Начало XXI века стало временем наиболее стремительного развития стоматологии в Российской Федерации и во всем мире. Совершенствуется материальная база и революционно меняются подходы к лечению пациентов стоматологического профиля [1, 2]. Принципы работы не раз изменились за последние 20 лет, но наиболее актуальными материалами для восстановления дефектов зубов все это время остаются керамические реставрационные материалы [3]. Успех при использовании адгезивных керамических реставраций в значительной степени зависит от образования надежной связи, объединяющей все части системы ткани зуба—композит—керамика в единую структуру [1—3]. Одним из этапов подготовки поверхности керамики к фиксации является пескоструйная обработка оксидом алюминия [1]. Необходимость применения этого метода до конца не доказана, исследователи получают данные о негативном влиянии аэроабразии на прочность керамики [1, 2]. Ряд авторов отмечают образование микротрещин и уменьшение прочности при циклической и статической нагрузке [1, 2]. Однако другие указывают на повышение силы адгезии композитных материалов к обработанной поверхности [3, 4]. До сих пор нет четких установок на включение этапа аэроабразивной обработки в алгоритм адгезивной фиксации [5]. Технические характеристики пескоструйных аппаратов и технология их использования могут существенно влиять на итоговое состояние керамики, однако степень их влияния и ранжирование таких факторов, как расстояние до объекта, время обработки, давление в аппарате, размер частиц оксида алюминия, до конца не ясны [1, 3, 5]. Более детальное изучение всех аспектов пескоструйной обработки керамики позволит эффективнее применять эту методику в клинической практике стоматологов [5, 6].

Цель исследования — повышение эффективности подготовки керамических конструкций к адгезивной фиксации путем использования аэроабразивной обработки и совершенствование рекомендаций по ее использованию.

Наше исследование носило экспериментальный характер и включало в себя два этапа: первый этап — измерения шероховатости поверхности керамики после пескоструйной обработки, второй этап — изучение морфологии образцов с помощью сканирующего электронного микроскопа. Для исследования были отобраны блоки полевошпатной керамики Vita Mark 2 («Vita Zahnfabrik», Германия) для фрезерного станка Cerec MC XL («Sirona Dental Systems», Германия). Моделирование керамической накладки с плоской внутренней поверхностью было проведено в программном обеспечении CEREC 4.5. Фрезерование 15 образцов в режиме фрезерования «Fine» было выполнено фрезами Cylinder Pointed Bur 12s и Step Bur 12s без последующего полирования и глазурования. Пескоструйная обработка выполнялась в аппарате Renfert Basic Classic («Renfert», Германия), ширина сопла 0,8 мм, расстояние пескоструйной обработки было стандартизировано с помощью индивидуально изготовленного фиксатора из фотополимерной пластмассы Triad (США) и составило 3 см. Пескоструйная обработка каждого образца проводилась в течение 5 с. Измерения шероховатости обработанной поверхности осуществлялись на приборе TR 200 («Time Group Inc.», Китай). В зависимости от величины фрагментов оксида алюминия и давления в аппарате образцы были разделены на 5 групп: 1) 3 образца — без обработки; 2) 3 образца — оксид алюминия 27 мкм, давление 0,5 атм; 3) 3 образца — оксид алюминия 27 мкм, давление 2 атм; 4) 3 образца — оксид алюминия 50 мкм, давление 0,5 атм; 5) 3 образца — оксид алюминия 50 мкм, давление 2 атм.

При измерении шероховатости поверхности образца датчик располагали в горизонтальной плоскости (траектория датчика должна быть перпендикулярна линиям обработки на измеряемой поверхности) и проводили им по поверхности с постоянной скоростью. Датчик воспринимает неровности поверхности острым алмазным пером с радиусом закругления 5 мкм. Шероховатая поверхность вызывает смещения в датчике, генерируя сигнал, пропорциональный размерам неровностей. После усиления и преобразования уровня этот сигнал поступает в систему сбора данных. Собранные данные подвергаются цифровой фильтрации, и микросхема цифровой обработки сигналов производит расчет параметров. Характеристики прибора TR200: относительная погрешность измерения меньше или равна ±10%, базовая длина l_баз: 0,25, 0,8 и 2,5 мм в зависимости от высоты неровностей профиля, диапазон отображения высот неровностей для R_a: 0,005~16 мкм; для R_z: 0,02~160 мкм. Шаг дискретности S_д при диапазоне высот неровностей профиля R=±20: S_д=0,01 мкм, при R=±40: S_д=0,02 мкм, при R=±80: S_д=0,04 мкм.

