RU2751745C1

RU2751745C1 - Способ изготовления зубного протеза

Info

Publication number: RU2751745C1
Application number: RU2020134160A
Authority: RU
Inventors: Вадим Дмитриевич Гончаров; Ростислав Владимирович Яшкардин
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2021-07-16

Abstract

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и раскрывает способ изготовления зубного протеза. Способ включает изготовление металлической модели протезируемого зуба, формирование на ней слоя из отдельных частиц металлического материала с последующим нанесением облицовочного покрытия, при этом стадия нанесения частиц металлического материала осуществляется путем диспергирования металлических электродов под действием импульсного разряда, при этом между электродами и моделью протезируемого зуба на расстоянии до 2 см от модели расположен экран, линейные размеры отверстия в котором не превышают 1.5-кратного размера модели протезируемого зуба, а расстояние между электродами и моделью протезируемого зуба составляет от 5 до 11 см. Способ может быть использован при изготовлении стоматологического протеза с различным количеством искусственных зубов в условиях стоматологических клиник и зуботехнических лабораторий. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и может быть использовано при изготовлении стоматологического протеза с различным количеством искусственных зубов в условиях стоматологических клиник и зуботехнических лабораторий.

Различным заболеваниям пародонта подвержены до 50% населения. При несвоевременном лечении может возникнуть ситуация с необходимостью удаления зуба. Для восстановления функций зубов используются разные формы протезов. Самым распространенным методом протезирования является установка зубных стоматологических протезов (коронок).

В качестве опоры для коронки выступает либо часть самого зуба, либо установленный в десне ротовой полости штифт или культевая вкладка.

Наиболее часто встречаются следующие виды коронок: металлические, металлопластмассовые, керамические, металлокерамические, циркониевые и металлокомпозитные.

Металлопластмассовые коронки представляют собой металлический каркас (основу), облицованный полимерным акриловым материалом. Главными преимуществами данных коронок является эстетичный внешний вид - возможность подобрать цвет пластмассы близким к натуральному цвету зубов. Однако со временем велика вероятность отслаивания пластмассы от металлического основания из-за низкой адгезии металл-полимер, к тому же коронка изменяет свой цвет.

Металлокомпозитная коронка - коронка, основой которой является металлический каркас, а облицовка выполнена из композитного материала. Основным преимуществом такого типа коронок является эстетичность. С помощью современных композитных материалов легко подобрать такой цвет коронки, чтобы он не отличался от цвета натурального зуба. Недостатками таких коронок является не высокая прочность сцепления (адгезия) композита с металлической основой. Для того чтобы улучшить сцепление с металлической основой и эстетические свойства этих коронок увеличивают толщину слоя композита. При этом появляется необходимость сошлифовывания большого объема твердых тканей зуба.

В случаях изготовления и металлокомпозитных, и металлопластмассовых коронок на первый план выступает требования обеспечить адгезию облицовки к металлической основе. Появилось даже новое направление в теории и практике конструирования металлополимерных зубных протезов - адгезивные системы. Адгезивные системы - это системы, которые обеспечивают дополнительные химические или механические факторы, увеличивающие силу сцепления облицовочного полимерного материала с металлическим каркасом. Адгезивные системы не смогли достичь прочности аналогичной соединению керамики с металлом. Потому вопрос о совершенствовании соединения полимерной облицовки с металлическим каркасом зубного протеза остается актуальным [Красильников А.Р. Совершенствование облицовки зубных протезов полимерными материалами диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. Москва - 2007]. Традиционные механические методы повышения адгезии - это плазменное напыление и формирование металлического каркаса с пескоструйной обработкой его поверхности. Известны способы изготовления зубных протезов [Патент РФ №2082349, кл. А61С 3/01, опубл. 1997, бюл. №18], в которых в качестве ретенционных элементов использовано плазмонапыленное покрытие. Недостаток этих способов заключается в том, что в них не предусматривается применение маскировочных покрытий, что затрудняет достижение цвета, близкого к естественному, при облицовке зубных протезов пластмассой. Для того чтобы избежать этого в патенте SU1732961 предложено наносить методом плазменного напыления металлический подслой из материала каркаса и слой пористой керамики. Однако применение нескольких переходных слоев еще более увеличивает толщину стенок коронок и требует обработать зуб перед протезированием на большую глубину. Практически все традиционные методы плазменного напыления адгезионных подслоев из материала каркаса создают на поверхности пористую металлическую структуру толщиной 30-50 мкм, состоящую из отдельных частиц диаметром до 10 мкм (патент SU1811816). Аналогичным образом решают проблемы при изготовления металлопластмассовых коронок. В частности, в патенте республики Казахстан №22720 предложен способ изготовления металлопластмассовой коронки, в рамках которого на поверхность предварительно обработанной пескоструйным аппаратом металлической коронки наносят «ретенцию с помощью плазменной установки».

