專利名稱：模擬口腔環(huán)境的恒溫水浴循環(huán)裝置及利用該裝置測試應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬口腔環(huán)境條件下研究熱塑性材料的應(yīng)力松弛性能的裝置，特別是涉及一種恒溫水浴循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
無托槽隱形矯治技術(shù)是近年來興起的一種新型正畸矯治技術(shù)，因其美觀、舒適、安全和衛(wèi)生而受到眾多患者的青睞。不同于傳統(tǒng)的固定矯治技術(shù)，矯治力主要來源于熱塑性材料變形后的回彈力。因此，制作矯治器的熱塑性材料的力學性能是影響矯治器治療效果的最根本因素。在實際臨床使用過程中，矯治器往往是長期受力的，且熱塑性材料的力學性能有很強的時間依賴性。因此對其長期負載表現(xiàn)出來的力學性能，即應(yīng)力松弛和蠕變回復(fù)等的研究非常重要。而矯治器的工作環(huán)境是口腔環(huán)境，口腔環(huán)境十分復(fù)雜，會影響熱塑性材料的性能，因此，對于矯治器材料性能的研究應(yīng)當在模擬口腔環(huán)境中進行。參見文 ■ “The mechanical properties of dental thermoplastic materials in a simulated intraoral environment" ((Orthodontic waves, 2006 年，第 65 卷，p64_72〉〉。通常使用商用材料測試機(如BOSE生物材料動態(tài)力學試驗機ELF3100)對材料開展應(yīng)力松弛性能研究，如Bose BioDynamic系統(tǒng)。該系統(tǒng)在無菌的細胞介質(zhì)環(huán)境中對生物材料及組織工程樣品進行實時精確的物性測量，具有精確的生物力學刺激加載能力及模擬生理環(huán)境的能力。此系統(tǒng)可以用來培養(yǎng)并評價各種樣本包括生物材料、細胞種植與非細胞支架、自然組織和組織工程產(chǎn)品。BioDynamic系統(tǒng)可以仿真在體環(huán)境進行組織培養(yǎng)或三維樣本測試。BioDynamic系統(tǒng)可程序化控制試樣力學加載和媒體循環(huán)。每個培養(yǎng)艙具有獨立的封閉媒體循環(huán)系統(tǒng)，避免污染。此系統(tǒng)適合組織構(gòu)建、生物材料性能、支架工程以及生物兼容性評估，也可以進行各種環(huán)境下的長期實驗研究。材料物性分析為新生物材料和組織工程產(chǎn)品的特性研究提供重要的基準和手段，應(yīng)用領(lǐng)域包括血管組織和組織工程化心肌補片的特性測量，骨、軟骨、半月板、韌帶、肌腱和椎間盤組織等相關(guān)研究。但是，BioDynamic系統(tǒng)的測試過程比較復(fù)雜，而且成本非常高昂，使得矯正器材料的研發(fā)成本也高。而且，目前在模擬口腔環(huán)境中開展材料的應(yīng)力松弛性能非常困難，其主要原因是國內(nèi)還沒有專門用于在模擬口腔環(huán)境中進行材料性能研究的測試機。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)利用商用材料測試機對材料開展模擬口腔環(huán)境中的應(yīng)力松弛性能研究， 本發(fā)明的目的是將標準試樣加載一個局部的恒溫浴環(huán)境，模擬口腔的溫度和濕度，對材料進行應(yīng)力松弛性能測定。本發(fā)明提供了一種水浴杯，所述水浴杯包括杯體，上進水口，下出水口，杯蓋，位于杯蓋上的圓孔，其特征在于，所述杯蓋上還具有條形開口，所述杯體的下底面具有條形開口，當測試時，測試試樣穿過所述條形開口和所述條形開口并被測試機的夾具夾住兩端，所述水浴杯加入恒溫水模擬口腔環(huán)境，用于測試材料的應(yīng)カ松弛性能。