Оценка увеличения ретенционной способности временных коронок, изготовленных методом 3D-печати, путем сандбластинга и кислотного травления

Актуальность и необходимость публикации статьи о повышении ретенционной способности временных коронок, изготовленных методом 3D-печати, при использовании сандбластинга и кислотного травления, обусловлены следующими факторами:

—Развитие технологий 3D-печати в стоматологии. В последние годы 3D-печать становится все более популярной и широко используемой технологией для изготовления временных и постоянных коронок благодаря своей точности, скорости и снижению затрат. Исследование эффективности методов повышения их удержания актуально для внедрения новых материалов и технологий.

—Важность ретенционной способности временных коронок. Надежное закрепление временных конструкций критично для обеспечения комфорта пациента, предотвращения смещения или выпадения, а также для сохранения функциональности и эстетики до установки постоянных протезов.

—Методы улучшения адгезии. Сандбластинг и кислотное травление являются проверенными методами повышения сцепления между поверхностью коронки и цементом. Исследование их эффективности именно в контексте 3D-печатных конструкций позволяет оптимизировать протоколы обработки поверхности.

—Недостаточная исследованность вопроса. Несмотря на широкое применение этих методов в традиционной стоматологии, их влияние на поверхность 3D-печатных материалов требует дальнейших научных данных. Публикация таких результатов поможет стандартизировать процедуры и повысить качество клинической практики.

—Практическая значимость. Полученные результаты могут напрямую применяться в клинической практике, способствуя повышению надежности временных коронок, что важно для повышения уровня стоматологической помощи.

Цель исследования. В исследовании на модельных образцах 3D оценить эффективность влияния различных клинических способов и лабораторных методов на микрошероховатость временных конструкций.

В настоящее время развитие цифровых технологий происходит семимильными шагами, начиная от нанотехнологий и заканчивая развитием всей медицины и стоматологии в частности [1]. Изготовление временных конструкций является неотъемлемым этапом изготовления ортопедических конструкций. Фиксация временных конструкций остается одним из значимых ортопедических этапов при изготовлении постоянных конструкций в центральном отделе, при изменении прикуса в результате разрушения или отсутствия жевательных зубов, жизнеспособности пульпы, состояния пародонта. Применение электронного микроскопа позволит оценить влияние клинических и лабораторных методов на микрошероховатость временных коронок, изготовленных методом 3D-печати. Для цифрового анализа изображений среди приборов, получивших в последнее время широкое распространение при проведении научных исследований, электронный микроскоп является наиболее важным [2, 3]. В последние годы с помощью электронного микроскопа активно проводятся различные исследования зубов [4, 5]. Применению этого прибора способствует то обстоятельство, что значительное количество объектов может быть обнаружено и изучено с полезным увеличением микрошероховатости [6]. Улучшение ретенции временных коронок, изготовленных методом 3D-печати, остается актуальной проблемой, определяющей качество фиксации временных конструкций.

Лабораторное исследование микроскопии проведено в ООО НПО «Промконтроль» (Челябинск, Россия). Исследования были произведены на высокоточном автоматическом микроскопе Veture Plus под видеоувеличением 90 крат (рис. 1) и на приборе MaSuft PS 10 (рис. 2) для измерения поверхности шероховатости.

Рис. 1.Автоматический микроскоп Veture Plus.

Рис. 2.Прибор MaSuft PS 10.

Для изучения было изготовлено 9 образцов (рис. 3) на 3D-принтере из материала Dental Sand, длина 20 мм, ширина 6 мм, толщина 2 мм. В процессе электронной микроскопии и изучения микрорельефа случайным образом выбирался участок поверхности для сканирующей профилометрии.

Рис. 3.Изготовленные 9 образцов.

Первый образец — контрольный (рис. 4, а — исследование под микроскопом, см. рис. 4, б — исследование на микрошерохватость), остальные образцы подвергались различным методам клинической и лабораторной обработки.

Рис. 4.Исследования.

а — под микроскопом; б — на микрошероховатость.

При клинической обработке 2-го образца ортофосфорной кислотой 37% «Травекс-37» производителя Omega Dent во время травления (20 с) не произошло практически никаких изменений. Незначительные изменения визуализируются на 3-м образце электронной микроскопии (рис. 5) и при изучении микрорельефа параметра Rz (рис. 6). Обработка ортофосфорной кислотой 37% «Травекс-37» производителя Omega Dent, травление 120 с.

Рис. 5.Электронная микроскопия 3-го образца.

Рис. 6.Микрорельеф 3-го образца.