В меньшей степени этими недостатками обладает «Способ облицовки металлического каркаса зубного протеза гелиокомпозитом» (Патент РФ №2187284, кл. А61С 13/00, А61С 13/08, опубликовано: 20.08.2002 Бюл. №23)

Этот способ является наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков.

Способ заключается в том, что на поверхность каркаса методом плазменного напыления наносят пористый слой из материала каркаса, пропитывают его прозрачным матричным полимером, проводят световую полимеризацию, а затем наносят светоотверждаемый опакер. Окончательная облицовка включает нанесение дентинного и эмалевого слоев гелиокомпозитного материала со световой полимеризацией каждого слоя, шлифовку и полировку облицовки для придания эстетического вида. Для облицовки по предлагаемому способу можно использовать зубные протезы, изготовленные из различных стоматологических материалов, таких как нержавеющая сталь, КХС, титан и др.

Недостатки этого способа:

Плазменное напыление осуществляют порошковыми материалами. С этой целью используют частицы имеющие линейные размеры частиц не менее 10-50 мкм [Батрак И.К. Некоторые вопросы использования плазменного напыления в ортопедической стоматологии// Зубной протез и плазменное напыление: Матер, науч. конф. Московский государственный медико-стоматологический университет. Москва, 2002. - С. 15-18]. При этом, сам ретационный слой будет иметь минимальную толщину порядка 0.1-0.2 мм, что приводит к необходимости обработать зуб перед протезированием на большую глубину

Размер частиц порошка также приводит к необходимости применения маскировочных покрытий (светоотверждаемый опакер), которые еще больше увеличивают толщину стенок коронки

Для того чтобы уменьшить размер ретационного слоя необходимо уменьшить размер отдельных наносимых на поверхность каркаса частиц. При этом минимальный размер частиц определяется размерами частиц, которые входят в состав наносимых облицовочных масс. Минимальные размеры отдельных частиц современных полимерных материалы, которые могут использоваться для этих целей 10-50 нм [В.Д Гончаров Л.Ю. Орехова, К.С, Сорокин, Н.С. Нарушак. Использование сканирующей зондовой микроскопии для исследования структуры гибридных композиционных стоматологических пломбировочных материалов Парадонтология №3 (76) 2015б Том XX, ISSN 1683-3759.]. Следовательно, линейный размер наносимых частиц должен быть больше 50 нм и может составлять меньше 1 мкм. Это, с одной стороны, обеспечит необходимый уровень адгезии облицовочных масс, а, с другой стороны, позволит существенно уменьшить размер ретационного слоя.

К тому же, именно размер нанесенных на поверхность частиц, который существенно выше чем длина волны видимого диапазона (0.3-0.8 мкм) приближает цвет этой поверхности в цвету самого металла. Уменьшение размеров отдельных частиц до размера, сопоставимого с длиной волны видимого диапазона, с позволит с избежать (или по крайней мере минимизировать) необходимость маскировочных покрытий.

