Потребность пациентов в ортопедическом лечении съемными пластиночными протезами остается на неизменно высоком уровне, что связано с высокой распространенностью полного отсутствия зубов особенно у пациентов старшего и пожилого возраста [1]. Широкое применение полных съемных пластиночных протезов в клинике ортопедической стоматологии обусловлено тем, что их использование обеспечивает довольно эффективное восстановление эстетики и функции челюстно-лицевого аппарата при достаточно простой технологии их изготовления [2—4].

Традиционно используемым базисным материалом, применяемым для изготовления съемных протетических конструкций, является акриловая пластмасса на основе полиметилметакрилата [3, 4]. Этот материал отвечает требованиям эстетики, позволяет точно воспроизвести поверхность протезного ложа, однако имеет ряд недостатков, в частности, недостаточную прочность, жесткость и ударную вязкость, что отражается на большом числе поломок съемных пластиночных протезов, изготовленных из акриловых пластмасс, в независимости от сложности клинической ситуации [5], но в большой зависимости от времени использования протезов [4, 5]. С целью профилактики поломок съемных пластиночных протезов и увеличения срока их службы традиционно применяется армирование базиса съемного пластиночного протеза [6, 7]. В качестве армирующих материалов, как правило, используют сплавы металлов. Недостатками таких конструкций являются как образование микротрещин и сколов базиса из-за низкой адгезии акриловой пластмассы к металлу, так и нарушение фиксации полного съемного протеза на верхней челюсти за счет его утяжеления [6, 7].

С целью увеличения срока службы съемных пластиночных протезов разработана технология изготовления нового комбинированного базиса [8], включающего основу из акриловой пластмассы, с введенным каркасом из композиционного материала на основе стекловолокна Trinia (Bicon, LLC, США). Указанный композит относится к группе высокопрочных легких материалов, схожих по структуре с базисной пластмассой [9, 10].

Несмотря на многолетний опыт применения акриловых пластмасс, убедительных сведений о воздействии факторов внешней среды на микроструктуру комбинированных образцов, выполненных на основе рассматриваемых конструкционных материалов, в литературе недостаточно [11]. Кроме того, нерешенным остается вопрос определения факторов, влияющих на свойства полимерных материалов, и, следовательно, на качество протетического лечения пациентов, поэтому исследования в области материаловедения сохраняют свою актуальность.

Цель исследования — сравнительный анализ устойчивости конструкций к воздействию влаги и тепла, в соответствии с ГОСТ Р 57695—2017, направленных на моделирование старения образцов из акриловых полимеров, армированных металлической сеткой и композитным каркасом на основе стекловолокна [12].

Материал и методы

В качестве объекта исследования были использованы образцы 3 типов, изготовленные по технологии прессования, в заранее заготовленных формах размером 20×18×1,8 мм, методом горячей полимеризации акриловой пластмассы Фторакс. Было изготовлено 15 образцов 3 разновидностей по 5 каждого типа: 1) из акриловой пластмассы; 2) из акриловой пластмассы, армированных металлической сеткой; 3) из акриловой пластмассы с каркасом из композиционного материала на основе стекловолокна. Образцы получали в соответствии с технологией изготовления базисов съемных пластиночных протезов, с учетом инструкций фирм-производителей, соблюдая температурные режимы. Металлическую сетку, имеющую стандартные параметры (толщина 0,4 мм) фирмы Renfert (Германия), вырезали при помощи специальных ножниц по металлу; каркас из материала Trinia изготавливали методом компьютерного фрезерования. Толщина образцов составляла 1,8 мм, что соответствует средней толщине базиса полного съемного пластиночного протеза.

Суть эксперимента заключалась в моделировании условий, направленных на старение конструкционных материалов (согласно ГОСТ Р 57695—2017); изучении их устойчивости к воздействию влаги и тепла в течение заданной продолжительности испытаний с оценкой морфологии и микроструктуры образцов в сравнительном аспекте с учетом оценки показателей старения.

Для исследования получали профили поверхностей путем поперечного распила образца при помощи алмазного диска на 2 равные части и последующей полировкой поверхности суспензией с содержанием абразивных частиц размером не более 1 мкм. Образцы были исследованы на всем протяжении для выявления повреждений до и после шестикратных испытаний по указанной схеме. Исследования проводили с помощью материаловедческого оптического микроскопа Axiovert 40MT (Carl Zeiss, Германия), при увеличении ×200 и ×500.

Исследуемые образцы 3 типов размером 10×18×1,8 мм в количестве 30 единиц погружали в контейнер с водой в горизонтальном положении (t 50±2 °C) и выдерживали в течение 60 мин, после чего помещали в биологический термостат ВТ-120 (Чехия) на 180 мин при температуре 70±3 °C и относительной влажности воздуха 10%. Затем образцы погружали в емкости с водяным паром при температуре 70±3 °C, располагая изолированно друг от друга на проницаемой подложке, изготовленной из высокопористого ячеистого материала с относительной пористостью 90%, что обеспечивало равномерную конденсацию водяного тумана по поверхностям образцов в течение 3 ч. На завершающем этапе образцы выдерживали в термостате при температуре 70±3 °C и относительной влажности воздуха 10% в течение 18 ч.

Результаты и обсуждение

Анализ микроструктуры профилей 3 типов образцов, показал, что до воздействия факторов, провоцирующих старение, отмечается гомогенная структура с шероховатой поверхностью, обусловленной наличием одиночных микропор, которые возникают в результате горячей полимеризации пластмассы, и следов полировки поверхностей образцов суспензией с содержанием абразивных частиц размером не более 1 мкм, что соответствует опубликованным ранее результатам исследований [13]. При увеличении ×500 обнаружено, что в 4 (40%) образцах с металлической сеткой выявлены микропустоты, связанные с отсутствием химической связи компонентов. В образцах с введенным композиционным материалом Trinia отмечается выраженная интеграция между двумя компонентами.

