新型可注射型藻酸盐印模材料的制备与印模精度评价

刘幸子 王馨惠 吴静雅 罗菁菁 王云 李全利

1.安徽医科大学口腔医学院/附属口腔医院，安徽省口腔疾病研究重点实验室，合肥 230032；2.皖南医学院口腔医学院，芜湖 241001

藻酸盐印模材料是一种弹性不可逆的印模材料，因其具有良好的印模精度、价格低廉、使用方便等优点，成为目前国内外应用最为广泛的印模材料[1-2]。临床常用的藻酸盐印模在剂型上有粉-水调拌剂型、粉-糊调拌剂型，调拌方法为手动调拌法和机械调拌法，但是仍然存在水粉配比不调[3]、调拌时间不定[4-5]、调拌时和印模材料储存均存在交叉污染等问题。IvoclarVivadent®推出的“注射型藻酸盐印模材料”为粉-水调拌剂型，该印模材料的临床操作是通过手动调拌混合后，分别手工装入注射器和托盘中形成轻体、重体剂型完成印模制取。该印模材料细分了藻酸盐材料的轻体和重体，从而提高了该印模的准确性，但是仍然是“粉-水调拌剂型”，与传统藻酸盐印模没有区别，依然会受到操作时间以及临床操作人员熟练程度的影响[6]。

本研究基于藻酸盐印模材料所存在的临床问题，研制一种双组分可注射型自动混合的藻酸盐印模材料，并通过数字三维测量方法评价其准确性。

1 材料和方法

1.1 材料

海藻酸钠、氧化镁（分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司），磷酸三钠、甘油、硅藻土（分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司），聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）（平均相对分子质量400，北京索莱宝科技有限公司），半水硫酸钙（安徽大江医疗用品有限公司），氟钛酸钾、薄荷脑（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司），对羟基苯甲酸乙酯（分析纯，广州市西陇化工股份有限公司），食用级色素（广西聚力恒生物科技有限公司）。

1.2 注射型藻酸盐印模材料的制备

海藻酸钠基质组分（组分一）制备：按照预设的配比，将2.5 g 磷酸三钠加入140 mL 的去离子水中，待完全溶解后加入7.5 g海藻酸钠搅拌均匀，静置15 h，使海藻酸钠完全溶解于水中成为溶胶。再加入2 g 硅藻土，0.3 g 氟钛酸钾。10%食用级色素1 mL、10%薄荷脑1 mL 和10%对羟基苯甲酸乙酯1 mL，采用行星离心搅拌机（TIPTOP-02，宁波蓝野医疗器械有限公司）混合均匀。

半水硫酸钙、氧化镁胶结剂组分（组分二）制备：将不同梯度比例的PEG400、甘油、半水硫酸钙和氧化镁混合均匀，通过与组分一混合后的调和性能、工作时间与抗压强度的评价，调节组分二中各成分的比例，筛选出便于临床使用的配方，即PEG400、甘油、半水硫酸钙和氧化镁的质量比为1.2∶1.2∶3.3∶0.4，组分一与组分二的体积比为2∶1。将组分一与组分二糊剂分别灌注到2∶1 的注射管内，形成可注射型印模材料，供临床使用（图1）。

图1 注射性藻酸盐印模材料Fig 1 The injectable alginate impression materials

1.3 藻酸盐印模材料的形貌观察

选用机械调拌所得的Jeltrate 藻酸盐印模材料（登士柏公司，美国）与本研究的注射性藻酸盐印模材料作对比。材料凝固后，临界点干燥仪（critical point drying，CPD）（K850，QUORUM 公司，英国）处理，通过扫描电子显微镜（scanning elec‐tron microscope，SEM）（GeminiSEM 500，ZEISS公司，德国）观察印模材料内部断面的形貌。

1.4 不同印模材料取模的三维精度比较

1.4.1 标准模型的制备 参考文献选用上颌模型作为研究评价模型[7-8]。采用3Shape 软件设计，将数据导入Evodent S300 齿科3D 打印机，使用快速成型技术制作上颌树脂牙列模型。

1.4.2 制取标准模型的印模实验 将3 种印模材料分为3 组（n=5）。具体组别如下，IA（injectable alginate）组：注射型藻酸盐印模材料；JA（Jel‐trate alginate） 组：Jeltrate 藻酸盐印模材料；SI（Silagum-putty/light） 组：加成型硅橡胶印模（DMG 公司，德国），采用轻体重体联合使用的二次印模法制取。所有印模由同一位熟练的医师制取，制取印模时严格按照各印模材料的使用说明进行配比及操作。

1.4.3 灌注石膏模型 按藻酸盐印模材料、硅橡胶印模材料的要求，用超硬石膏（贺利氏古莎公司，德国）常规灌制模型。精确控制超硬石膏水粉比，调拌均匀后置于振荡器上灌注。操作环境及水温为（23±2）℃，相对湿度为50%±5%，1 h后脱模。

