Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МИКРОСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Кунин А.А. 1 Попов В.М. 2 Моисеева Н.С. 1 Шабанов Р.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко» Минздрава РФ
2 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»
Настоящая статья посвящена исследованию физико-механических и химических свойств полимерных восстановительных материалов под влиянием электромагнитного поля. Актуальность выбранной темы обусловлена перспективностью исследований по созданию «идеального» пломбировочного материала и усовершенствованию их характеристик. В данной работе были проведены исследования свойств полимерных восстановительных материалов до и после воздействия электромагнитного поля invivo, включающие исследование микроструктурных особенностей полимерного восстановительного материала с помощью сканирующей электронной микроскопии и invitro, включающие изучение сколов удаленных и запломбированных зубов человека. В результате воздействия электромагнитного поля получены достоверные изменения микроструктуры полимерных восстановительных материалов, подтвержденные результатами сканирующей электронной микроскопии, улучшение механических характеристик материалов, а также изучены особенности элементного состава тканей зуба и пломбировочного материала с помощью рентгеноспектрального микроанализа.
рентгеноспектральный микроанализ
сканирующая электронная микроскопия
электромагнитное поле
полимерный восстановительный стоматологический материал
1. Гланц С. Медико-биологическая статистика: пер. с англ. / С. Гланц. – М.: Практика, 1998. – 459 с.
2. Крыжановский В.К. Технические свойства полимерных материалов: учеб.-справ. пособие / В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко, Ю.В. Крыжановская. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Профессия, 2005. – 248 с.
3. Попов В.М. К созданию клееной древесины повышенной прочности на основе клеев, модифицированных воздействием комбинированных физических полей / В.М. Попов, А.В. Латынин // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. – 2014. – Т.2, № 2.1. – Режим доступа : DOI: 10.12737/3004.
4. Kunin А.А. Predictive research methods of enamel and dentine for initial caries detection / A.A. Kunin, I.A. Belenova, Ya.A. Ippolitov, N.S. Moiseeva, D.A. Kunin // Springer EPMA-Journal. – 2013. – Vol. 4, Suppl. 19 [Электронный ресурс]. – URL: http://www.epmajournal.com/content/4/1/19 (дата обращения: 22.12.2015).
5. Пат. 2594255 Российская Федерация, МПК A61K 6/08 A61C 5/00. Способ улучшения адгезионных и прочностных характеристик полимерных пломбировочных материалов и бондов / А.А. Кунин, Н.С. Моисеева; заявитель и патентообладатель ВГМУ. – 2015124103/15; заявл. 22.06.2015; опубл. 10.08.2016 // Бюл. – № 22.

Исследованиями разных авторов доказано, что чем меньше частицы пломбировочного материала, тем выше эстетические свойства, лучше краевое прилегание, что является профилактикой нарушения физико-химической связи пломбы и зуба и вторичного кариеса, однако микронаполненные композиты обладают невысокими прочностными характеристиками, что не позволяет их использовать в зоне повышенной нагрузки и на зубах жевательной группы. В последнее время все актуальнее ставится вопрос создания «идеального» материала для восстановления твердых тканей зубов, который предполагает восстановление анатомической и функциональной целостности зубов на длительный срок [2, 4]. Именно на это направлено изучение закономерностей изменения свойств стоматологических материалов под влиянием физических, механических и химических факторов.

Принципиальное значение при восстановлении зубов определяют физико-механические свойства восстановительного материала, такие как прочность и адгезия к твердым тканям зуба. Прочностью обычно называют способность материала противостоять приложенным нагрузкам, не разрушаясь и не проявляя излишнюю и необратимую деформацию. «Адгезия» от лат. adhaesio означает «прилипание», слипание поверхностей двух разнородных твердых или жестких тел.

Актуальным в данном направлении является изучение свойств современных пломбировочных материалов на полимерной основе. Известно, что стоматологические материалы для лечения кариеса зубов состоят из разнообразных компонентов, включая мономеры, систему отверждения и составляющие органическую матрицу, а также неорганический наполнитель. Все составные компоненты играют определенную роль в формировании основной структуры этих материалов и характеристике их физико-химических свойств.

