05 февраля 2017г.
В работе приведены результаты проведенных исследований воздействия кавитационных процессов на поверхности интактных зубов. Исследования проводились с помощью атомно-силового микроскопа, что позволило определить нано структурные изменения эмали зуба.
Актуальность проведённой работы обусловлена всё более широким применением ультразвука (УЗ) в стоматологии. Однако фирмы, производящие подобное оборудование, дают не достаточно подкреплённые наукой рекомендации по использованию подобного оборудования. Поскольку размеры, образующиеся под действием периодических разряжений в УЗ волне в жидкой среде, кавитационных пузырьков имеют порядок в мкм, а давления, при их «схлопывании» может достигать 100 МПа [1], эффект от воздействия надо искать на микро и нано уровне. Исследование поверхности образца интактного зуба удобнее всего проводить с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) Certus Light (Россия), поскольку он не требует нанесения проводящих слоев на непроводящую поверхность, позволяет работать в воздухе и в то же время дает требуемое в работе высокое разрешение.
Порядок проведения экспериментов.
В работе были проведены исследования 9 здоровых зубов (3 резца и 6 моляра), удалённых по медицинским показателям у пациентов в возрасте от 17 до 30 лет. Очищенные от мягких тканей образцы зубов хранили в физ. растворе. Образцы для исследований получали путем распила зубов алмазным инструментом с водяным охлаждением. Для исследований выбиралась щёчная поверхность зуба. Толщина шлифов, полученных таким образом, составляла от 1.5 до 2 мм. На поверхности полученного образца выделялась область 1 на 1 мм, в которой проводились предварительные АСМ исследования.
После проведения предварительных исследований образцы специальным образом закреплялись и помещались в сосуд с дистиллированной водой на глубину 3 см. На рис.1 приведена схема проводимых опытов. В качестве источника ультразвука использовался генератор ИЛ10-0.63 с магнитострикционным преобразователем ПМС-0.63-22 производства ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ». Электрическая мощность генератора в проведённых исследованиях составляла 400 Вт, рабочая частота 22 кГц [2]. Передача колебаний от преобразователя в среду осуществляется с помощью специального волновода-излучателя (диаметр торца составлял 23 мм), который погружался в этот же сосуд сверху на глубину 0.5 см. Стрелки показывают направление движения торца волновода. В экспериментах изменялся угол наклона обрабатываемой поверхности относительно оси волновода (0о, 450, 600).
Обработанный образец высушивался в течении 20 мин при интенсивном обдуве воздухом. Затем проводилось повторное АСМ исследование обработанного участка поверхности.
Рис. 1 – Схема экспериментальной установки. 1 – магнитострикционный преобразователь, 2 – волновод, 3 - бассейн, 4 – образец.
Типичные результаты предварительного сканирования поверхности зубов разного типа, приведены на рис.2. Очевидно, что поверхность резца значительно более гладкая. Об этом говорит максимальный перепад высот (z), который в случае резца составляет 1 мкм, а в случае моляра 2 мкм. При этом максимальный перепад высот у резца наблюдается только в одной точке. Перепады высот остальной поверхности не превышают 200 нм.
На всех исследованных образцах наблюдаются наросты. Методика фазового контраста [4] позволяет утверждать, что состав этих наростов аналогичен составу эмали зуба. Однако они состоят из значительно более крупных кристаллитов. Кроме того на поверхности всех исследованных моляров наблюдаются углубления. Диаметр этих углублений колеблется от 1 до 5 мкм, глубина достигает 1 мкм (при этом внутренняя поверхность этих углублений состоит из отдельных кристаллитов, размеры которых составляют 50-100 нм. В отличии от основной части эмали, в углублениях кристаллиты явно более слабо связаны друг с другом.
Результаты УЗ обработки показали, что:
1. При любом, из исследованных углов наклона образца относительно оси волновода (α), обработанная поверхность становится значительно более ровной. Перепад высот не превышает 0.8 мкм для моляров и 0.2 мкм для резцов.
2. В случае, когда угол α составляет 00, наросты на поверхности зуба полностью удалить не удаётся, уменьшается в 1.5-2 раза их высота
3. Оптимальный угол для выравнивания поверхности зуба (удаление наростов и «сглаживание» углублений) составляет 600.
Рис.3 Результаты исследования поверхности моляра после УЗ обработки в течение 60с. приведены 2D и 3D изображения.
Список литературы
1. Красильников В.А., Крылов В.В., Введение в физическую акустику. М.: Наука, 1984.
2. http://utinlab.ru/
3. Новик А.А., Исследование процесса ультразвукового диспергирования керамических материалов в жидких средах. СПб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2013.
4. Использование сканирующей зондовой микроскопии для исследования структуры гибридных композиционных стоматологических пломбировочных материалов. В.Д. Гончаров, Л.Ю. Орехова, К.С, Сорокин, Н.С. Нарушак. Method of researching the structure of hybrid composite dental filling materials. V.D. Goncharov, L.Yu. Orekhova, K.S. Sorokin, N.S. Narushak. Парадонтология №3 (76) 2015б Том XX, ISSN 1683-3759