根據(jù)本發(fā)明所述的水浴杯，其特征在干，所述水浴杯的高度大于試樣的標距長度且小于夾具間的初始距離。根據(jù)本發(fā)明所述的水浴杯，其特征在于，插入試樣后，所述水浴杯下底面的條形切 ロ通過玻璃膠和封ロ膜密封以防滲水。根據(jù)本發(fā)明所述的水浴杯，所述水浴杯中的水溫為37°C 士0. 5°C。根據(jù)本發(fā)明所述的水浴杯，所述水浴杯中的液面高度控制在水浴杯入水ロ的上沿和水浴杯杯蓋之間。根據(jù)本發(fā)明所述的水浴杯，所述試樣的標線間部分完全沒于恒溫水浴環(huán)境中。根據(jù)本發(fā)明所述的水浴杯，所述水浴杯中的水為蒸餾水。根據(jù)本發(fā)明的ー種包括本發(fā)明所述水浴杯的裝置，所述裝置還包括固定所述水浴杯的固定裝置，恒溫水浴箱，動カ裝置、以及將這些部件連接起來的管，所述動カ裝置將所述恒溫水浴箱中的水送入水浴杯的上進水ロ，所述下出水ロ將水浴杯中的水排回所述恒溫水浴箱，其特征在干，當測試時，測試試樣穿過所述水浴杯的所述條形開口和所述條形開ロ 并被測試機的夾具夾住兩端，所述水浴杯流入恒溫水模擬口腔環(huán)境，用于測試材料的應(yīng)カ 松弛性能。根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，其特征在干，所述動カ裝置是蠕動泵。根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，其特征在干，在所述水浴杯的下出水口上設(shè)置有一個閥， 用于控制水浴杯中水流出的速度。根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，其特征在干，所述裝置還包括溫度計，通過杯蓋上的圓孔放入所述水浴杯中。根據(jù)本發(fā)明的ー種利用本發(fā)明所述的裝置測試材料的應(yīng)カ松弛性能的方法，所述方法包括如下步驟-將測試試樣插入水浴杯中；-將水浴杯底面的條形開ロ密封；-運行動力裝置將水注入水浴杯中；-調(diào)節(jié)下出水口上的閥控制水浴杯中的水位；-根據(jù)溫度計指示調(diào)整水浴杯中水的溫度；-當水浴杯中的水達到預(yù)定溫度后，利用測試機測試所示試樣的應(yīng)カ松弛性能。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中，所述動カ裝置是動カ泵。根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，其中，所述管的材料選自由橡膠、玻璃、塑料、組成的組。根據(jù)本發(fā)明所述的水浴杯，其中，所述杯體的材料選自由玻璃、塑料、陶瓷組成的組。本發(fā)明通過控制恒溫水浴箱中蒸餾水的溫度、蠕動泵的轉(zhuǎn)速、進出水的流速來控制水浴杯中蒸餾水的溫度和液面高度，在離體狀態(tài)下建立了模擬口腔環(huán)境(溫度和濕度等)，從而實現(xiàn)了在商品化的材料測試機上對口腔正崎用熱塑性材料進行模擬口腔環(huán)境下的應(yīng)カ松弛性能研究。該裝置結(jié)構(gòu)簡単，成本低廉，使用方便，為研究材料的應(yīng)カ松弛性能提供了優(yōu)質(zhì)設(shè)備。