Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Механические свойства фотополимеризуемых композиций для создания костных и зубных тканевых эквивалентов
Журнал: Стоматология. 2024;103(6‑2): 5‑9
Прочитано: 606 раз
Как цитировать:
В стоматологии и челюстно-лицевой хирургии для возмещения твердых тканей используются материалы и конструкции, которые должны характеризоваться выраженными прочностными свойствами. Для оценки этих свойств требуется использование модельных систем, по своим физико-химическим свойствам эквивалентных тканям кости и зубов. Вариантами таких систем являются материалы на основе синтетических полимеров: полилактида, полибутилентерефталата и порошка бария, а также коммерческие материалы на основе полиуретановой пены [1]. Их основным недостатком является технология изготовления — формование, которое может быть трудоемким и дорогостоящим при изготовлении индивидуальных образцов за счет сложности воспроизведения геометрических особенностей кости. В связи с этим актуальной является разработка материалов, геометрию которых можно задавать и подстраивать под индивидуальные особенности пациентов. Фотополимеризуемые композиции (ФПК) приобретают все большую популярность для решения задач современного медицинского материаловедения. Быстрый переход между текучим и твердым состояниями и возможность модификации физико-механических свойств без изменения химического состава делают их востребованными для создания композиций, способных выступить основой тканевых эквивалентов в стоматологии и ортопедии [2, 3]. Однако выбор биосовместимых фотополимеризуемых композиций ограничен. Одним из хорошо зарекомендовавших себя материалов является олигокарбонатметакрилат (ОКМ), использующийся для создания биосовместимых имплантатов. Его использование в качестве модельной системы для испытания стоматологических материалов ограничено его физико-механическими свойствами, которые очевидно можно улучшить за счет добавления гидроксиапатита (ГАП), оптимальное наполнение которым необходимо установить.
Целью настоящей работы была разработка и изучение свойств фотополимеризуемых композиций на основе ОКМ, ГАП с использованием таких фотоинициаторов, как камфорхинон и дифенил (2,4,6-триметилбензоат)фосфиноксид.
В качестве компонентов получаемых материалов использовали ОКМ марки ОКМ-2 (НИИ Полимеров, Россия), камфорхинон (АФ ИРЕА НПО «ИРЕА», Россия), дифенил (2,4,6-триметилбензоат)фосфиноксид (ТРО) (Sigma-Aldrich, США), ГАП (Riedel-de Haёn, Германия). В качестве соинициатора камфорхинона использовали II-(диметиламино)-этилметакрилат, стабилизированный 0,1% монометилового эфира гидрохинона (АФ ИРЕА НПО «ИРЕА», Россия).
ФПК готовили в виалах из темного стекла объемом 10 мл. В виалу вносили 5 мл ОКМ-2 и расчетное количество фотоинициатора, после чего закрывали и обертывали алюминиевой фольгой. Полученную смесь перемешивали на ультразвуковой бане Laborette 17 (Fritsch, Германия) при мощности ультразвука 35 кГц, температуре 25 °C в течение 30 минут. В ФПК с камфорхиноном добавляли соинициатор. Концентрации фотоинициатора и соинициатора в конечной смеси были равны. Для приготовления композиций, содержащих ГАП, в готовую смесь с ОКМ-2 и фотоинициатором вносили расчетное количество ГАП и повторно перемешивали в течение 30 мин на ультразвуковой бане при температуре 25 °C.
Фторопластовую форму высотой 4 мм с отверстием диаметром 4 мм помещали на полиэфирную пленку. Затем ее заполняли исследуемой смесью, накрывали сверху пленкой и засвечивали светополимеризационной лампой Megalux LED (Megadenta Dentalprodukte GmbH, Германия) при длине волны 440—480 нм и интенсивности светового потока 1200 мВт/см2 в течение 10, 20 и 40 сек. По истечении указанного времени полученные образцы вынимали из формы и оценивали степень полимеризации по соотношению высоты полученного образца к высоте формы.
Твердость по Виккерсу полимеризованных образцов измеряли на микротвердомере Duramin-20 («Struers», Дания).
Измерение прочности при сжатии и модуля упругости образцов проводили по ГОСТ 31578-2012 на универсальной испытательной машине Z010 (Zwick GmbH & Co. KG, Германия) со скоростью движения траверсы 1 мм/мин с использованием программного обеспечения «testXpert» V 10.11 («ZwickRoell», Германия).
Исследование способности к отверждению ФПК на основе ОКМ-2 показало, что композиции с концентрацией камфорхинона и TPO 0,1% масс., в которые был добавлен ГАП, теряли способность к фотополимеризации. В связи с этим образцы с таким содержанием фотоинициаторов были исключены из дальнейших экспериментов. При увеличении концентрации фотоинициаторов до 0,25% масс. и 0,50% масс. ФПК были способны к отверждению вне зависимости от концентрации ГАП (табл.).