На 4-й образец нанесена плавиковая кислота (9,5% HF) Porcelain Etchant производителя Bisico, травление 20 с, на 5-й образец — плавиковая кислота Bisico (9,5% HF), травление 120 с. При анализе 5-го образца наблюдается видимое изменение поверхностного композитного слоя (рис. 7), изменение параметров Ra и Rz в меньшую сторону, Rmax — в большую строну (рис. 8).

Рис. 7.Электронная микроскопия 5-го образца.

Рис. 8.Микрорельеф 5-го образца.

Образец 6-й обработан пескоструем (сандбластинг), клинический диаметр 50 мкм (евро-корунд), составная часть оксида алюминия 99,6%, приготовлен без примесей, аппарат AIR ABRASION MASTER, время обработки 10 с, давление 0,2 Bar. С применением электронного микроскопа можно визуализировать появление микрошероховатости (рис. 9). При исследовании на микрошероховатость происходит увеличение параметров Ra, Rz и Rmax (рис. 10).

Рис. 9.Электронная микроскопия 6-го образца.

Рис. 10.Микрорельеф 6-го образца.

На лабораторные образцы нанесен санбластинг от 50 мкм диаметра, на седьмой образец при помощи (песок для Emax) аппарата АСОЗ 5.2 У — пескоструйный аппарат «Аверон» (Россия), время обработки 10 с, давление 0,2 Bar, увеличение микрорельефа при электронном исследовании лабораторного образца по сравнению с клинической обработкой такого же диаметра, при исследовании на приборе MaSuft PS 10 (рис. 11), увеличение параметров Ra, Rz и Rmax по сравнению с клиническим образцом 1 (рис. 12).

Рис. 11.Электронная микроскопия 7-го образца.

Рис. 12.Микрорельеф 7-го образца.

При пескоструйной обработке 8-го образца (Сандбластинг) диаметром 110 мкм (Cobra), аппарат «Аверон», время обработки 10 с, давление 0,2 Bar, наблюдается изменение поверхностного слоя образца как при оптическом изучении (рис. 13), так и при исследовании микрорельефа (рис. 14).

Сандбластинг 9-го образца песком, состоящим на 96,6% из оксида алюминия, диаметром 250 мкм (Cobra), аппарат «Аверон», время обработки 10 с, давление 0,2 Bar, изменяет поверхность этого образца (рис. 15), визуализируется выраженная рельефность во время изучения объекта (рис. 16).

Рис. 13.Электронная микроскопия 8-го образца.

Рис. 14.Микрорельеф 8-го образца.

Рис. 15.Электронная микроскопия 9-го образца.

Рис. 16.Микрорельеф 9-го образца.

Микроструктурный анализ — изучение поверхности при помощи световых микроскопов. Позволяет обнаружить существенные изменения микрорельефа, трещины и композитные включения. Напечатанные образцы из композитного материала Dental Sand рассматриваются в отраженном свете. Кроме световых микроскопов используются электронные микроскопы с большой разрешающей способностью. Изображение формируется при помощи потока быстролетящих электронов. Электронные лучи дают возможность различать объекты более детально, по своим размерам соответствуют межатомным расстояниям.

Просвечивающие микроскопы. Каскад электронов проходит сквозь излучаемый объект. Картинка есть результат разного рассеяния электронов на объекте. Отмечают непрямые и прямые исследования. При непрямом методе изучают не сам объект, а его отпечаток — слепок (реплику), отражающий рельеф микрошлифа, для предупреждения вторичного излучения. При прямом методе исследуют на просвет тонкую металлическую фольгу толщиной до 300 нм. Фольгу получают непосредственно из излучаемого металла.

Электронные (видеоизмерительные) микроскопы — это вариант оптического инструментария, который позволяет определить линейные и угловые размеры исследуемого объекта. Сканирование плоскости модели основано на считывании с электронных измерительных шкал отсчетов положения оптоэлектронного измерительного блока по осям X, Y и Z. Результаты измерений линейных и угловых размеров выводятся на экран персонального компьютера. Настройка и управление процессом измерений осуществляются с помощью джойстика персонального компьютера, используя ручную или автоматическую систему управления функциями. Видеоувеличение поверхности снимков возможно до 175 крат.