Частицы, размеры которых не превышают 1 мкм, можно получить с использованием метода диспергирования металлических электродов под действием мощного импульсного разряда, движущегося по электродам под действием собственного магнитного поля [В.Д Гончаров Д.С. Самсонов Получение ультрадисперсных частиц с одновременным нанесением их на подложку в импульсном газовом разряде атмосферного давления, перемещающемся по поверхности электродов в собственном магнитном поле Журнал технической физики, 2015, том 85, вып. 5]. Реализация данного способа за счёт изменения параметров экспериментальной технологической установки позволяет наносить на поверхность подложек частицы от 20 до 1000 нм [Goncharov V.D., Yashkardin R.V. The experimental study of spacial distribution of particles produced in the pulse arc discharge, В сборнике: ЮР Conference Series: Materials Science and Engineering electronic resource. 2018. C. 012021].

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание зубного протеза, позволяющего уменьшить препарирование зуба, на который этот протез должен быть одет, что обеспечивает получение технического результата, который заключается в повышение качества протезирования за счет улучшения адгезии полимерного покрытия к металлической модели протезируемого зуба и уменьшения толщин ретационного слоя используемого композита.

Предлагаемый способ позволяет получить указанный технический результат путём изготовления модели протезируемого зуба, выполненной из нержавеющей стали, формирование на ней слоя из отдельных частиц металлического материала, при этом металлический материал представляет собой нержавеющею сталь, с последующим нанесением облицовочного покрытия, представляющего собой пломбировочный материал Filtek Ultimate, отличающийся тем, что формирование слоя из отдельных частиц металлического материала осуществляют путём диспергирования металлических электродов под действием импульсного разряда, при этом, между электродами и моделью протезируемого зуба на расстоянии до 2 см от модели расположен экран, линейные размеры отверстия в котором не превышают 1.5 кратного размера модели протезируемого зуба, а расстояние между электродами и моделью протезируёмого зуба составляет от 5 до 11 см.

Наличие подобного слоя, состоящего из частиц, размеры которых сопоставимы с основными размерами наносимого облицовочного покрытия, позволяет существенно повысить адгезию облицовочного материала к металлической модели протезируемого зуба и уменьшить толщину ретационного слоя. Это позволит уменьшить размеры необходимой обработки зуба перед установкой протеза. Дополнительно увеличения адгезии облицовочного покрытия можно добиться за счет многократного нанесения этих частиц на модель протезируемого зуба (толщина ретационного слоя при размерах частиц до 1 мкм увеличится не значительно) или за счет предварительного нагрева до температуры ниже чем 70% от температуры плавления материала металлической модели протезируемого зуба. Отдельные части протеза в процессе его работы нагружаются неравномерно. Поэтому слой из отдельных частиц металлического материала можно наносить только ту часть поверхности металлической модели протезируемого зуба, на которой наиболее часто происходит нарушение сцепления облицовочного материала с металлической моделью протезируемого зуба.

Предложенная совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет достичь высокой адгезии при малой толщине покрытия, а размеры отдельных наносимых на поверхность частиц позволяют достичь цвета, наиболее близкого к естественному цвету зубной эмали,

Все указанные выше интервалы размеров отдельных частиц, плотности их нанесения на поверхность изделия и плотностей мощности установки для их получения выбраны исходя из экспериментальных исследований. При размерах отдельных частиц, плотности их нанесения на поверхность изделия и плотностей мощности установки для их получения, выходящей за пределы указанных интервалов, наблюдается ухудшение адгезионных свойств покрытия и эстетических свойств коронок.

Примером реализации предлагаемого способа может служить процесс нанесения ретационного слоя и слоя используемого композита на серию протезов из нержавеющей стали Х25Н10Т.

Для экспериментальной проверки возможности реализации заявляемого способа использовалось:

устройство, в котором предварительно запасенная в емкостном накопителе (500 мкФ) энергия, в результате высоковольтного искрового пробоя при электродных областей выделялась в плазме разряда, движущегося по электродам, зондовый микроскоп СЗМ «Certus» и механический адгезиметр покрытий Elcometer 106.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими графическими материалами:

фиг. 1 - схема экспериментального устройства для нанесения металлических частиц, линейные размеры которых не превышают 1 мкм, на металлическую модель протезируемого зуба.