Использованные концентрации фотоинициаторов и ГАП для создания фотополимеризуемых композиций и их способность к полимеризации
| C CQ, % масс. | C ГАП, % масс. | Способность к полимеризации* | C ТРО, % масс. | C ГАП, % масс. | Способность к полимеризации* |
| 0,10 | 0 | + | 0,10 | 0 | + |
| 1 | – | 1 | – | ||
| 3 | – | 3 | – | ||
| 5 | – | 5 | – | ||
| 10 | – | 10 | – | ||
| 0,25 | 0 | + | 0,25 | 0 | + |
| 1 | + | 1 | + | ||
| 3 | + | 3 | + | ||
| 5 | + | 5 | + | ||
| 10 | + | 10 | + | ||
| 0,50 | 0 | + | 0,50 | 0 | + |
| 1 | + | 1 | + | ||
| 3 | + | 3 | + | ||
| 5 | + | 5 | + | ||
| 10 | + | 10 | + |
*Примечание: C — концентрация, CQ — камфорхинон, ТРО — дифенил (2, 4, 6 — триметилбензоат) фосфиноксид, ГАП — гидроксиапатит.
На рис. 1 приведены результаты оценки зависимости глубины отверждаемого слоя ФПК от времени экспонирования. При использовании составов с низкой концентрацией фотоинициаторов (0,1% масс.) и коротком времени облучения (10 сек) не удавалось получить образцы требуемой формы. При увеличении времени фотополимеризации вне зависимости от концентрации камфорхинона, содержащие его композиции полимеризовались по всему объему. В то время как для полного отверждения композиций с TPO требовалось использование высокой концентрации фотоинициатора (0,50% масс.) или длительное облучение (40 сек). Описанные различия могут быть связаны с затрудненным диффузным переносом, обусловленным крупным размером молекул TPO [4].
Рис. 1. Степень отверждения ФПК на основе ОКМ-2 в зависимости от времени облучения и концентраций фотоинициаторов.
а — ФПК с камфорхиноном; б — ФПК с TPO.
Для изготовления образцов с гидроксиапатитом и проведения дальнейших исследований были выбраны композиции, содержащие фотоинициаторы в концентрации 0,25% масс. и 0,5% масс., отверждаемые в течение 40 сек.
В процессе оценки физико-механических свойств было отмечено, что для ФПК на основе ОКМ-2 существует период упрочнения материала (рис. 2).
Рис. 2. Прочность при сжатии фотополимеризуемой композиции ОКМ-2 в зависимости от содержания ГАП.
а — при концентрации CQ 0,25% масс.; б — CQ 0,50% масс., в — ТРО 0,25% масс; г — ТРО 0,50% масс.
Так, композиции, содержащие 0,25% масс. ТРО, достигали прочности 70 МПа в течение суток, в то время как для композиций с камфорхиноном этот период был увеличен до трех суток. Однако при увеличении концентрации фотоинициаторов до 0,50% масс. прочность 80 МПа была достигнута в течение 1—1,5 сут. Полученные данные согласуются с результатами других исследований, свидетельствующих о том, что упрочнение ФПК на основе ОКМ-2 происходит после процесса фотополимеризации и в зависимости от состава смеси может достигать 10 дней [5].
Увеличение предельной прочности и прочности на сжатие ФПК наблюдалось при увеличении концентрации используемых фотоинициаторов и содержания ГАП. Образцы, содержащие 0,50% масс. фотоинициатора демонстрировали на 25—30% более высокие значения прочности по сравнению с материалами из ФПК с 0,25% масс. фотоинициатора, при этом разница между наименее и наиболее прочными образцами составила примерно 30 МПа. Максимальной прочностью на сжатие 92 МПа обладали образцы с использованием 0,50% масс. содержанием TPO и 10% ГАП. Полученные значения сравнимы с прочностными характеристиками традиционно применяемых в стоматологии цинк-фосфатных, силикатных, поликарбоксилатных или стеклоиономерных цементов (40—200 МПа), а также близки к прочности костной ткани (100 МПа) [6].
Вместе с ростом прочности на сжатие у образцов всех составов наблюдался рост модуля упругости. Для композиций, содержащих 0,25% масс. TPO, модуль упругости составил 1,0±0,1 ГПа, а для 0,50% масс. — 1,1±0,2 ГПа в зависимости от содержания ГАП. Для композиций, содержащих камфорхинон, прочность на сжатие составила 0,50±0,35 ГПа при концентрации фотоинициатора 0,25% масс., и 0,60±0,40 ГПа при концентрации 0,50% масс.
Твердость исследуемых композиций зависела от содержания ГАП (рис. 3). Указанная зависимость была более выражена для композиций с содержанием фотоинициатора 0,50% масс и практически не зависела от его типа. Следует отметить, что наибольшее достигнутое значение микротвердости композита с наибольшим содержанием ГАП было на 30% ниже, чем у ненаполненного материала. Это может свидетельствовать о низкой адгезии частиц ГАП к заполимеризованой ОКМ-2, что позволяет наполнителю смещаться в структуре матрицы, снижая сопротивление нагрузке.
Рис. 3. Микротвердость фотополимеризуемых композиций в зависимости от содержания гидроксиапатита.
В работе были получены и охарактеризованы композиции на основе ОКМ-2, наполненные ГАП. Наиболее высокими значениями твердости и упругости характеризовалась композиция, содержащая 0,50% масс. TPO и 10% масс. гидроксиапатита. Ее прочность на сжатие была сравнима с костной тканью и стоматологическими цементами.
В перспективе описанная композиция может быть использована в качестве модельной системы для оценки физико-механических свойств материалов, используемых для восполнения дефектов тканей зубов и кости.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства Здравоохранения Российской Федерации (тема № 1023021300027-9-3.2.14 Фотоотверждаемый биополимерный материал для регенерации пародонта и периимплантных тканей (WLGC-2024-0001).
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литература / References:
Подтверждение e-mail
На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.
Подтверждение e-mail
Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.
