Поюровская. Стоматологическое материаловедение

называются концентраторами напряжения. Величина напряжения вокруг концентратора может во много раз превышать среднее значение напряжения в теле или образце. Причем рост напряжения вокруг концентратора будет зависеть от формы концентратора. Крошечные царапины, практически всегда находящиеся на поверхности всех материалов даже после полирования, ведут себя как тонкие и острые надрезы, вершины которых настолько остры и тонки, что могут попасть в межмолекулярные пространства в структуре материала. Таким образом, концентрация напряжения в вершинах этих крошечных царапин может приводить к напряжениям, достигающим значений теоретической прочности данного материала при относительно низком значении среднего напряжения.

Когда концентраторы действуют в хрупком материале, таком как керамика, в нем образуется трещина, которая мгновенно распространяет-

ся по материалу, приводя к его разрушению. Если такой концентратор напряжения возник в пластичном металле, материал в зоне вершины концентратора напряжения деформируется под его воздействием и превращает острый надрез в закругленную канавку. Из-за того, что вершина концентратора напряжения становится закругленной, а не острой, значение напряжения в ней значительно снижается. Именно так и происходит в металлах и металлических сплавах, обладающих ковкостью, иначе говоря, пластичностью.

Низкая прочность полимеров по сравнению с керамикой и металлами понятна из особенностей молекулярного строения, согласно которому существуют сильные связи внутри полимерных цепей и слабые - между цепями. Слабые вторичные связи между полимерными цепями позволяют этим цепям скользить относительно друг друга при напряжениях намного ниже, чем напряжения, требуемые для разрушения связей в самих цепях.

ЛЕКЦИЯ 3 АДГЕЗИЯ И АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Определение понятия адгезии. Классификация адгезионных соединений в стоматологии. Механизмы образования адгезионных соединений. Условия образования и характер разрушения адгезионных соединений.

Адгезия - это явление, возникающее при соединении разнородных материалов, приведенных в близкий контакт, для разделения которых следует приложить усилие. Когда два материала приведены в такой близкий контакт друг с другом, при котором могут взаимодействовать их поверхностные мономолекулярные слои, молекулы одного вещества определенным образом взаимодействуют с молекулами другого, испытывая взаимное притяжение. Силы этого притяжения называются силами адгезии или адгезионными силами. В отличие от когезионных сил (сил когезии), которые обусловливают взаимное притяжение молекул одного и того же вещества в его объеме.

Материал или слой, который наносят, чтобы получить адгезионное соединение, называют адгезивом. Материал, на который наносят адгезив, называется субстратом.

Адгезия встречается во многих случаях применения восстановительных материалов в стоматологии. Например, при соединении пломбы со стенками полости зуба, герметика и лака с зубной эмалью. При фиксации несъемных зубных протезов цементами. В ортодонтии на принципах адгезии крепятся брекеты к поверхности зубов. Адгезия присутствует и в

комбинированных протезах, в которых стремятся придать восстановлению эстетические и функциональные свойства, а именно при использовании фарфора и металла в металлокерамических протезах, пластмассы и металла - в металлопластмассовых.

На схеме 3.1 представлена классификация адгезионных соединений, используемых в стоматологии.

Схема 3.1.

Классификация видов адгезионных соединений в стоматологии

Следует подчеркнуть существенное различие между адгезионными соединениями восстановительных материалов с тканями живого организма и соединениями разнородных материалов, которые применяются в зубных протезах.

Различают несколько механизмов образования адгезионного соединения за счет различных типов адгезионных связей (классификация типов адгезионных связей дана на схеме 3.2).

Механическая адгезия заключается в заклинивании адгезива в порах или неровностях поверхности субстрата. Оно может происходить на микроскопическом уровне, как в случае соединения полимера с протравленной эмалью зуба, или на макроуровне, когда пластмассовая облицовка наносится на поверхность металлического каркаса, имеющего специальные захваты. Наглядным примером механической адгезии может служить фиксация несъемных зубных протезов неорганическим цементом, например цинк-фосфатным цементом.

Более прочного и надежного соединения можно достигнуть с помощью химической адгезии. Она основана на химическом взаимодействии двух материалов или фаз, составляющих адгезионное соединение. Такой тип адгезии присущ водным цементам на полиакриловой

Схема 3.2.

Типы адгезионных связей*

кислоте, в которой присутствуют функциональные группы, способные образовывать химическое соединение с твердыми тканями зуба, прежде всего с кальцием гидроксилапатита.

Диффузионное соединение образуется в результате проникновения структурной фазы или компонентов одного материала в поверхность другого с образованием «гибридного» слоя, в котором содержатся обе фазы.