В результате измерений поверхности образцов были определены значения параметров шероховатости: R_a, R_q, R_z, R_t, R_p, R_v. R_a — среднее арифметическое отклонение профиля — среднее арифметическое абсолютных значений отклонения профиля (Y_i) от средней линии в пределах длины оценки l: R_q — среднеквадратическое отклонение профиля, квадратный корень из среднего арифметического квадратов значений отклонения профиля (Y_i) от средней линии в пределах длины оценки l. R_z — высота неровностей профиля по 10 точкам — среднее от суммы высоты пяти наибольших выступов профиля и глубины пяти наибольших впадин профиля в пределах длины оценки l. R_t — общая высота неровностей — сумма высоты наибольшего выступа и глубины наибольшей впадины в пределах длины оценки. R_p — высота наибольшего выступа профиля — расстояние от вершины наибольшего выступа профиля до средней линии в пределах длины оценки l. R_v — глубина наибольшей впадины профиля — расстояние от дна наибольшей впадины профиля до средней линии в пределах длины оценки l.

После исследования микрошероховатости было проведено изучение морфологии образцов на сканирующем электронном микроскопе с полевой эмиссией MIRA 2 LMU методом исследования структуры в режиме регистрации отраженных электронов. Технические характеристики микроскопа: разрешение: 1 нм при 30 кВ, 2 нм при 3 кВ; увеличение: от 4 до 1 000 000; ускоряющее напряжение: от 200 В до 30 кВ; ток зонда: от 2 пА до 40 нА; размер изображений: до 8192×8192 пиксела.

Статистическую обработку значений параметров шероховатости поверхности образцов проводили с помощью программ для расчета и статистической обработки экспериментальных данных [7, 8], а также встроенных в приложение Excel статистических и математических функций. Перед проведением статистических расчетов значения параметров шероховатости, соответствующие типам исследуемых образцов, объединяли в выборки. Каждую выборку проверяли на соответствие распределения нормальному по критерию Колмогорова [7, 8]; для каждой выборки рассчитывали средние значения, среднее квадратичное отклонение (СКО), коэффициент вариации К_вар.

Согласно результатам, полученным на первом этапе исследования, построены кривые шероховатости, полученные при измерении поверхности образцов в исходном состоянии и после различных режимов обработки. По оси абсцисс отложена длина оценки l, вдоль которой получена кривая. По оси ординат отложены значения высоты неровностей кривой h. Графическое отображение значений шероховатости позволяет увидеть максимальные и минимальные колебания, представленные линией впадин и линией выступов (рис. 1).

Значения параметров шероховатости поверхности образцов, измеренных в исходном состоянии и после различных режимов обработки, и результаты их статистической обработки представлены в таблице. Видно, что значения R_a и R_z принадлежат к 5-му и 6-му классам шероховатости согласно ГОСТ 2789–73. Значения R_a в исходном состоянии составило 1,84 мкм; при режиме обработки 27 мкм и 0,5 атм показатель шероховатости снижается по сравнению с исходными значениями и достигает 1,73 мкм. Изменение режима аэроабразивной обработки до 27 мкм и 2 атм, 50 мкм и 0,5 атм, 50 мкм и 2 атм приводит к динамическому росту показателя R_a до 1,88, 1,99 и 2,17 мкм соответственно. Параметры шероховатости R_q, R_z, представленные в таблице, подчинены тем же закономерностям, что и значения R_a (см. таблицу).

Во второй части исследования проводилась сканирующая электронная микроскопия всех групп образцов. Сравнительная оценка полученных результатов показала низкую степень различий между морфологическими характеристиками всех групп образцов. Не обнаружено следов микротрещин и повреждений поверхности фрагментами оксида алюминия (рис. 2, 3).

Учитывая стандартизированное применение методики пескоструйной обработки и использование одинаковых образцов керамики Vita Mark 2, изготовленных на фрезерном станке CEREC MC XL, можно предположить, что при применении порошка оксида алюминия Al₂O₃ с размером частиц 27 и 50 мкм с давлением 0,5 и 2 атм не наблюдается существенного влияния на состояние микрошероховатости поверхности. Все изученные методики пескоструйной обработки в нашем исследовании дали сходные математические результаты микрошероховатости без значительных различий по структуре поверхности образцов на микрофотографиях. На основании полученных результатов невозможно установить преимущество использования аэроабразивной обработки с различными параметрами, находящимися в пределах 27—50 мкм и 0,5—2 атм. Однако для уточнения показаний к выбору определенных параметров аэроабразивной обработки требуются дальнейшие исследования. По-прежнему актуальной остается дискуссия о возможном повреждении поверхности и образовании микротрещин керамики при данном виде обработки. В перспективе каждый из протестированных режимов может служить методом выбора в зависимости от конкретной ситуации и технических возможностей стоматологического учреждения.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Для корреспонденции: Демин Ярослав Дмитриевич — очный аспирант 2-го года кафедры стоматологии ФДПО ФБГОУ ВО ПИМУ МЗ РФ, 603086, Нижний Новгород, ул. Сергиевская д. 8, кв. 28; e-mail: yaroslav.demin@me.com; тел.: +7(987)740-6644; https://orcid.org/0000-0002-2641-3474