Лекция 2

Тема: Материаловедение в стоматологии. Инструменты и материалы используемые в стоматологии, требования предъявляемые к ним, их физико – химические свойства. Материалы, используемые в ортопедической стоматологии. Классификация. Оттискные (слепочные) материалы, их физико – химические свойства.

Учебные цели

1. Изучить физические свойства и методы физического анализа современных стоматологических материалов.

2. Изучить химические, механические, технологические свойства материалов и методы их оценки.

3. Ознакомиться с биологическими методами исследования стоматологических материалов.

Общие методы исследования материалов для стоматологии. Физико-химические методы исследования

В стоматологическом материаловедении используют разнообразные методы исследования и испытаний для получения достаточно полной и надежной информации о свойствах материалов об их изменении в зависимости от химического состава, структуры и методов обработки. Эти исследования можно подразделить на металлографические, спектральные, рентгенографические, дефектоскопию и технологические пробы. Они дают возможность получить достаточно ясное представление о природе материала, его строении, составе и свойствах; при необходимости позволяют определить и качество готовых изделий.

Свойства материалов (физические, механические, химические, технологические и биологические) имеют большое практическое значение при изготовлении зубных протезов, лечебных аппаратов и др. Успех ортопедического лечения во многом зависит от свойств конструкционных и вспомогательных материалов.

Современное стоматологическое производство представляет большой промышленный комплекс, в котором используется множество технологических процессов, включающих моделирование, получение штампов, прессование, литье деталей ортопедических конструкций из сплавов металлов. Полимеризации пластмасс, паяние, нанесение керамических и пластмассовых покрытий; используются также аппараты для штамповки, литья металлов, прокатные вальцы, паяльные аппараты, вакуумные печи для обжига керамики и др. Все это требует от врача-стоматолога не только знаний техники изготовления зубных протезов, правильного использования аппаратуры, но и знаний о влиянии того или иного технологического процесса на свойства и качество материала. Нарушение технологии при использовании материала может привести к понижению его прочности и появлению отрицательных свойств, влияющих на органы полости рта и организм в целом. В небольшом курсе стоматологического материаловедения, к сожалению, невозможно рассмотреть в полном объеме вопросы сопротивления материалов, основные виды деформаций, физические, технические и механические аспекты прочности и разрушения материала и влияние на данные характеристики температуры, агрессивных сред и влажности.

Физические свойства. К физическим свойствам материалов относятся плотность, температура плавления и кипения, поверхностное напряжение, теплоемкость, теплопроводность, термические коэффициенты линейного и объемного расширения, цвет, фазовые превращения и др.

Методы физического анализа: макро- и микроскопический, рентгеноструктурный, рентгенографический, термический и дилатометрический.

Рентгенологический анализ – дает возможность установить виды, типы и размеры кристаллических решеток металлов и сплавов, а также распределение в них внутренних напряжений.

Рентгеноструктурный анализ – метод исследования атомного строения веществ путем экспериментального изучения дифраций рентгеновского излучения в этом веществе.

Рентгенографический анализ – основан на свойстве рентгеновского излучения проходить сквозь тела, непрозрачные для видимого света, и дает возможность обнаружить внутри материала даже микроскопические дефекты.

Рентгенодефектоскопия – метод дефектоскопии, основанный на различиях поглощений рентгеновского излучения в неодинаковых средах. Регистрация интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через изделие, производится фотографированием, визуальными или ионизационными методами. Рентгенодефектоскопия позволяет обнаружить раковины, трещины и другие дефекты преимущественно в литых и сварных изделиях.

Магнитная дефектоскопия – позволяет выявить дефекты в поверхностном слое (до 2 мм) металлических материалов, обладающих магнитными свойствами, и основана на искажении магнитного поля в местах дефектов.

Ультразвуковая дефектоскопия – позволяет осуществлять эффективный контроль качества на большой глубине. Она основана на том, что при наличии дефекта интенсивность проходящего через материал ультразвука меняется.

Капиллярная дефектоскопия – служит для выявления невидимых глазом тонких трещин. Она использует эффект заполнения этих трещин легко смачивающими материал жидкостями.

Дилатометрический метод (от лат. dilato – расширение и греч. metreo – измеряю) основан на определении изменений объема, происходящих в материале при фазовых превращениях, применяется для определения критических точек в твердых образцах. Его проводят в специальных приборах – дилатометрах, измеряющих изменение размеров тела, вызванные воздействием энергии, электрического и магнитных полей, ионизирующих излучений и других факторов.

Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил и в значительной степени определяют область их применения. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Механические свойства твердых тел – прочность на растяжение, сжатие, изгиб, круче сопротивление материалов воздействию различных нагрузок и в значительной мере определяют область их применения. Под действием нагрузки в твердом теле происходят изменения (деформации) или оно разрушается. Различают упругие, или обратимые, деформации (после снятия нагрузки на твердое тело к нему возвращается первоначальная форма) и остаточные (необратимые), или пластичные (форма тела после прекращения действия нагрузки остается измененной).