На практике трудно найти случай адгезионного соединения, в котором в чистом виде был бы представлен какой-либо из перечисленных механизмов адгезии. В большинстве случаев при использовании материалов различной химической природы для восстановления зубов имеет место адгезионное взаимодействие и механического, и диффузионного, и химического характера.

Условия создания прочного адгезионного соединения:

1.Чистота поверхности, на которую наносят адгезив. На поверхности субстрата не должно быть пыли, посторонних частиц, адсорбированных монослоев влаги и других загрязнений.

2.Пенетрация (проникновение) жидкого адгезива в поверхность субстрата. Пенетрация зависит от способности адгезива смачивать поверхность субстрата.

Смачивание характеризует способность капли жидкости растекаться на твердой поверхности. Мерой смачивания является контактный угол смачивания (Θ), который образуется между поверхностями жидкого и твердого тел на границе их раздела (рис. 3.1).

* На основе классификации WJ. O'Brien «Dental Materials and Their Selection», Quintessence

Publ. Co., Inc, 3 изд., с. 66.

Рис. 3.1.

Контактный угол смачивания

При полном смачивании контактный угол равен 0°. Малые значения контактного угла характеризуют хорошее смачивание. При плохом смачивании контактный угол больше 90°. Хорошее смачивание способствует капиллярному проникновению и говорит о сильном взаимном притяжении молекул на поверхностях жидкого адгезива и твердого тела-субстрата.

Образование сильных химических связей на поверхности раздела существенно увеличит количество мест прикрепления одного материала к другому. Предполагается, что именно так происходит между фарфоровой облицовкой и оксидом олова, нанесенным на поверхности сплавов с большим содержанием благородных металлов.

3.Минимальная усадка и минимальные внутренние напряжения при твердении (отверждении) адгезива на поверхности субстрата.

4.Минимально возможные термические напряжения. Если адгезив и субстрат имеют различные коэффициенты термического расширения, то при нагревании этого соединения клеевой шов будет испытывать напряжение. Например, на металлический каркас нанесена фарфоровая облицовка в процессе обжига фарфора при высокой температуре, а затем металлокерамический протез охладили до комнатной температуры. Если для этой пары подобраны материалы с близкими коэффициентами термического расширения, то возникающие при этом напряжения в слое фарфора будут минимальными.

5.Возможное влияние коррозионной среды. Присутствие воды, способствующих коррозии жидкостей или паров часто приводит к ухудшению адгезионной связи. Среда полости рта с ее высокой влажностью, присутствием слюны, пищевых продуктов, изменчивым рН, непостоянной температурой и наличием микрофлоры признана агрессивной. Это оказывает значительное влияние на надежность и долговечность адгезионных соединений восстановительных материалов в полости рта.

Об адгезии обычно судят по величине адгезионной прочности, т.е. по сопротивлению разрушению адгезионного соединения. Как следует из определения адгезии, достаточно измерить приложенное усилие для разделения составляющих адгезионную пару материалов, чтобы определить прочность данного соединения. Однако не так просто достигнуть того, чтобы измеренное усилие разделения склеенной пары численно соответствовало именно адгезионной прочности. Поэтому так много методов предложено для измерения различных адгезионных соединений, применяющихся в стоматологии. При всем многообразии вариантов в них присутствуют только три механизма разрушения: при растяжении, сдвиге и неравномерном отрыве.

При испытании адгезионного соединения обязательно обращают внимание на характер разрушения. Различают адгезионное (адгезионный отрыв) и когезионное разрушение. Очевидно, что поверхность разрушения проходит по наиболее слабому звену соединения.

ЛЕКЦИЯ 4 ЭСТЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства материалов, характеризующие эстетику восстановления. Факторы, влияющие на эстетическое восприятие восстановительного материала. Субъективные и объективные методы оценки эстетических свойств.

В предыдущих разделах были представлены физико-химические и физико-механические свойства стоматологических материалов, которые имеют большое значение для восстановления структур зубочелюстной системы, способных длительное время воспринимать и выдерживать функциональные нагрузки в среде полости рта. Другой важной

задачей восстановительной стоматологии является воспроизведение внешнего вида натуральных зубов.

В последние годы эстетика в стоматологии приобрела приоритетное значение. В связи с этим стали активно проводиться научные исследования, изучающие влияние состава и технологии применения материалов на их эстетические показатели.

Врач видит и может сравнивать цвета зуба и эталона расцветки, потому что на эти объекты падает свет от источника освещения (рис. 4.1).

К показателям, которые характеризуют эстетические свойства восстановительных материалов, относят цвет, полупрозрачность, блеск поверхности и флуоресценцию.