Прибор для измерений шероховатости MarSurf PS 10 применяется для определения шероховатости исследуемого микрорельефа. Шероховатость влияет на многие функциональные свойства поверхности: качество посадки, долговечность, контактную прочность, отражательную возможность, теплопередачу, адгезию и др. Работа прибора построена на методе ощупывания алмазной иглой и оценки шероховатости поверхности при механических колебаниях щупа, изменения напряжения и преобразования в микропроцессоре. Итоговые данные выводятся на жидкокристаллический дисплей (профилограмма и параметры шероховатости — Ra, Rz, Rmax). Выход за допустимые значения фиксируется на дисплее в протоколе фиксации значений. Для оценки шероховатости микрорельефа, опираясь на ГОСТ 2789—73, тождественный в нынешнее время, для нормирования требований к шероховатости поверхности стандартизовано три высотных параметра — Ra, Rz, Rmax. Параметр Ra характеризует среднюю высоту всех неровностей профиля, Rz — среднюю высоту наибольших неровностей, Rmax — наибольшую высоту профиля. При стандартизации микрорельефа преимущественным предпочитается параметр Ra, который более точно, чем Rz и Rmax, отображает неровности профиля, поскольку определяется по всем точкам профиля. Параметры Rz и Rmax нормируют в тех случаях, когда по функциональным задачам нужно выделить полную высоту рельефа профиля, а также при отсутствии прямой возможности контроля параметра с помощью профилометров или образцов сравнения.

В результате изучения профиля обработанной плоскости с применением сканирующего электронного микроскопа и прибора для измерения шероховатости были получены следующие результаты:

— Все исследуемые поверхности образцов представлены в виде электронных фотографий и профилограммы с числовыми значениями шероховатости относительно контрольного образца.

— Представлены клинические и лабораторные методы воздействия на образцы с минимальным и максимальным результатом изменения их шероховатой поверхности.

— Результаты вычисления значений Ra, Rz, Rmax для каждого образца приведены в таблице.

Результаты измерения шероховатости поверхности образцов, мкм

— Гистограммы распределения средних Ra и Rz шероховатости поверхности образцов приведены на рис. 17, 18.

Рис. 17. Результаты измерения параметров Ra шероховатости.

Рис. 18. Результаты измерения параметров Rz шероховатости.

Отдельный интерес представляет сравнение поверхностей клинической пескоструйной обработки диаметром 50 мкм (евро-корунд) (образец 6), лабораторной пескоструйной обработки 7-го образца диаметром 50 мкм (песок для Emax) (образец 7), сандбластинг 8-го образца диаметром 110 мкм (Cobra), (образец 8) и сандбластинг 9-го образца песком диаметром 250 мкм (Cobra), (образец 9) с опытным образцом 1.

На образцах поверхности 6, 7 и 8 отчетливо видно образование микрорельефа и увеличение параметров Ra, Rz, Rmax для улучшения ретенции временного цемента и конструкций методом 3D.

На 9-м образце в сравнении с 6-м и 8-м образцами печати визуализируется более выраженная рельефность, что может увеличить связь между временным цементом и временными 3D-коронками.

Таким образом, клиническая обработка с помощью санбластинга с использованием аппарата Air abrasion master для улучшения ретенции является наиболее оптимальной на врачебном приеме. В лабораторных условиях оптимальной является пескоструйная обработка песком из оксида алюминия, желательно диаметром не ниже 110 мкм. При лабораторном сандбластинге песком диаметром 250 мкм микрорельефность более выраженная, чем при диаметре 110 мкм, и, возможно, ретенционная связь между временным цементом и временными 3D-коронками будет более прочная, что нуждается в дальнейшем изучении на практике.

1. Выявлена зависимость между диаметром песка и появлением микрошероховатости на препарируемой поверхности.

2. Клиническая обработка ортофосфорной кислотой 37% «Травекс-37» (Omega Dent) и плавиковой кислотой (9,5% HF) Porcelain Etchant (Bisico), время протравления 20 и 120 с соответственно, оказывают незначительное воздействие на изменение поверхностного композитного слоя.

3. Минимальный профиль шероховатости образуется после обработки поверхности образцов оксидом алюминия 99,6%, диаметр 50 мкм.

4. Вследствие обработки сандбластингом большего диаметра образцов рельефность становится более выраженной, при этом нельзя сделать окончательных выводов, что чем выше диаметр применяемого песка из оксида алюминия, тем лучше ретенция временного цемента к конструкции — такое заключение нуждается в дальнейшем изучении на практике.

5. Правильное решение, принимаемое при выборе параметров шероховатости поверхности образцов, а также методов обработки, обеспечивающих получение поверхностей с заданной шероховатостью, оказывает серьезное влияние на качество ортопедических коронок, ее технологичность и позволяет установить наиболее экономичные методы изготовления конструкций.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.