Известно, что исследования клеевых композиций (в основе которых также лежат полимеры), применяемых в космической области, показали уплотнение составных частиц этих клеев при определенных условиях, а также значительное изменение их теплопроводности и прочности. Эти эффекты были достигнуты при воздействии на неотвержденные клеевые композиции электромагнитного поля [3, 5].

Исходя из вышеизложенного, целью исследования является усовершенствование структурных характеристик стоматологических полимерных восстановительных материалов с помощью электромагнитного поля путем изменения их физико-механических свойств.

Материал и методы исследования

Физико-механические свойства полимерных восстановительных материалов при воздействии на них электромагнитного поля были изучены на базе стоматологической поликлиники ВГМУ им. Н.Н. Бурденко совместно с Воронежским государственным университетом, Воронежским государственным лесотехническим университетом и фирмой-производителем расходных материалов ООО «Радуга-Р».

Для исследования in vitro нами были использованы композитные пломбировочные материалы, а именно – Charisma и Durafil фирмы Heraeus Kulzer, Германия. Исследуемые материалы были разделены на 2 равнозначные группы с воздействием электромагнитного поля и без него.

Методы исследования

Материалы группы исследования предварительно обрабатывали в постоянном электромагнитном поле при напряженности 20х104 – 24х104 А/м, затем образцы материалов I группы и II группы отверждали светомполимеризационной лампы синего цвета в течение 40 сек [5] (табл. 1).

Таблица 1

Распределение полимерных восстановительных материалов до и после воздействия электромагнитного поля

Группа

Материалы

Кол-во упаковок (шт.)

Кол-во образцов (шт.)

I группа исследования

(с воздействием поля)

Charisma

1

10

Durafil

1

10

II группа

контрольная (без

электромагнитного поля)

Charisma

1

10

Durafil

1

10

Всего

4

40

 

С помощью растрового электронного микроскопа JEOLJSM-638OLV(Япония) была исследована микроструктура полимерных восстановительных материалов при увеличении х100 000.

Для дальнейшего изучения физико-механических особенностей пломбировочных материалов Charisma и Durafil после воздействия электромагнитного поля были проведены испытания на прочность по ГОСТ Р 31574-2012, включающие определение прочности на сдвиг, что характеризует сопротивление, определяет пределы их прочности при воздействии различных нагрузок, что в значительной мере прогнозирует возможность их применения в реставрационной стоматологии.

Для анализа проницаемости эмали и дентина зуба для химических компонентов пломбировочных материалов изучали сколы удаленных зубов, предварительно запломбированных по поводу среднего кариеса с помощью электронного микроскопа. Изображения были получены в режиме вторично-электронной эмиссии. Распределение химических элементов в области границы пломбировочного материала и эмали и дентина зуба было исследовано методом рентгеноспектрального микроанализа (РМА) поперечных сколов.

Результаты исследований были статистически обработаны с использованием стандартного пакета прикладных программ STATISTICA 8.0 фирмы Statsoft: конкретная копия программы верифицировалась на тестовых выборках с известными свойствами и результатами [1].

Параметры, которые рассчитывались в рамках описательной статистики: среднее и среднеквадратическое отклонение; стандартная ошибка среднего; эксцесс; асимметрия; минимальное значение ряда данных и максимальное значение ряда данных; вариационный размах. Учитывая эффект множественных сравнений, мы применяли непараметрический критерий различия U-критерий Mann – Whitney. При этом значимыми считались различия при p<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные исследования показали наличие изменения микроструктуры полимерных восстановительных материалов после воздействия электромагнитного поля: произошло укрупнение частиц и сокращение расстояния между частицами полимерной матрицы материала (рис. 1, 2) (табл. 2).

Рис. 1. Результаты СЭМ материала Charisma, Heraeus Kulzer при увеличении х100 000 до (А) и после (Б) воздействия электромагнитного поля

В Г

Рис. 2. Результаты СЭМ материала Durafil, Heraeus Kulzer при увеличении х100 000 до (В) и после (Г) воздействия электромагнитного поля

Таблица 2

Результаты изменения микроструктуры восстановительных полимерных материалов после воздействия электромагнитного поля

Группа

Материал

 

I группа исследования

II группа контрольная

Размер частиц (мкм)

Charisma

0,08±0,004*

0,032±0,003*

Durafil

0,062±0,005*

0,038±0,004*

Расстояние между частицами (мкм)

Charisma

0,012±0,001*

0,021±0,002*

Durafil

0,006±0,002*

0,018±0,003*

*р<0,05.