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的恒溫水浴循環(huán)裝置的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的加載試樣的玻璃水浴杯示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的5型標準試樣的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例的IB型標準試樣的示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施例的4型標準試樣的示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的裝置進行示例性的詳細說明，其中參考圖1和圖2，示出了本發(fā)明的加載試樣的恒溫水浴杯和恒溫水浴循環(huán)裝置。所述水浴杯包括杯體1，上進水口 2，下出水口 3，杯蓋4，位于杯蓋4上的圓孔5，所述杯蓋4上還具有條形開口 6，所述杯體1的下底面具有條形開口 7 (未示出)，杯蓋4的條形開口和圓孔5均較插入的部件，即試樣和溫度計的尺寸略大。當測試時，測試試樣穿過所述條形開口 6和所述條形開口 7并被測試機的夾具夾住兩端，所述水浴杯加入恒溫水模擬口腔環(huán)境，測試機夾住測試式樣，下端夾具固定不動，上端夾具向上拉伸，來測試材料的應(yīng)力松弛性能。本發(fā)明的恒溫水浴循環(huán)裝置包括玻璃水浴杯、溫度計、鐵架臺8，恒溫水浴箱10、 蠕動泵11以及管12。玻璃水浴杯具有位于上部的開口朝上的入水口 2和位于下部的開口朝下的出水口 3，其底面有用于穿過試件的窄條形開口 7，其頂面開放，有杯蓋4，杯蓋4上有用于穿過試件的條形開口 6以及用于穿過溫度計的圓孔5。用玻璃膠將玻璃水浴杯1下底面的條形切口 7密封，干燥4 后用鋒利的刀片在玻璃膠正中切出長約25mm的裂縫(與試樣夾持部分的寬度相等)，將試樣輕輕穿過裂縫，在玻璃水浴杯1的上、下邊沿充分暴露待被加持的試樣部分，然后用Parafilm M封口膜密封試樣與裂縫之間的間隙以防滲水。玻璃水浴杯1固定在鐵架臺8上，并在其中插入試樣。恒溫水浴箱10中預(yù)熱的蒸餾水通過橡皮管12從恒溫水浴箱10的一端經(jīng)蠕動泵11泵出，從玻璃入水口注入水浴杯1， 再由出水口流出，通過管12從恒溫水浴箱10的另一端重新循環(huán)回箱內(nèi)。溫度計用于檢測水浴杯1中蒸餾水的溫度。試驗中，通過調(diào)節(jié)蠕動泵11的轉(zhuǎn)速和出水口閥9的開合大小來控制水的流速和水浴杯中液面高度，同時通過調(diào)節(jié)恒溫水浴箱10的水溫使水浴杯中水溫保持在既定溫度。當室溫處于25°C時，調(diào)節(jié)恒溫水浴箱水溫至38°C 士0. 5°C，調(diào)節(jié)蠕動泵6和出水口閥9，使水的流入速度和流出速度相等，從而在試樣周圍模擬口腔環(huán)境，實現(xiàn)在相對簡單的材料測試機上對熱塑性材料進行模擬口腔環(huán)境下的應(yīng)力松弛性能研究。實例 1玻璃水浴杯1的尺寸設(shè)計根據(jù)所用試樣的不同而不同。參考圖3，以5型標準試樣為例，夾具間的初始距離(L)為80mm，標距長度(Ltl)為25mm，為使試樣的標距間部分完全浸沒于水浴中，且水浴杯1不應(yīng)妨礙對試樣的加持，因此設(shè)計水浴杯1的高度為75mm，入水口 2上沿與水浴杯1上沿、以及出水口 3下沿與水浴杯1下沿的距離均為10mm，進水口 2與出水ロ 3的直徑為8mm ；試樣的端部寬度(b2)為25mm，厚度(h)為1mm，水浴杯1底面直徑設(shè)計為50mm;下底面以及杯蓋上用于穿過試樣的條形裂ロ尺寸設(shè)計為27mmX2mm，略大于試樣橫截面的尺寸，這樣的設(shè)計便于玻璃膠對試樣的彈性夾持以防滲水，同時也避免了測試過程中，杯蓋4的條形開ロ 6與試樣之間的摩擦導致的誤差，杯蓋4上用于穿過溫度計的圓孔5直徑設(shè)計為8mm，略大于溫度計的直徑，用玻璃杯蓋4蓋住水浴杯1，以減緩水浴中水的蒸發(fā)以及外部冷空氣和水接觸所引起的溫度偏差，同時減小對測試機部件的腐蝕。