Собственный цвет любого предмета или объекта, как присущее ему свойство, представляет собой результат взаимодействия данного объекта со светом от источника освещения. Материал приобретает цвет в результате отражения одной части и поглощения другой части спектра падающего на него света.

Напомним, что свет - форма электромагнитной энергии, которую может воспринимать глаз человека. Глаз воспринимает свет длиной

Рис. 4.1. Схема определения внешнего вида искусственной коронки наблюдателем

волны приблизительно от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (темно-красный). Свет в указанном спектральном диапазоне часто называют видимым светом. Комбинация длин волн, содержащаяся в луче света, отраженном от поверхности предмета, определяет то свойство, которое мы называем цвет. Поверхность, которая имеет синий цвет, отражает только синюю часть и поглощает все остальные цвета спектра освещающего ее света. Поверхность белого цвета отражает все длины волн спектра падающего на нее света. Объект черного цвета полностью поглощает весь световой спектр и не отражает ничего.

Полупрозрачность (степень прозрачности) или просвечиваемость зависит от количества света, которое может пропускать предмет. Предметы с высокой прозрачностью кажутся более светлыми. Чем прозрачнее материал, тем больше на его цвет и внешний вид будет влиять фон или подложка. Прозрачность снижается с увеличением степени рассеяния света в материале.

Блеск поверхности - оптическое свойство, придающее поверхности глянцевый зеркальный вид. Неблестящая и глянцевая поверхности отличаются соотношением зеркального и диффузного (рассеянного) отражения света. Блеск можно охарактеризовать количеством зеркально отраженного от поверхности света, который падает на нее в виде пучка параллельных лучей. Для зеркального отражения соблюдается закон: угол падения света равен углу его отражения. Когда луч света, падаю-

щий на поверхность предмета, рассеивается, поверхность воспринимается как матовая, неблестящая или шероховатая. Блеск поверхности уменьшается с увеличением степени рассеивания падающего луча света. Яркий блеск связан с совершенной гладкостью поверхности, которую обычно называют зеркальной.

Флуоресценцией называется излучение или эмиссия предметом света длиной волны, отличающейся от длины волны света, падающего или освещающего данный предмет.

Флуоресцентное излучение прекращается сразу после прекращения освещения способного к флуоресценции предмета. Естественные зубы флуоресцируют в диапазоне голубого света под воздействием ультрафиолетового облучения.

На каждый из показателей эстетики, с точки зрения наблюдателей, таких, как стоматолог, зубной техник и пациент, влияют:

1)освещение и, следовательно, осветитель (источник света);

2)собственные оптические свойства восстановительного материала, которые определяют характер взаимодействия света от осветителя с материалом;

3)восприятие полученного результата наблюдателем. Характеристика источника света чрезвычайно важна при оценке

цвета, потому что интенсивность света на определенных длинах волн оказывает непосредственное влияние на спектр света, отраженного предметом, который рассматривает наблюдатель. Для более четкой характеристики цвета обязательно следует указать, при каком освещении был определен этот цвет. В восстановительной стоматологии лучше применять источники света, которые позволяют создать освещение, близкое к дневному. Именно в таких условиях пломбы и протезы будут выглядеть как при естественном освещении.

Человеческий глаз - самый чувствительный прибор для восприятия цвета и сравнения цветовых различий. Определение цвета с его помощью происходит в результате действия так называемого цветового стимула, получающего информацию от клеток сетчатки глаза (палочек и колбочек). Восприятие цвета индивидуально, сравните, например, восприятие цвета художника и человека с нарушением цветового зрения. Встречается такое нарушение зрительного восприятия, как цветовая слепота - неспособность различать цвета.

Для объективной оценки цвета, а также других эстетических характеристик восстановительных материалов необходимо использовать стандартные условия наблюдения и аппаратурные методы измерений

с помощью спектрофотометров и колориметров. Эти приборы должны выдавать результаты наблюдений или измерений цвета в понятной универсальной форме, не зависящей от вида и конструкции прибора. Для этой цели предложены несколько систем измерения цвета.

Рассмотрим некоторые из них, наиболее интересные для применения в восстановительной стоматологии.

Цветовая система Манселла (Munsell) включает три координаты:

•цвет - основная характеристика, определяющая наблюдаемый цвет предмета, связанный со спектром света, отраженного предметом;

•светлота - характеризует цвет как светлый или темный, если этот показатель имеет невысокое значение, восстановленный зуб кажется серым и неживым;

•насыщенность - мера интенсивности (насыщенности) цвета. Например, если приготовить водный раствор метиленового синего концентрацией 0,1%, то насыщенность цвета раствора будет меньше, чем у раствора того же красителя концентрацией 1%.

