CC BY
6
DOI 10.31718/2077-1096.21.3.164 УДК 616.314-089.27-17:620.179.17
Макеев В.Ф., Кухта В.С., Кирманов О.С., Ключковська Н.Р., Скальський В.Р., Станкевич О.М.
ОЦ1НЮВАННЯ ПАРАМЕТР1В М1ЦНОСТ1 ПОЛ1МЕРНИХ КОМПОЗИТ1В ЩО ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ ДЛЯ ПЛОМБУВАННЯ ЗУБ1В МЕТОДОМ АКУСТИЧНОÏ ЕМ1СП
Львiвський нацiональний медичний уыверситет iMeHi Данила Галицького Фiзико-механiчний iнститут i MeHi Г.В. Карпенка НАН УкраТни, м. Львiв
Метою досл'дження е створення методики та здшснення механ!чних випробувань на предмет ви-значення мiцнiсних характеристик стоматолог'чних композит'¡в ¡з позиц!й л!н!йно'У механiки руйну-вання та i3 застосуванням явища акустичноУ емюн ¡з визначенням особливостей зародження та розвитку руйнування стоматолог'чних композит'¡в с&тлово)' пол1'меризацп пд д'ею квазстатично-го навантаження локального стиску. Для порiвняльних досл'джень обранi наступн! гiбриднi стома-толог'чн'! композити в1тчизняного та зару&жного виробництва: Latelux (Latus, УкраУна), TETRIC N-CERAM (Ivoclar Vivadent, Лiхтенштейн), CHARISMA CLASSIC (Kulzer, Нiмеччина). Для випробувань за темою дослджень використовували дисков! зразки д'аметром 13 мм та товщиною 5 мм по 10 зразюв кожного матер1алу, як були виготовлен! у спецально розробленiй формi. Пакування i фор-мування матер'алу у форму проводили в лабораторних умовах за температури повiтря 18 - 210 С. Перед випробуваннями зразки витримували протягом 24 год. за температури 370 С у ф!зюлог!чно-му розчинi. Зразки навантажували на установц СВР-5 за допомогою кулькового ¡ндентора. П'д час експеримент'т одночасно записували акустико-ем'юшну ¡нформацю за допомогою вим1'рювально'У системи SKOP-8. У режим!' постопрацювання будували залежност! змни навантаження впродовж експерименту, розподл амплтуд зареестрованих сигнал'т акустичноУ ем'юн та Ух суми в!д часу. З отриманих залежностей визначали навантаження руйнування, перемщення ¡ндентора, та вивчали особливостi руйнування композит!в на основ! аналзу генерування акустичноУ емюн пд д 'ею навантаження. Анал'з параметрiв сигналiв акустичноУ емюи показав, що найбльшу амплтуду та енергiю мали сигнали, пд час руйнування композиту Tetric N-Ceram, найменшу - Latelux. Ключовi слова : полiмeрнi композити, мщнють, метод акустичноУ eMiciï
Домдження проведенi в рамках науково-досл!дно( роботи кафедри ортопедично'1 стоматологи Львiвського национального медичного унiверситету ¡мэм Данила Галицького "Розпрацювання та удосконалення методiв дiагностики, кл!н!чних методiв та тэхнолог!чних засоб!в комплексного л!кування дэфэкт!в зубних ряд!в, дэформацИ' i цшкоджэнь зубо-щэлэпноТ системи" (номер державноï рэестрацИ' 011U000112)
Вступ
Через високу штенсивнють та значну поши-ренють провщне мюце серед актуальних проблем сучасноТ стоматологи посщае ураження зубiв карiecом: руйнування зубiв, утворення порожнин та шфекци кореневих каналiв [1,2,3,4]. Ус ц проблеми зумовлен бактeрiаль-ною шфек^ею зубiв, яка пошкоджуе структуру зуба [5]. Для лкування пошкодженого зуба стоматологи рекомендують видалення карiеcу та заповнення порожнин вщповщними матер^ алами.
На сьогодн полiмeрнi композити широко ви-користовують для реставраци зубiв через таю Тхнi властивосл, як бюсумюнють, естетичш, ан-тибактeрiальнi i нетоксичн характеристики по-рiвняно зi старими пломбувальними матeрiа-лами. Вони мають добрi фiзико-мeханiчнi, тер-мiчнi i триболопчш властивост [6]. Для заповнення порожнин переважно використовують стоматолопчш полiмeрнi композити на оcновi бюфенолу А-глщщтметакрилату (Bis-GMA), який мае низьку полiмeризацiйну усадку i високу в'язкють. Уретандиметакрилат (UDMA) мае меншу в'язкють, але вищу мщнють, жж Bis-GMA, ним можна замшяти останнш. Для зни-
ження в'язкост i як розрiджувачi в стоматолоп-чних композитах застосовують триетиленглко-льдиметакрилат (TEGDMA) i 2-пдроксиетил-метакрилат (HEMA) [7,8,9,10]. Останжм часом для змщнення стоматолопчних полiмeрних композилв широко використовують нанонапов-нювачi з обробкою силаном [11].
