使所述件的位于所述遠(yuǎn)端處的部分未被涂覆，而所述件的其余部分具有所述涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙根管銼，其中，選擇所述涂層材料的非均勻分布，以使所述螺旋件的位于所述遠(yuǎn)端處的部分中的所述刀刃未被涂覆，而所述件的其余部分具有所述涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的 牙根管銼，其中，位于所述遠(yuǎn)端處的所述部分具有的長(zhǎng)度為整個(gè)螺旋件的約1/3。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，所述形狀記憶和超彈性材料復(fù)合成分選自NiTi和不銹鋼。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，所述涂層具有的厚度在0.3微米和10微米之間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，與未涂覆的物體相比，納米結(jié)構(gòu)或包含納米顆粒的復(fù)合物降低了所述銼與所述牙根管之間的摩擦。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，所述涂層材料選自N1-P-1F-納米顆粒、Co-P-1F-納米顆粒、Co-B-1F-納米顆粒、N1-B-1F-納米顆粒、包含IF-納米顆粒的金屬膜、聚氨酯、聚丙烯或包含IF-納米顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂或包含IF-納米顆粒的溶膠-凝膠玻璃、Co-N1-1F-納米顆粒、Cr-Co-1F-納米顆粒、TiN-1F-納米顆粒、TiON-1F-納米顆粒、T1-1F-納米顆粒、N1-Co-1F-納米顆粒、Co-Cr-1F-納米顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的牙根管銼，其中，所述涂層材料包括(i)N1-P、Co-P,Co-B,N1-B、Co-N1、Cr-Co、TiN、T1、TiON、N1-Co、Co-Cr 合金和(ii) IF-WS2 或 IF-MoS2 納米顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，所述IF納米結(jié)構(gòu)由金屬硫族化合物和金屬二硫族化合物制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，所述IF納米結(jié)構(gòu)由TiS2、TiSe2λ TiTe2λ WS2λ WSe2λ WTe2λ MoS2λ MoSe2λ MoTe2λ SnS2、SnSe2、SnTe2、RuS2、RuSe2、RuTe2、GaS、GaSe、GaTe、InS、InSe、HfS2' ZrS2、VS2、ReS2 或 NbS2 制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的牙根管銼，其中，所述IF納米顆粒為IF-WS2或IF-MoS2納米顆粒。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，包括金屬或金屬合金和無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)結(jié)構(gòu)或包含這種納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物的材料的所述涂層包括約lwt%至15wt%范圍內(nèi)的無(wú)機(jī)類富勒烯(IF)結(jié)構(gòu)或包含這種納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的牙根管銼，其中，所述金屬或金屬合金包括鈷、鎳、鋯-鈷、T1、TiN、鈦基合金、鎳基合金、鈷基合金。
全文摘要
本發(fā)明提供了牙根管銼的選擇性涂層，其中該銼的遠(yuǎn)端未被涂覆或可選擇地，保留遠(yuǎn)端部分的刀刃的最外面部分未被涂覆。因此，沿銼表面的納米顆粒的分布不均勻，僅涂覆了銼的一部分。在本發(fā)明中，經(jīng)受最高轉(zhuǎn)矩的器件遠(yuǎn)端完全不涂覆或具有涂覆的核心和未涂覆的刀刃。
文檔編號(hào)A61C5/02GK103096830SQ201180030991
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者雷謝夫·坦尼, 梅爾·雷德利赫, 阿迪·拉姆-阿迪尼, 伊沙伊·費(fèi)爾德曼, 吉爾·納韋, 約書(shū)亞·莫紹諾, 博阿茲·謝伊 申請(qǐng)人:耶達(dá)研究及發(fā)展有限公司, 哈達(dá)斯特醫(yī)學(xué)研究發(fā)展有限公司