фиг. 2 - схематичное изображение структуры зубного протеза

фиг. 3, 4 и 5- результаты исследования поверхности протеза с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). На фиг. 1:1- модель протезируемого зуба, 2 - слой из отдельных частиц металлического материала, 3 - металлические электроды, 4 - экран с отверстием, 5 - система позиционирования. Система позиционирования 5 позволяет изменять расстояние от электродов до обрабатываемого материала (l) от 1 до 20 см. В экспериментах линейные размеры отверстия в экране (l₁) изменялись от 0.5 до 3 см. Отверстие в экране располагалось между рабочей поверхностью электродов и системой позиционирования. Расположение экрана по расстоянию до системы позиционирования (l₂) изменялись от 0.3 до 5 см.

На фиг. 2: 1 - металлическая модель протезируемого зуба, 2 - слой из отдельных частиц металлического материала, 6 - облицовочное покрытие. Изменение расстояния между электродами (3) и системой позиционирования (5), напряжения заряда емкости накопителя, предварительный нагрев изделия, позволяет получить слой металлических частиц разного размера, которые имеют высокую адгезию к материалу основы.

На фиг. 3 в качестве примера приведены результаты атомно-силовой микроскопии (зондовый микроскоп СЗМ «Certus») поверхности металлической модели протезируемого зуба с нанесенными в результате одного импульса частицами из нержавеющей стали Х25Н10Т, в режиме: расстояние l=7.5 см, напряжение 2.5 кВ, емкость конденсаторной батареи 500 мкФ. На фиг. 4 в качестве примера приведены результаты атомно-силовой микроскопии поверхности металлической модели протезируемого зуба с нанесенными в результате одного импульса частицами из нержавеющей стали Х25Н10Т, в режиме: расстояние l=10 см, напряжение 2.5 кВ, емкость конденсаторной батареи 500 мкФ. Во всех этих случаях металлическая модель протезируемого зуба располагалась непосредственно напротив электродов.

Очевидно, что во всех случаях покрытие, кроме отдельных частиц металлического материала определенного размера, одержит частицы, размеры которых превышают типичные для данного случая. При этом крупные частицы движутся под углом к поверхности коронки, что свидетельствует о том, что они прошли большее расстояние и имеют меньшую температуру, чем частицы типичные для данного случая. Уменьшение температуры наносимых частиц приводит к уменьшению уровня их адгезии. Избежать появления на поверхности коронки частиц существенно больших размеров позволяет использование экрана с отверстием, который «вырезает» из общего потока, только частицы, движущиеся в направлении перпендикулярном электродам. Эти частицы будут близкими по размеру и иметь практически одну и ту же температуру, что обеспечит высокий уровень адгезии частиц к металлической модели протезируемого зуба. При этом, как показали наши эксперименты, для получения однородного по размерам частиц слоя, необходимо, чтобы размер экрана не превышал 1.5 кратного размера металлической модели протезируемого зуба, а сам экран располагался на расстоянии до 2 см от него. Увеличение этого расстояния приводит к уменьшению количества частиц на поверхности металлической модели протезируемого зуба (часть из них, охлаждаясь, приобретают твердую внешнюю оболочку и не могут закрепиться на этой поверхности) и уменьшению уровня их адгезии, которое также связано с уменьшением температуры частиц.

На фиг. 5 в качестве примера приведены результаты атомно-силовой микроскопии (зондовый микроскоп СЗМ «Certus») поверхности металлической модели протезируемого зуба, расположенной на расстоянии l=7.5 см от электродов с нанесенным слоем частиц без применения экрана (А) и с применением экрана, расположенного на расстоянии l₂=0.5 см от системы позиционирования, с диаметром отверстия l₁=2 см (Б) и 1 см (В). Очевидно, что применение экрана делает слой частиц более однородным по размеру. Превышение размера экрана 1.5 кратного размера металлической модели протезируемого зуба приводит к появлению на ее поверхности отдельных частиц (фиг. 5Б) более крупных размеров, что скажется на уровне адгезии всего покрытия.