Поява нових композитних матeрiалiв з рiз-ними властивостями сприяе диференцшова-ному використанню в кожному конкретному кл^чному випадку пломбувального матeрiалу з урахуванням мехажчних характеристик, фiзi-олопчного стану зуба, розмiру дефекту, вку патента та активност карюзного процесу [12].
За останне десятил^тя композитнi стомато-логiчнi рecтаврацiйнi матeрiали значно розви-нулись [13]. Хоча ще юнують проблеми з на-пруженнями стиску внаcлiдок полiмeризацiï, суттевими вщмшностями в коeфiцiентi теплового розширення композитiв порiвняно зi структурою зуба i з деякою чутливютю методик, по-cтiйно тривають роботи зi створення нових композилв, удосконалення тeхнологiй нанона-повнювача i полтшення системи зв'язування, якi можуть вирiшити цi проблеми [14]. 3i зрос-танням потреб пацiентiв в естетичних рестав-
рацiях використання композитних матерiалiв прямого наповнення збтьшуватиметься i на-далi.
Сьогоднi пщ назвою "композицшш матерiа-ли", "композити" розумiють матерiали, якi поед-нують двi фази: органiчну - оргашчноТ' матрицi (акриловоТ основи) та неоргашчну - неоргашч-ного наповнювача, уведеного до матриц для полiпшення властивостей композиту. ^м того, до Тх складу можуть входити силани, У^атори полiмеризацN, стабiлiзатори, барвники та шг-менти [14].
Пiдсилюючу фазу в стоматолопчних композитах зазвичай утворюють частинки барiевого скла, керамiки, кварцу, кремню дiоксиду тощо. 1'х додавання до оргашчноТ матриц пiдвищуе мщнють та зносостiйкiсть, зменшуе усадку та знижуе температурне розширення композиту.
Залежно вщ кiлькостi неорганiчного наповнювача, стоматолопчш композити подiляють на сильно наповнеш (понад 75% наповнювача) та слабко наповнеш (66% або менше). Першi стiйкi до жувального тиску, а тому ушверсальш в застосуванш, другi використовують, коли рес-тавращя або пломба не зазнають жувального тиску.
Сучасна стоматолопя значно розвинулась за останш кiлька десятилiть. Новi методи зм^ нили традицiйнi пiдходи до лкування, оскiльки застосування нових стоматолопчних матерiа-лiв дае кращi результати.
Водночас важливе значення для використання та розроблення нових матерiалiв мае дослщження Тх механiчних, фiзичних, теплових властивостей, бiосумiсностi, чутливостi методик, режимiв та швидкостi виходу з ладу реста-врацiй упродовж Тх ключного застосування [15,16,17].
Одним iз методiв визначення фiзико-мехашчних властивостей композитних пломбу-вальних матерiалiв е метод акустичноТ емiсiТ (АЕ).
Метод АЕ, який фунтуеться на реестраци та опрацюваннi пружних хвиль, що виникають внаслiдок формування, змши та руйнування структури рiзних матерiалiв, на сьогоднi е найефективнiшим для вивчення процеав i ста-дш розвитку дефектностi Тх структури [18]. Вш може виявити зародження руйнування, почат-кове розташування пошкоджень, Тх поширення, точно встановити максимальну мщнють мате-рiалу та виявити мехашзми руйнування. Перевагами методу е можпивють отримання шфор-маци про руйнування уже на раншх стадiях, а також його висока чутливють, оскiльки дае змо-гу виявляти нав^ь невеликi дефекти.
Три типи стоматолопчних композит ^кро-та макронаповнеш, гiбриднi) вивчали у працi [19, 20], використовуючи метод АЕ. Визначали
мщнють на згин та в'язкють руйнування за три-точкового згину.
Стшкють до руйнування стоматологiчних композит, використовуючи триточковий згин та метод AE, вивчали у прац [21]. Дослщжува-ли три групи зразш: неармований композит BelleGlass HP (NRC), однонапрямлений (UFRC) та мультинапрямлений (MFRC), який одночасно включав однонапрямлеш Stick i му-льтинапрямленi StickNet волокна. Встановили, що напруження та амплггуди сигналiв АЕ початку руйнування значно нижч^ нiж остаточного. Найвищi напруження початку та повного руйнування мав однонапрямлений композит.
Нову методику вимiрювання мщносл зв'язку мiж композитом та дентином подано у прац [22]. Дослiджували дiаметральним стиском зразки композиту у виглядi диску, як мiстили в серединi частину дентину з внутршньоканаль-ним штифтом або без нього.