Механические исследования материала (статические, динамические и на твердость) имеют важное значение в зуботехническом производстве. При статических испытаниях материал подвергают воздействию постоянной или быстро возрастающей силы. Проводят также испытание на усталость, старение, износ, которое дает более полное представление о свойствах материала.

Усталость материала – это уменьшение силы сцепления зерен материала вследствие сдвига элементов кристаллической решетки.

Иcтираемость материала – это изменение формы трущихся поверхностей и уменьшение веса образца материала.

Релаксация – падение внутреннего напряжения при постоянной начальной деформации, с повышением температуры резко увеличивается.

Период релаксации – время (от долей секунды до довольно больших значений), необходимое для того, чтобы образец под нагрузкой пришел в равновесное состояние (достиг предельной величины деформации для данной нагрузки) или после снятия нагрузки полностью возвратился в исходное состояние.

Материалы по механическим свойствам разделяют:

1. Изотропные (упругие свойства одинаковы в любых направлениях; например, сталь, металлы, каучук).

2. Анизотропные (упругие свойства в различных направлениях неодинаковы; например, дерево, волокна, слоистые пластики).

Прочность – способность материала быть устойчивым к разрушающему воздействию внешних сил (механическим нагрузкам) по­стоянно действующим в полости рта и способным вызывать деформацию или разрушение.

Вязкость (текучесть) – свойство твердых тел частично необрати­мо поглощать энергию при их деформировании без течения (внут­реннее трение). Для упругих тел такое поглощение энергии обычно мало, однако оно возрастает в некоторых узких температурных обла­стях, называемых областями релаксационных переходов. Для элас­томеров потери энергии обусловлены внутренним трением и соиз­меримы с энергией упругих колебаний, что приводит к разнообраз­ным гистерезисным явлениям при их деформировании. С вязкостью твердых тел связана их способность демфировать колебательные напряжения. Характеризуется: Предел текучести (в кГ/м2).

Упругость – свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки.

Твердость – способность сопротивляться местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела.

Твердость по Бринеллю.

Твердость по Бринеллю устанавливается вдавливанием в об­разец испытуемого материала закаленного стального шарика оп­ределенного диаметра под действием заданной нагрузки в тече­ние определенного времени с последующим измерением глуби­ны или диаметра отпечатка.

Твердость по Роквеллу и Виккерсу.

При испытаниях металлов на твердость широко используются методы Роквелла и Виккерса; метод Виккерса применяют также для определения твердости различных хрупких тел (минералы и др.).

Твердость по Роквеллу. В испытуемый образец вдавливается алмазный конус (или стальной шарик) под действием двух последова­тельно прилагаемых нагрузок (Р, и Р2); Р,= 10 кГ, Р2= 60, 100 или

150 кГ. Разность предварительной и окончательной глубин внедре­ния конуса (или шарика) характеризует твердость металла.

Технологические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видам обработки. К ним относятся испытание на литье, ковкость, штамповку, прокатку, волочение, пайку и обработку. Линейные свойства характеризуются способностью металлов и сплавов в расплавленном состоянии хорошо заполнять полость литейной формы и точно воспроизводить ее очертания (жидкотекучестью), величиной уменьшения объема при затвердевании (усадкой), склонностью к образованию трещин и пор, склонностью к поглощению газов в расплавленном состоянии. Ковкость – это способность материалов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением без разрушения. Свариваемость определяется способностью материалов образовывать прочные сварные соедине­ния. Обрабатываемость резанием определяется способностью мате­риалов поддаваться обработке режущим инструментом. Технологи­ческие пробы достаточно просты. Они определяют возможность производить те или иные технологические операции с данным мате­риалом в реальных условиях или для этих целей требуются особые условия применения.

Термический анализ – метод исследования физических, физи­ко-химических процессов, происходящих в веществе при повышен­ной и пониженной температурах (например, плавление, фазовые пе­реходы, химические превращения). При помощи термического ана­лиза выявляют критические точки плавления металлов и сплавов.

Химические свойства. Технологический процесс изготовления зубных протезов и аппаратов связан не только с механическими приемами, но и с различными химическими реакциями. Металлы и дру­гие материалы, применяемые для изготовления зубных протезов, в процессе обработки часто подвергаются действию кислот, их сме­сей и растворов. Материалы, находящиеся в полости рта подверже­ны действию слюны, пищи, имеющих слабокислую и слабощелоч­ную среду.

Процессы выделения индивидуальных металлов из состава спла­вов, окисление металлов при нагревании, полимеризация и др. представляют собой химические реакции.

Знания химии позволяют стоматологу правильно прогнозиро­вать тот или иной этап работы при изготовлении протезов и контро­лировать работу зубных техников. В практической деятельности сто­матологу-ортопеду и зубному технику постоянно приходится встре­чаться с многочисленными химическими процессами: окислением, восстановлением, полимеризацией и др. Вот почему химия в подготовке данных специалистов занимает ведущее место.

В ходе изготовления протезов на одной из стадий приходится встречаться с явлением образования и разложения химических соединений, например образования окисной пленки при отжиге, пай­ке деталей протезов, полимеризации, поликонденсации конструкционных и вспомогательных материалов, аффинаже золотых сплавов, отбеливания сплавов и т.д.