Проанализируем результаты изменения микроструктуры восстановительных полимерных материалов до и после воздействия электромагнитного поля: в контрольной группе средний размер частиц материала Charisma составлял – 0,032±0,003 мкм, а в группе исследования – 0,08±0,004 мкм, что говорит об укрупнении частиц материала. Расстояние между частицами материала до воздействия составляло – 0,021±0,002 мкм, а после воздействия – 0,012±0,001 мкм в разных полях зрения, что свидетельствует об уплотнении структуры материала Charisma. Различия между исследуемыми группами по данному признаку являются статистически достоверными (р<0,05) (табл. 2, рис. 1).

В пломбировочном материале Durafil (табл. 2, рис. 2) также наблюдалось укрупнение частиц и уплотнение структуры материала после воздействия электромагнитного поля. Так, в контрольной группе средний размер частиц составлял – 0,038±0,004 мкм, а в группе исследования –0,062±0,005 мкм. Расстояние между частицами материала до воздействия составляло– 0,018±0,003 мкм, а после воздействия – 0,006±0,002 мм. Различия между исследуемыми группами по данному признаку являются статистически достоверными (р<0,05) (табл. 2, рис. 2).

Далее был проведен анализ прочностных характеристик восстановительных полимерных материалов на сдвиг (табл. 3). В результате проведенных испытаний получен результат достоверного изменения прочности после воздействия электромагнитного поля на пломбировочные материалы.

Таблица 3

Сравнительная характеристика прочности восстановительных полимерных материалов до и после воздействия электромагнитного поля

Группа

I группа исследования

II группа контрольная

Вид исследования

Сдвиг

Charisma

 

103,120

(82,300/123,000)

58,220

(43,000/70,200)

Durafil

 

128,880

(118,100/135,200)

66,260

(61,500/68,900)

* р<0,01.

Из таблицы 3, характеризующей прочностные параметры композитного материала Charisma на сдвиг, следует, что в контрольной группе средняя величина нагрузки составляла 58,220 (43,000/70,200) Н, а в группе исследования – 103,120 (82,300/123,000), что свидетельствует об увеличении прочности материала. Различия по данному признаку между исследуемыми группами являются статистически достоверными (p<0,01).

В пломбировочном материале Durafil также наблюдалась тенденция увеличения прочности. Так, в контрольной группе средняя величина нагрузки составляла 66,260 (61,500/68,900) Н, а в группе исследования – 128,880 (118,100/135,200). Различия по данному признаку между исследуемыми группами являются статистически достоверными (p<0,01).

При исследовании энергетического спектра на примере материала Charisma были определены количественные показатели микроэлементного состава зоны краевого прилегания пломбы и эмали, как показатель химической адгезии пломба-зуб (табл. 4).

Таблица 4

Количественный элементный химический состав эмали в области границы пломба-зуб до и после воздействия электромагнитного поля

Элемент

Весовой, %

Атомный, %

Граница пломба-зуб до воздействия

Граница пломба-зуб после воздействия

Граница пломба-зуб до воздействия

Граница пломба-зуб после воздействия

С

31,18

25,19

43,01

34,99

О

43,11

52,40

44,65

54,65

Al

1,99

2,31

1,22

1,43

Si

12,23

12,25

7,22

7,28

P

0,16

0,87

0,08

0,47

Ca

0,25

1,13

0,11

0,47

Ba

7,91

5,85

0,95

0,71

Количественный анализ констатирует увеличение весового процента по кислороду, алюминию, фосфору и кальцию, что указывает на повышение концентрации данных микроэлементов в этой области после воздействия электромагнитного поля на материал, тогда как весовой процент по углероду и барию выше в необработанном электромагнитным полем образце, что может свидетельствовать об их энергетическом участии при осуществлении адгезии (табл. 4).

Таким образом, анализ полученных данных показывает наличие изменений физико-механических свойств восстановительных материалов на полимерной основе после воздействия электромагнитного поля, а именно – микроструктурные преобразования материала, подтвержденные результатами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа, а также увеличение адгезионной прочности материалов.


Библиографическая ссылка

Кунин А.А., Попов В.М., Моисеева Н.С., Шабанов Р.А. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МИКРОСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26097 (дата обращения: 19.09.2019).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074