Прогресс в области медицинского материаловедения обусловлен разработкой новых биосовместимых керамических и стеклокристаллических материалов, которые применяются в медицине как для изготовления имплантатов, так и в качестве конструкционных материалов в стоматологии. Керамика является практически единственным материалом, не вызывающим аллергическую реакцию. Для изготовления металлокерамических коронок в стоматологии традиционно применяется стеклокристаллический материал на основе полевого шпата с введением различных оксидов в качестве модифицирующих добавок. В то же время, для целей имплантации в настоящее время активно внедряется керамика, содержащая гидроксиапатит - максимально безопасное для применения в ротовой полости человека соединение - Ca10(PO4)6(OH)2. Гидроксиапатит в качестве составляющей керамической составляющей наддесневой части искусственного зуба пока практически не используется, хотя весьма заманчиво применение для этой цели биосовместимого, не имеющего вредных примесей материала. Наши исследования показали, что возможность применения этого уникального соединения обусловлено не только биологической совместимостью с организмом человека, но и возможностью целенаправленного воздействия на структуру и свойства стеклокристаллического покрытия. Недостатком многих применяемых на практике составов является повышенная микротвердость, значительно превышающая микротвердость естественного зуба (в среднем на 25%) и приводящая к преждевременному изнашиванию зуба-антагониста. Маскирующий эффект при нанесении на металлическую основу зубной коронки традиционно создается оксидами типа SnO2. Применение гидроксиапатита в качестве «замутнителя» стеклокристаллического материала вместо традиционно применяемого касситерита (SnO2) дало возможность создать грунтовое покрытие, достаточно хорошо маскирующее металлическую подложку. Кристаллы апатита выполняют роль глушителя, маскируя поверхность металлической коронки, при этом отпадает необходимость в применении диоксида олова. Введение в состав композиции апатитовой составляющей, кроме того, несколько снижает микротвердость стеклокерамики, приближая её значение к микротвердости эмали естественного зуба.
Сочетание в одном составе нескольких кристаллических составляющих также благоприятно сказывается на свойствах стоматологического покрытия. Призматические кристаллы диопсида (CaMgSi2O6) и игольчатые волластонита (CaSiO3), введенные с состав покрытия, обеспечивают прочность и термическую устойчивость покрытия. При этом важным является соблюдение определенной последовательности технологических операций. Введение кристаллических веществ в стекломассу в готовом виде стабилизирует фазовый состав стеклокерамики. Применяемая температура варки фритты и её состав практически не разрушают структуру апатита и диопсида. Волластонит частично растворяется в стекломассе и кристаллизуется при охлаждении в виде игольчатых микрокристаллов. Уменьшение содержания всех вводимых в стекломассу кристаллических фаз ниже предельного значения приводит к снижению маскирующего эффекта покрытия, к уменьшению механической прочности и термической стойкости композиции за счет снижения армирующего эффекта.
Стеклокристаллический материал в зависимости от соотношения компонентов имеет следующие физико-механические характеристики:
Таблица 1. Физико-механические характеристики:
|
Температура фриттования, оС |
1150-1200оС |
|
Температура спекания, оС |
960-980 |
|
Предел прочности при сжатии, МПа |
380-400 |
|
Микротвердость, МПа |
3200-3810 |
|
Коэффициент линейного термического расширения, град.-1 (20-400оС) |
10,0 - 13,6х10-6 |
|
Степень белизны, % |
25-97 |
|
Число термоциклов в интервале 20-100оС до появления микротрещин |
30 - 35 |
Степень белизны покрытия оценивалось при нанесении его на плоскую металлическую подложку при толщине после оплавления 500 мкм. За 100% принималось отражение от образца из BaCO3.
Для воспроизведения эстетики живого зуба металлокерамические и цельнокерамические протезы должны иметь соответствующую окраску. Введение любых химических соединений в состав стоматологических покрытий должно производиться с учетом максимальной безопасности для человека, поэтому выбор соединений, пригодных для этой цели, нельзя назвать широким. В нашей работе также исследовалась возможность применения в качестве компонента стеклокерамики фосфатсодержащего компонента. Как оказалось введение гидроксиапатита в состав стеклокристаллического полевошпатового покрытия имеет ещё один очень важный эффект: оно влияет на его цветовые характеристики. При введении в шихту для варки полевошпатового стекла небольшого количества гидроксиапатита в получаемой эмали наблюдается устойчивый опаловый эффект. Изучение этого явления с помощью электронной микроскопии, рентгенографии и ИК-спектроскопии показывает, что в данном случае эффект возникновения опалесценции обусловлен не рассеянием света непосредственно на кристаллах гидроксиапатита, а его модифицирующим влиянием на состояние стеклофазы. Рентгенограммы образцов эмали имеют вид типичный для аморфизированного состояния, малоинтенсивные рефлексы на них идентифицируются как лейцитовые. При повышении содержания гидроксиапатита в исходной шихте количество кристаллической фазы лейцита соответственно увеличивается и, если содержание Ca10(PO4)6(OH)2 становится равным или более 20 мас.%, появляются и собственные рефлексы гидроксиапатита, вследствие его малой растворимости в расплаве стекла при температуре варки. Введение в массы гидроксиапатита по-разному сказывается и на цветовых характеристиках материалов, окрашенных оксидами-хромофорами. Характерно, что покрытия состава дентина, в присутствии гидроксиапатита окрашиваются всеми исследованными хромофорами (оксиды церия, железа, марганца) более ярко, чем составы без добавки фосфатсодержащего компонента. Такое же сочетание оксида-хромофора и фосфатсодержащего компонента в эмалях дает более слабую окраску. Изменение интенсивности окраски связано с изменением растворимости ионов-хромофоров в стеклофазе при введении гидроксиапатита и образованием в некоторых случаях слабоокрашенных фосфатных соединений. Определение трихроматических параметров стеклокристаллических покрытий с помощью программы Adobe Photoshop CS показывает, что окраска готовых материалов близка к светло коричневой, при этом окраска дентина выражена сильнее, чем эмали. В целом тенденция к ослаблению и некоторому изменению характера окраски при переходе от дентина к эмали положительно сказывается на внешнем виде покрытия, приближая его к виду естественного зуба.
Исследования выполнены при поддержке Гранта Президента Российской Федерации №1206.2007.3