1.4.4 标准模型、石膏模型扫描 3Shape E3（3-shape 公司，丹麦）扫描仪对标准模型及每组的5个超硬石膏模型进行三维扫描，获得其数字模型。所有模型均以咬合面朝上，底座固定于基台上形式放置，输出dcm 格式数据，通过3Shape dental system（3Shape公司，丹麦）转换成表面三角网格数据（STL）格式的文件，以标准模型扫描获取的数字模型为参照（REF），每组的5个超硬石膏模型扫描获得的数字模型为测试组（IA 组、JA 组、SI组），然后分别命名保存。

1.4.5 数据处理 采用软件Geomagic Wrap 2021（Geomagic；Morrisville，NC，美国）处理分析STL数据，为避免藻酸盐印模边缘形变造成数据分析误差，对模型边缘进行裁剪，裁剪范围尽量控制在距中切牙唇侧龈缘2 mm，腭侧延伸到距龈缘8 mm；第一磨牙颊侧距龈缘5 mm，腭侧距龈缘4 mm。每个测试组内样品的5个STL 文件分别与标准模型REF“三点注册匹配”“全局注册”对齐，进行“偏差分析”，通过正确度（trueness）和精密度（precision）表示[9]。正确度：通过每个测试组内的5个扫描文件与REF对齐，分析得出的平均距离值来评价。精密度：通过每个测试组内的5个扫描文件两两对齐，分析得出的标准偏差值评价（图2）。

图2 3组全牙列印模正确度/精密度的3D数字化分析Fig 2 3D digital analysis of trueness/precision of three groups of full arch impressions

石膏模型与标准模型之间的差异幅度可以通过三维彩色偏差图呈现出来。三维彩色偏差图选择同一标尺，最大临界值为200 μm，最小临界值为−200 μm，最大名义值为50 μm，最小名义值为−50 μm，颜色段选为15 段，绿色代表误差允许范围，其他颜色为非误差允许范围。

1.5 统计学分析

采用SPSS 21.0 软件进行统计学分析。实验数据符合正态分布和方差齐性，采用单因素方差分析（One-way ANOVA）和Tukey 多重比较检验，检验水准α=0.05，以P<0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 Jeltrate 藻酸盐印模材料和注射型藻酸盐印模材料的内部结构形貌分析

SEM 结果显示，机械调拌方式的Jeltrate 藻酸盐印模材料气泡大小不均匀，约几十微米不等（图3左）。而注射型藻酸盐印模材料结构致密，气泡直径较小（图3 右），气泡含量少于Jeltrate 藻酸盐印模材料。

图3 Jeltrate 藻酸盐印模材料（左）和新型注射型藻酸盐印模材料（右）的内部形貌 SEM ×100Fig 3 Internal morphology of Jeltrate alginate impression mate‐rials (left) and the novel injectable alginate impression materials(right) SEM ×100

2.2 3种印模材料的准确性分析

3 种印模材料的准确性以精密度和正确度反映，具体见表1。正确度单因素方差分析结果显示3 组印模组间差异有统计学意义（P<0.05），进一步Tukey 多重比较检验得出IA 组、JA 组分别与SI组间差异有统计学意义（P<0.05），但IA 组和JA组间差异无统计学意义。精密度单因素方差分析结果显示3 组印模组间差异有统计学意义（P<0.05），进一步Tukey 多重比较检验得出IA 组、JA组和SI 组3 组之间差异均有统计学意义（P<0.05）。

表1 3种印模材料的准确性评价Tab 1 The accuracy evaluation of three kinds of im‐pression materials μm

根据三维彩色偏差图显示结果，正确度偏差值主要分布在后牙咬合面窝沟及两牙接触区的邻间隙处。其中SI 组制取超硬石膏模型90%区域与标准模型差异在−50～50 μm，而IA组为70%～80%，JA组为60%～70%，因此SI组准确性最高（图4）。

图4 三维彩色偏差图显示3种印模材料的差异分布特征Fig 4 The 3D color-coded deviation maps show the discrepancy distribution characteristics of three kinds of impression materials