В ходе исследования на оптическом микроскопе Axiovert-40MAT (Carl Zeiss, Германия) при увеличениях ×200 и ×500 выявлено, что после испытаний все образцы сохранили свою структуру. При исследовании морфологии образцов на основе акриловой пластмассы отмечается, что компоненты материалов в комбинированных образцах плотно прилегают друг к другу, компоненты имеют гомогенную структуру и некоторую шероховатость поверхностей, которая была выявлена и в первичном исследовании (рис. 1). В образцах, армированных металлической сеткой, четко видны срезы волокон округлой формы, окруженные акриловой пластмассой (рис. 2), в образцах с композиционным материалом наблюдается интеграция акриловой пластмассы в композиционный каркас, расположенный между ее слоями (рис. 3).

Рис. 1. Оптическое изображение одного из фрагментов профиля поверхности образца после испытаний из акриловой пластмассы (стрелками указаны одиночные микропоры).

Ув. 500.

Рис. 2. Фотография профиля поверхности образца до испытаний из акриловой пластмассы и металлической сетки.

Ув. 200.

Рис. 3. Фотография профиля поверхности образца до испытаний из акриловой пластмассы и композиционного материала.

Ув. 200.

В армированных образцах с использованием материала совершенно отличной от матрицы природы — металлической сетки, — проведенные шестикратные испытания не повлияли на изменение границ раздела (рис. 4), однако в 4 образцах из 10 при оценке их микроструктуры как до, так и после воздействия влаги и тепла определяются пустоты между базисным материалом и металлическим армирующим компонентом (рис. 5).

Рис. 4. Оптическое изображение одного из фрагментов профиля поверхности образца до проведенных испытаний из акриловой пластмассы и металлической сетки, стрелками указаны фрагменты перехода матрица—армирующий компонент.

Ув. 500.

Рис. 5. Оптическое изображение одного из фрагментов профиля поверхности образца после проведенных испытаний из акриловой пластмассы и металлической сетки.

Стрелками указаны пустоты на границе полимерной матрицы и армирующего компонента. Ув. 500.

Оптическое изображение образца из акриловой пластмассы в поперечном сечении представлено на (рис. 6). Темные полосы на шлифах являются следствием механического воздействия на образец материала в процессе его изготовления. Несмотря на то что при полировке образцов использовали суспензию с содержанием абразивных частиц размером не более 1 мкм, эти частицы оставляли следы на акриловой пластмассе.

Рис. 6. Оптическое изображение одного из фрагментов профиля поверхности образца из акриловой пластмассы и композиционного материала до испытаний.

Ув. 200.

Во всех образцах из акриловой пластмассы с введенным каркасом из композиционного материала на основе стекловолокна сохраняется интеграция 2 компонентов на всем протяжении; при этом, как и в исходном состоянии, отсутствуют ярко выраженные границы раздела между акриловой пластмассой и композитом (рис. 7, 8), т.е. компоненты материала максимально плотно прилегают друг к другу, что свидетельствует о наличии между ними химической связи.

Рис. 7. Оптическое изображение одного из фрагментов профиля поверхности образца из акри ловой пластмассы и композиционного материала после испытаний.

Ув. 500.

Рис. 8. Оптическое изображение одного из фрагментов профиля поверхности образца после проведенных испытаний из акриловой пластмассы и композиционного материала.

Ув. 500.

Выводы

1. Анализ данных сравнительной оценки микроструктуры образцов акриловой пластмассы и комбинированных образцов с введением композиционного материала (а также армированных) традиционно используемой металлической сеткой, показал, что исследуемые конструкционные материалы устойчивы к воздействию факторов внешней среды (в том числе при новом сочетании акриловой пластмассы и композиционного материала на основе стекловолокна).

2. Выявленные в ходе исследования микроструктуры образцов, микропоры и шероховатости поверхностей, имеются во всех акриловых пластмассах при использовании метода горячей полимеризации, что соответствует ранее проведенным исследованиям, которые свидетельствуют, что наличие микродефектов негативно влияет на прочность базисных материалов.

3. Формирование пустот между полимерной основой и традиционно применяемой для укрепления базиса металлической сеткой в виду отсутствия между ними химической связи может способствовать снижению качества ортопедических конструкций, сокращению периода их эксплуатации из-за высокого риска поломок и сколов и, как следствие, приводить к низкой результативности лечения.

4. Наличие химической связи между акриловой пластмассой и композиционным материалом обеспечивает однородность микроструктуры и, как следствие, прогнозируемо высокие физико-механические характеристики образцов, а в перспективе — базисов съемных пластиночных протезов, что будет способствовать увеличению срока службы ортопедических конструкций, особенно при сложных клинических условиях у пациентов с полным отсутствием зубов.

5. Таким образом, предлагаемый вариант армирования базиса съемного пластиночного протеза за счет введения каркаса из композиционного материала, на основе стекловолокна является оптимальным для повышения результативности ортопедического лечения.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Н.Б. Асташина

Сбор и обработка материала — А.А. Сметкин

Написание текста — А.А. Бажин

Редактирование — А.С. Арутюнов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Participation of authors:

Concept and design of the study — N.B. Astashina

Data collection and processing — A.A. Smetkin

Text writing — A.A. Bazhin

Editing — A.S. Arutyunov

The authors declare no conflict of interests.