На фиг. 6 в качестве примера приведены результаты атомно-силовой микроскопии (зондовый микроскоп СЗМ «Certus») поверхности металлической модели протезируемого зуба с нанесенными в результате многократного (пять импульсов) нанесения частицами того же состава, в режиме: расстояние l=7.5 см, напряжение 2.5 кВ, емкость конденсаторной батареи 500 мкФ, экран на расстоянии l₂=0.5 см от системы позиционирования, с диаметром отверстия l₁=1.5 см

На всех образцах с нанесенными частицами проводились АСМ исследования в трех, произвольным образом выбранных областях. АСМ исследования результатов предварительных экспериментов по нанесению металлических частиц показали, что энергия, необходимая для получения частиц с линейным размером до 1 мкм, составляет от 500 до 5000 Дж, а расстояние от электродов до системы позиционирования (l) от 5 до 11 см.

Эксперименты по измерению адгезии облицовочного покрытия (пломбировочного материала Filtek Ultimate) к поверхности металлической модели протезируемого зуба, с сформированной на ней слоем из отдельных частиц металлического материала проводились с использованием механического адгезиметра покрытий Elcometer 106

Предварительно на поверхность металлической модели протезируемого зуба наносился 1 мг пломбировочного материала Filtek Ultimate в виде круга диаметром 5 мм. Образец «засвечивался» с помощью полимеризационной лампы Translux (Heraeus Kulzer), в течение 40 секунд.

Проведенные АСМ исследования результатов экспериментальных нанесений показали, что

используемый в предлагаемом способе метод позволяет получит пористое покрытие, которое образуется из металлических микрокапель, каждая из которых испытывает сильную деформацию и кристаллизацию с чрезвычайно высокими скоростями кристаллизации при ударе о поверхность металлической модели протезируемого зуба. Сами же микрокапли на начальном этапе появляются под действием импульсного разряда на поверхности электродов, энергия которого расплавляет и частично диспергирует эти электроды. Причем каждая частица деформируется и застывает индивидуально. Полученное таким образом покрытие существенно увеличивает площадь поверхности, на которую впоследствии будет наноситься слой облицовочного материала. При этом, регулируя расстояние от диспергируемых электродов до металлической модели протезируемого зуба, напряжение предварительного заряда конденсаторной батареи и ее суммарную емкость можно изменять размеры частиц и плотность их нанесения на поверхность;

в случае, когда расстояние от диспергируемых электродов до поверхности образцов меньше чем 5 см, размеры основной части наносимых на поверхность образцов частиц оказываются больше 1 мкм;

в случае, когда расстояние от диспергируемых электродов до поверхности образцов превышает 11 см количество нанесенных на поверхность частиц резко уменьшается, а их форма становится ближе к шарообразной. Очевидно, что это связано с охлаждением частиц, которые покидают область горения разряда;

размер частиц, осаждаемых на поверхность и плотность их нанесения, можно регулировать путем изменения расстояния от диспергируемых электродов до поверхности образцов. Об этом, в частности, свидетельствуют результаты, приведенные на фиг. 3 и 4. Нанесение на поверхность проводилось в одном и другом случае при следующих технологических параметрах: напряжение 2.5 кВ, емкость конденсаторной батареи 500 мкФ, материал частиц - нержавеющая сталь. Очевидно, что при увеличении расстояния от электродов до образца размеры отдельных частиц уменьшаются, а их количество возрастает;

подбор режимов работы технологической установки позволяет получить требуемые размеры и пространственное распределение частиц для электродов из нержавеющей стали, титана, никеля;

предварительный нагрев металлической модели протезируемого зуба до температуры ниже чем 70% от температуры плавления материала, из которого он изготовлен, не приводит к изменению форм и распределения частиц.