裝置的管12中水的流速大約為^ml/min，可使水浴杯中水溫恒定在37°C 士0. 5°C，液面高度為70mm。在相對簡單的材料測試機上對熱塑性材料進行模擬口腔環(huán)境下的應(yīng)カ松弛性能研九。實例2參考圖4，以IB型試樣為例，夾具間的初始距離(L)為115mm，標距長度(Ltl)為 50mm，為使試樣的標距間部分完全浸沒于水浴中，且水浴杯1不應(yīng)妨礙對試樣的加持，因此設(shè)計水浴杯1的高度為110mm，入水ロ 2上沿與水浴杯1上沿、以及出水ロ 3下沿與水浴杯 1下沿的距離均為10mm，進水口 2與出水ロ 3的直徑為8mm ；試樣的端部寬度(b2)為20mm， 厚度(h)為1mm，水浴杯1底面直徑設(shè)計為50mm ；下底面以及杯蓋上用于穿過試樣的條形裂 ロ尺寸設(shè)計為22mmX 2mm，略大于試樣橫截面的尺寸，這樣的設(shè)計便于玻璃膠對試樣的彈性夾持以防滲水，同時也避免了測試過程中，杯蓋4的條形開ロ 6與試樣之間的摩擦導致的誤差，杯蓋4上用于穿過溫度計的圓孔5直徑設(shè)計為8mm，略大于溫度計的直徑，用玻璃杯蓋4 蓋住水浴杯1，以減緩水浴中水的蒸發(fā)以及外部冷空氣和水接觸所引起的溫度偏差，同時減小對測試機部件的腐蝕。裝置的管12中水的流速大約為^ml/min，可使水浴杯中水溫恒定在37°C 士0. 5°C，液面高度為105mm。在相對簡單的材料測試機上對熱塑性材料進行模擬ロ 腔環(huán)境下的應(yīng)カ松弛性能研究。實例3參考圖5，以4型試樣為例，夾具間的初始距離(L)為98mm，標距長度(Ltl)為50mm， 為使試樣的標距間部分完全浸沒于水浴中，且水浴杯1不應(yīng)妨礙對試樣的加持，因此設(shè)計水浴杯1的高度為90mm，入水ロ 2上沿與水浴杯1上沿、以及出水ロ 3下沿與水浴杯1下沿的距離均為10mm，進水口 2與出水ロ 3的直徑為8mm ；試樣的端部寬度(b2)為38mm，厚度 (h)為1mm，水浴杯1底面直徑設(shè)計為60mm ；下底面以及杯蓋上用于穿過試樣的條形裂ロ尺寸設(shè)計為40mmX 2mm，略大于試樣橫截面的尺寸，這樣的設(shè)計便于玻璃膠對試樣的彈性夾持以防滲水，同時也避免了測試過程中，杯蓋4的條形開ロ 6與試樣之間的摩擦導致的誤差， 杯蓋4上用于穿過溫度計的圓孔5直徑設(shè)計為8mm，略大于溫度計的直徑，用玻璃杯蓋4蓋住水浴杯1，以減緩水浴中水的蒸發(fā)以及外部冷空氣和水接觸所引起的溫度偏差，同時減小對測試機部件的腐蝕。裝置的管12中水的流速大約為^ml/min，可使水浴杯中水溫恒定在 370C 士0.5°C，液面高度為85mm。在相對簡單的材料測試機上對熱塑性材料進行模擬口腔環(huán)境下的應(yīng)カ松弛性能研究。以上詳細描述了示例性實施例。然而很明顯在不背離本公開的寬泛主旨和范圍的情況下，可以做各種改變。因此，說明書和附圖是為了說明而不用于限定。
權(quán)利要求
1.ー種水浴杯，所述水浴杯包括杯體(1)，上進水口 O)，下出水ロ(3)，杯蓋0)，位于杯蓋⑷上的圓孔(5)，其特征在干，所述杯蓋(4)上還具有條形開ロ(6)，所述杯體⑴的下底面具有條形開ロ(7)，當測試時，測試試樣穿過所述條形開ロ(6)和所述條形開ロ(7) 并被測試機的夾具夾住兩端，所述水浴杯加入恒溫水模擬口腔環(huán)境，用于測試材料的應(yīng)カ 松弛性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水浴杯，其特征在干，所述水浴杯的高度大于試樣的標距長度且小于夾具間的初始距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水浴杯，其特征在于，插入試樣后，所述水浴杯下底面的條形切ロ(7)通過玻璃膠和封ロ膜密封以防滲水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水浴杯，所述水浴杯中的水溫為37°C士0. 