Одним из требований, предъявляемых к конструкционным материалам, является их химическая инертность. Ряд металлов и сплавов не может быть использован для изготовления зубных протезов только из-за коррозийной неустойчивости, приводящей к разрушению металла.

Коррозией металлов называется разрушение металлов вследствие электрохимического взаимодействия их с внешней средой.

Коррозийная стойкость – свойство способность материала противостоять коррозии. Она определяется отношением массы материала, превращенного в продукты коррозии, к взаимодействию площади изделия, находящейся в агрессивной среде, а также толщиной разрушенного слоя за год.

Коррозийная усталость – понижение предела выносливости материала при одновременных нарушениях в агрессивной среде.

Эксплуатационные свойства характеризуются жаропрочностью, жаростойкостью, износостойкостью, радиационной стойкостью, коррозийной и химической стойкостью и др.

Жаростойкость характеризует способность металлического материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ионизирующего излучения.

Биологические исследования стоматологических материалов.

Под биологическими свойствами материалов понимают возможное воздействие их на биологическую среду, в которой они находятся. Все конструкционные и вспомогательные материалы не должны оказывать отрицательного влияния на ткани и жидкости, с которыми они контактируют, изменять микрофлору полости рта, нарушать митотический процесс, влиять на рН, нарушать кровообращение, чувствительность, тем более не вызывать воспаление.

Все конструкционные материалы проходят специальную проверку на биологическую инертность на животных и в биологических средах.

Определение острой общей токсичности при оральном введении материала. Испытуемый материал после затвердения вводят желудочным зондом 10 животным (обычно белым крысам) массой 200–300 г из расчета 1 г на 1 кг массы тела. Образцы материала предварительно измельчают и готовят либо водную суспензию, либо смесь с растительным маслом. Токсическое действие изучают в течение 2 нед. Если к этому сроку погибают менее 50% животных, значит, матери­ал соответствует требованиям, если погибает 50% и более животных, то материал считается непригодным.

Определение хронической токсичности и бластомогенности. Испытание проводят на небольших животных, чаще на белых крысах. В опыте должно быть не менее 24 животных. Каждому животному подкожно вводят по два образца материала. В качестве контрольно­го материала применяется нержавеющая сталь. Исследование длит­ся около 2 лет. Материал считается пригодным, если хроническое воспаление не сильнее и опухоль появляется не чаще, чем у контрольных животных.

Определение местной токсичности при неспецифической апплика­ции материала. Аппликация материала называется неспецифиче­ской, если она не соответствует применению, предусмотренному для этого материала, например подкожная имплантация пломбировоч­ного материала. При этом могут быть применены различные спосо­бы имплантации: отвержденных материалов, в полиэтиленовых тру­бочках, а также непосредственным нагнетанием через шприц.

Кратковременное изучение воспалительной реакции проводят в сроки 7–10, 21–35 и 60–80 дней с момента подсадки. Реакцию классифицируют как слабую, среднюю и сильную и сравнивают с реакцией известных материалов (положительный и отрицательный контроль).

К неспецифической аппликации относится также испытание материала на культуре ткани. При этом замедление развития клеток, которое вызывается действием материала, сравнивают с контроль­ными положительными и отрицательными материалами.

Определение местной токсичности при специфической аппликации материала. В этом случае материалы испытывают соответствен­но их применению. Исследуют действие материалов на слизистую оболочку полости рта и пародонт, а также на дентин и пульпу зуба. Реакцию слизистой оболочки полости рта изучают после 2-недель-ного контакта с испытуемым материалом. Исследование проводят на крысах, морских свинках, хомячках и обезьянах. Материал фик­сируют в полости рта специальными пластинками или помещают в защечные мешки животных. Реакцию на опытный материал оце­нивают путем сравнения с известным токсичным материалом и не­токсичным (например, гуттаперчей). Отмечают цвет слизистой оболочки и проводят биопсию ее участков с целью изучения гисто­логических изменений в тканях. Кроме того, определяют раздражающее действие водных вытяжек из материалов на конъюнктиву глаз кролика.

Влияние материалов на пульпу зуба исследуют у собак, обезьян, а затем на зубах человека, подлежащих удалению по ортодонтическим показаниям. В качестве контрольных материалов рекоменду­ются цинк-оксидэвгенольный цемент (слабый раздражитель) и сили­катный цемент без прокладки (сильный раздражитель). Состояние пульпы изучают в сроки 24–72 ч, 25–35 и 60+10 дней. Изменения в пульпе характеризуют специальными критериями, описывающи­ми воспалительные реакции.

Определять специфическую сенсибилизацию рекомендуется на морских свинках. Конкретные методы исследования и его критерии еще разрабатываются.

Таким образом, комплекс указанных выше испытаний позволяет получить достаточно объективное представление о биологических свойствах стоматологического материала. Полученные данные мо­гут явиться основанием для того, чтобы рекомендовать материал ли­бо к широким клиническим испытаниям, либо к изменению рецеп­туры материала или техники его применения с целью устранения выявленных отрицательных моментов.