Цветовая система X, Y, Z основана на спектральных характеристиках, выражающих величину коэффициента отражения на определенной длине волны. В ее основе физические, оптические характеристики цвета, но она не очень удобна для практического использования в оценке цвета стоматологических материалов.

Цветовая система CIE I*a*b* также включает определение спектра отраженного от предмета света и величину коэффициента отражения в системе X, Y, Z. Из полученных физических параметров X, Y, Z рассчитываются более удобные величины L*, a*, b*. Преимущество данной системы в том, что ее можно представить в виде трехмерного цветового пространства, хорошо согласующегося с визуальным восприятием цветов, а единицы измерения каждого цвета просты для понимания (рис. 4.2).

Чтобы определить цвета натуральных зубов и подобрать восстановительный материал, близкий по цвету и общей эстетической характеристике, в стоматологической клинической практике применяют стандартные шкалы цветов. Их называют стандартными или эталонными расцветками зубов. Эти расцветки должны охватывать цветовое пространство, соответствующее всем возможным оттенкам натуральных зу-

Рис. 4.2.

Система измерения цвета CIE L*a*b* в виде трехмерного цветового пространства

бов. Хотя в сфере цветового пространства, охваченного системой CIE L*a*b*, область цветовых оттенков (см. рис. 4.2), соответствующая цветам зубов, очень невелика, стоматологические расцветки должны логичным образом разделять это пространство на ряд цветов. Образцы расцветок следует выполнять с учетом природы восстановительного материала, для которого они предназначены.

В большинстве расцветок применяется определенное обозначение каждого цвета и оттенка. Наибольшую популярность приобрела расцветка фирмы VITA, в которой буквой А обозначены красно-оранжевые оттенки, буквой В - желтоватые, С - серовато-зеленые и Д - коричневатые. Цифрами обычно обозначают степень светлоты и насыщенности данного цвета (например, цвет А1 менее насыщенный и более светлый, чем А3,5).

ЛЕКЦИЯ 5 БИОСОВМЕСТИМОСТЬ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ОЦЕНКИ

Понятия биоматериала, биоинертности и биосовместимости. Виды воздействия биоматериала на организм. Категории стоматологических материалов как биоматериалов. Программа испытаний стоматологического материала на биосовместимость.

Очевидно, каким бы прочным и привлекательным по своим эстетическим свойствам не был материал, если его применение может вызвать серьезные отрицательные реакции в организме, от применения этого материала придется отказаться. До сих пор мы рассматривали свойства стоматологических материалов без учета его взаимодействия с тканями организма пациента, которому с помощью этого материала восстанавливают зубы или зубочелюстную систему. Мы говорили просто о материалах различной химической природы и их свойствах. Однако любой стоматологический материал взаимодействует на местном и системном уровнях с организмом пациента. Следовательно, стоматологический материал - не просто материал определенной химической природы. К нему применимо понятие биологический материал или биоматериал. Биоматериал - любой инородный

материал, который помещается в ткани организма на любое время для того, чтобы устранить деформации или дефекты, заместить поврежденные или утраченные в результате травм или заболеваний натуральные ткани организма.

Биоматериал любого назначения должен обладать свойствами биосовместимости. Что означает этот термин? Надо сказать, что он появился относительно недавно, приблизительно в 1960-х годах. Раньше было принято говорить о биоинертном материале, т.е. материале, который инертен по отношению к окружающим его тканям, не оказывает никакого вредного воздействия на них и никак с ними не взаимодействует. Сейчас, например, от материала для восстановления коронки зуба ожидают образования прочной и постоянной связи с тканями зуба, их оздоровления и регенерации. Называть такой материал инертным неверно.

Поэтому стали использовать термины биоприемлемый, биосовместимый материал. На схеме 5.1 приведены основные требования к биоинертным и биосовместимым материалам стоматологического назначения.

Схема 5.1.

Основные требования к биоинертному и биосовместимому материалам

При оценке биосовместимости материалы различают по типам их воздействия на организм:

•общее - токсическое, аллергическое, психологическое;

•местное - механическое, токсическое местное, температурное (изменения в температурном восприятии).

Для того чтобы определить, является ли материал, предназначенный для применения в стоматологии, биосовместимым, до его клинического применения проводят испытания, которые позволяют оценить его биологическое действие согласно стандартам ГОСТ Р ИСО 10993. Их называют испытаниями на соответствие материала нормам и требованиям биосовместимости или токсикологическими испытаниями. Программа испытаний составляется исходя из конкретного назначения материала. Для стандартизованного подхода при составлении программы все стоматологические биоматериалы поделены на категории в зависимости от вида тканей организма, с которыми должен контактировать материал, и времени контакта (схема 5.2).