5°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水浴杯，所述水浴杯中的液面高度控制在水浴杯入水ロ(2) 的上沿和水浴杯杯蓋(4)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水浴杯，所述試樣的標線間部分完全沒于恒溫水浴環(huán)境中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水浴杯，所述水浴杯中的水為蒸餾水。
8.ー種包括權(quán)利要求1所述水浴杯的裝置，所述裝置還包括固定所述水浴杯的固定裝置(8)，恒溫水浴箱(10)，動カ裝置(11)、以及將這些部件連接起來的管(12)，所述動カ裝置(11)將所述恒溫水浴箱(10)中的水送入水浴杯的上進水口 O)，所述下出水ロ( 將水浴杯中的水排回所述恒溫水浴箱(10)，其特征在干，當測試時，測試試樣穿過所述水浴杯的所述條形開ロ(6)和所述條形開ロ(7)并被測試機的夾具夾住兩端，所述水浴杯流入恒溫水模擬口腔環(huán)境，用于測試材料的應(yīng)カ松弛性能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在干，所述動カ裝置(11)是蠕動泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在干，在所述水浴杯的下出水ロ( 上設(shè)置有 ー個閥(9)，用于控制水浴杯中水流出的速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在干，所述裝置還包括溫度計，通過杯蓋(4)上的圓孔( 放入所述水浴杯中。
12.ー種利用權(quán)利要求8所述的裝置測試材料的應(yīng)カ松弛性能的方法，所述方法包括如下步驟-將水浴杯底面的條形開ロ(7)密封，干燥后割開ー個與測試試樣等寬的裂縫；-將測試試樣插入水浴杯中，并穿過所述裂縫，密封試樣與裂縫之間的空隙；-運行動力裝置(11)將水注入水浴杯中；-調(diào)節(jié)下出水ロ(3)上的閥(9)控制水浴杯中的水位；-根據(jù)溫度計指示調(diào)整水浴杯中水的溫度；-當水浴杯中的水達到預(yù)定溫度后，利用測試機測試所示試樣的應(yīng)カ松弛性能。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述動カ裝置(11)是動カ泵。
全文摘要
一種水浴杯和使用該水浴杯的裝置，所述水浴杯包括杯體(1)，上進水口(2)，下出水口(3)，杯蓋(4)，位于杯蓋(4)上的圓孔(5)，其特征在于，所述杯蓋(4)上還具有條形開口(6)，所述杯體(1)的下底面具有條形開口(7)。所述裝置還包括固定所述水浴杯的固定裝置(8)，恒溫水浴箱(10)，動力裝置(11)、以及將這些部件連接起來的管(12)，所述動力裝置(11)將所述恒溫水浴箱(10)中的水送入水浴杯的上進水口(2)，所述下出水口(3)將水浴杯中的水排回所述恒溫水浴箱(10)。當測試時，測試試樣穿過所述條形開口(6)和所述條形開口(7)并被測試機的夾具夾住兩端，所述水浴杯加入恒溫水模擬口腔環(huán)境，用于測試材料的應(yīng)力松弛性能。
文檔編號G01N3/00GK102564846SQ20101061212
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者任超超, 方東煜, 白玉興 申請人:首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院