3 讨论

本研究通过改变藻酸盐印模材料的性状和使用方式，制备出预混合可注射型藻酸盐印模材料，从而解决临床上藻酸盐印模材料存在的调拌及卫生问题。糊剂型藻酸盐印模材料更能满足藻酸盐印模材料的要求[10]，并且注射型藻酸盐印模材料通过添加氧化镁成分，有效提高了该材料的强度、硬度和凝结速度[11]。根据SEM 结果显示，注射型藻酸盐印模材料结构致密，气泡含量较少，直径较小，优于Jeltrate藻酸盐印模材料。据文献报道，藻酸盐印模材料机械调拌法优于手动调拌法，是因为高速旋转的调拌机可以将气泡排出或挤破，而手动调拌法无法快速搅拌材料，故容易导致气泡的混入[12]。而注射型藻酸盐印模材料有着较为准确的成分定量配比，且为预混合状态，解决了因调拌产生的气泡问题，因此材料内部结构更为致密。印模材料中夹带的空气或气泡会影响印模材料的准确性和产生的铸型[12]，而注射型藻酸盐印模材料有效减少了气泡的产生，从而有利于提高藻酸盐印模材料的准确性。本研究在对照组的设计上，没有采用IvoclarVivadent®的注射型藻酸盐印模材料作为对照组，除了产品获得困难的原因外，更重要的是本研究着重于展示新型可注射型藻酸盐印模材料相对于目前临床常用的手调型藻酸盐印模材料的优良临床操作性能和印模的准确性。

本研究使用激光三维扫描仪3Shape E3 重建模型的数字化图像，该扫描仪扫描完整的牙列模型只需18 s，且扫描精度为7 μm，扫描数据导入Geomagic Wrap 2021 计算机三维检测分析软件中，分析注射型藻酸盐印模材料制取全牙列的三维精度。近年来，相比于接触式直接测量，在印模和模型的测量方法上更倾向于非接触式三维测量[14]。非接触式测量是各种测量仪器与样本在非接触的状态下，测量其尺寸变化，可以获得二维或三维的数据。通过测量显微镜（移动显微镜）、反射光学显微镜、外形投影仪等非接触测量法获得二维数据；而通过三维坐标测量机和三维光学数字技术可获得三维数据[15]。本研究采用的是激光扫描技术，即三维光学数字技术，进行三维扫描后的测量或建模。研究中准确性评价所用的测量方法并非三维数字化模型的线性距离测量，而是采用三维模型图像叠加法，该方法可以显示测试模型和参考模型的几何图形各表面间的偏差，并计算出三维距离。因此，本研究比较计算方法，消除了仪器本身带来的误差，保证了数据的可靠性。Geomagic 是一款逆向工程软件，不仅可以精确而全面地检测出两个三维图像之间的差异，而且可以生成三维彩色偏差图[16]。印模材料的准确性由正确度和精密度所决定[9]。精密度描述了重复测量结果的一致程度。精密度越高，测量越可预测。正确度描述了标准模型数据与测试组结果的匹配程度。高度正确性会产生接近或等于被测物体实际尺寸的结果[8]。从本实验的统计结果来看，硅橡胶印模材料的精密度优于注射型藻酸盐印模材料，更优于Jeltrate 藻酸盐印模材料，而正确度方面，注射型藻酸盐印模材料和Jeltrate 藻酸盐印模材料差异无统计学意义（P>0.05），硅橡胶印模材料体现出最佳正确度。

修复体的长期稳定性取决于其与基牙之间的密合程度，美国牙科协会指出：临床上可接受的间接修复体的误差范围为50～100 μm，但是有一些学者[17]指出误差范围小于200 μm 就能保证修复体的长期存留率。与SI 组相比，IA 组、JA 组准确性较差，三维彩色偏差图显示偏差主要存在后牙区咬合面及两牙接触区的邻间隙处，可能由于这些地方易形成倒凹，脱模过程中导致印模材料发生扭转伸长或弹性回缩的形变。而脱模后，模型的准确性依赖于印模材料的形变是否能恢复及恢复情况，即取决于印膜材料本身的特性。根据图中标尺及颜色的分布，SI 组、IA 组及JA 组偏差颜色段逐渐加深，偏差数值逐渐增大，与表1数值呈现的结果一致，但是根据三维彩色偏差图更能直观地表明SI组印模准确性高于IA组和JA组。

另外，印模材料的准确性与材料的黏度有直接的关系[18]。硅橡胶印模材料由高黏度的重体和低黏度的轻体组成，因此硅橡胶印模材料具有极佳的准确性。对于本研究的可注射型藻酸盐印模材料，也可以通过改变预混材料的黏度，形成类似硅橡胶材料的重体、轻体剂型，从而提高其制取印模的准确性。

综上所述，注射型藻酸盐印模材料结构致密，气泡含量少，具有良好的印模准确性，且便于临床操作，为解决藻酸盐印模材料调拌及卫生问题提供一种新思路。但是作为一种新型印模材料，其相关性能，如操作时间、亲水性、压应变、形变恢复性、抗压强度、与石膏的配伍性和生物安全性等需要按照藻酸盐印模材料国家标准“yy-1027-2001”进一步评价，其使用有效期问题也需在后期的实验中进一步探究，以期临床转化应用。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。