Эксперименты по измерению адгезии проводились для 4 вариантов обработки металлической модели протезируемого зуба: без предварительной механической обработки, с предварительной пескоструйной обработкой, с предварительно нанесенной на поверхность насечкой глубиной 0.2 мм на расстоянии 1 между линиями, с предварительной пескоструйной обработкой и нанесенным слоем из отдельных частиц металлического материала. Слой из отдельных частиц металлического материала наносился в результате многократной (5 импульсов) обработки поверхности металлической модели протезируемого зуба в режиме: напряжение 2.5 кВ, емкость конденсаторной батареи 500 мкФ, материал частиц - нержавеющая сталь, расстояние от электродов до образца l=7.5 см, на расстоянии l₂=0.5 см от системы позиционирования, с диаметром отверстия l₁=1.5 см. В ходе предварительных экспериментов этот режим показал самый высокий уровень адгезии для материала Filtek Ultimate. Все образцы перед нанесением пломбировочного материала притирались спиртом и высушивались в потоке воздуха. Каждый из 4 вариантов измерения адгезии повторялся по 10 раз. В таблице 1 приведены результаты экспериментальных исследований по измерению адгезии. Во всех исследованных случаях отрыв происходил по месту контакта металл - полимер, поэтому в таблице приведены результаты для случая, когда слой из отдельных частиц металлического материала наносился без предварительного нагрева металлической модели протезируемого зуба.

Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о нижеследующем.

1. Использование предварительной пескоструйной обработкой и нанесения слоя из отдельных частиц металлического материала, позволяет увеличить адгезию «на отрыв» облицовочного покрытия металлической модели протезируемого зуба более чем в 3 раза по сравнению с результатами без предварительной обработки и более чем в 1.5 раза по сравнению с результатами, полученными с предварительной пескоструйной обработкой.

2. Лучшие результаты по адгезии получаются при формировании пористого покрытия толщиной до 3 мкм из частиц основная часть которых имеет линейный размер порядка 0.5 мкм. Подобное покрытие формируется в результате многократного нанесения частиц на поверхность металлической модели протезируемого зуба с использованием экрана с отверстием.

3. При расстоянии от диспергируемых электродов до поверхности образцов меньше чем 5 см, размеры основной части наносимых на поверхность образцов частиц оказываются больше 1 мкм.

4. При расстоянии от диспергируемых электродов до поверхности образцов больше 11 см количество нанесенных на поверхность частиц резко уменьшается, так же, как и их адгезия к металлу.

5. Технологические режимы нанесения позволяют изменять размеры наносимых частиц в диапазоне от 20 до 1000 нм.

6. Требования по энергии определяют с одной стороны скорость нужную для движения плазмы по электродам, а с другой стороны количество и размер отдельных диспергируемых с поверхности электродов капель. Уменьшение энергии ниже 500 Дж приводит к тому, что наносимые частицы имеют размеры более 1 мкм, а их количество резко уменьшается уже на расстоянии l=5 см от электродов. Увеличение энергии выше 5000 Дж приводит к уменьшению эффективности работы системы. Уменьшается количество нанесенных на поверхность металлической модели протезируемого зуба частиц, и увеличиваются непроизводительные потери энергии.

Claims

1. Способ изготовления зубного протеза, включающий изготовление модели протезируемого зуба, выполненного из нержавеющей стали, формирование на ней слоя из отдельных частиц металлического материала, при этом металлический материал представляет собой нержавеющую сталь с последующим нанесением на него облицовочного покрытия, представляющего собой пломбировочный материал Filtek Ultimate, характеризующийся тем, что формирование слоя из отдельных частиц металлического материала осуществляют путём диспергирования металлических электродов под действием импульсного разряда, при этом между электродами и моделью протезируемого зуба на расстоянии до 2 см от модели расположен экран, линейные размеры отверстия в котором не превышают 1.5-кратного размера модели протезируемого зуба, а расстояние между электродами и моделью протезируемого зуба составляет от 5 до 11 см.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование на металлической модели протезируемого зуба слоя из отдельных частиц происходит путём многократного нанесения этих частиц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой из отдельных частиц металлического материала наносят на предварительно нагретую до температуры ниже чем 70% от температуры плавления материала металлическую модель протезируемого зуба.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой из отдельных частиц металлического материала наносят только на часть поверхности металлической модели протезируемого зуба.