За аналопчною методикою дослщжували мiцнiсть зв'язку мiж композитами та дентином у прац [23]. Зразки виготовляли у формi дискiв (дiаметром 5 мм та товщиною 2 мм) iз двох композит Z100 та Filtek Z250, ям стискали дь аметрально. Для вщновлення зубiв використа-ли три адгезивш системи Adper Easy Bond, Adper Scotchbond Multi-Purpose i Adper Single Bond. Методом АЕ та корелящеТ цифрових зо-бражень мошторили вiдшарування композиту вiд дентинного ктьця. Мiцнiсть з'еднання до руйнування пщ навантаженням визначали за допомогою методу скшчених елементiв. Використовуючи метод скашвноТ електронноТ мiкро-скопи, вивчали мехашзми руйнування.
Полiмеризацiйну усадку, модуль пружносл та усадковi напруження двох об'емнонаповнених композит iз великою в'язкютю (SonicFill (SF)/Tetric N-Ceram Bulk-Fill (TNB)) та двох iз низькою (Filtek Bulk-Fill (FB)/SureFil SDR Flow (SDR)), а також тради-цiйних iз великою (Filtek Z250 (Z250)) та низькою (Filtek Z350 XT Flowable (Z350F)) в'язкютю композит визначали у прац [24]. Аналiз АЕ використали для оцшювання мiжфазного роз-шарування мiж зубом та композитом пщ час полiмеризацiТ у порожнинах класу I на молярах. У композитах iз низькою в'язкютю виявили бтьшу усадку та нижчий модуль пружносп, нiж у композитах iз великою в'язкiстю.
На усадковi напруження впливають декiлька чинникiв, наприклад, властивост матерiалу, методика вiдновлення i конфiгурацiя порожни-ни. Останнiй чинник часто характеризують С-коефiцiентом реставраций який визначають як спiввiдношення зв'язаних дтянок до не-зв'язаних [25, 26]. У пращ [27] вивчали in vitro вплив С-коефiцiента на мiжфазне розшаруван-ня пiд час полiмеризацiТ композитних рестав-
рацiй (композит Z100), використовуючи метод АЕ.
Метод АЕ та смнчено-елементний аналiз застосували для дослщження композит на основi метакрилату (Clearfil AP-X) та силорану (Filtek P90) пщ час реставраци' зубiв i3 рiзними С-коефiцieнтами [28].
У прац [29] оцiнювали вплив глибини поро-жнини (класу I) i типу композиту на мiжфазне розшарування. Порожнини (глибиною 2 та 4 мм) вщновлювали за допомогою традицшного пастоподiбного (Filtek Z100), текучого (G-Unial Universal Flo), об'емнонаповненого (Tetric EvoCeram Bulk Fill) та об'емнонаповненого текучого (SDR) композит. Сигнали АЕ реестру-вали вiд початку полiмеризацiï протягом 20 хв. Встановили, що як тип композиту, так i глибина порожнини впливають на ктькють АЕ подш.
Репрезентативнi мiкроскопiчнi зображення показали бтьшу площу розшарування для порожнини глибиною 4 мм.
Аналопчш дослщження виконували для трьох груп стоматолопчних композит iз рiзним рiвнем усадки у працi [30].
У працях [31, 32] використовували метод АЕ для виявлення мiжфазного розшарування зуба i композитного матерiалу пщ час вiдновлення та вивчення впливу композиту та адгезиву на характеристики АЕ. Визначили усадку пщ час полiмеризацiï, максимальну швидкють усадки, модуль згину i усадковi напруження трьох композит (уыверсального гiбридного на основi метакрилату (Filtek Z250), рщкого (Filtek Z350 flowable) i на основi силорану (Filtek P90)), використовуючи для вщновлення п'ять рiзних ад-гезивних систем (Scotchbond-Multipurpose, Single-Bond-2, Clearfil-SE-Bond, Easy-Bond, P90-System-Adhesive).
Дослiджуючи усадку пiд час полiмеризацiï стоматологiчного композиту у штучному зубному ктьц з порожниною I класу, у прац [33] ще-нтифiкували сигнали АЕ, якi супроводжували руйнування композиту або адгезивного шару. Для цих сигналiв амплiтуди були в дiапазонi 25...45 дБ, а частоти 100...200 кГц або 240...300 кГц.
У працi [34] перевiряли in vitro вплив рiзних способiв протоколiв полiмеризацiï (попередне нагрiвання, час дм свiтлового потоку та дода-вання олiгомера) об'емнонаповнених компози-^в на усадковi напруження, змiну внутршньо-пульповоï температури та ступiнь конверси. Для оцiнювання усадкових напружень викорис-тали метод АЕ.
Отже, як свщчить аналiз л^ературних дже-рел, метод АЕ е ефективним iнструментарiем монiторингу в реальному час процесiв руйнування стоматолопчних композит.
Мета дослiдження
Визначення napaMeTpiB мiцностi рiзних типiв стоматологiчних композит за квазiстатичного навантаження з використанням методу акусти-чноТ емiсiТ (АЕ), який характеризуемся високою чутливiстю до зародження i розвитку руйнування матерiалу в його малому об'емк
Матерiали i методи дослiдження
Для порiвняльних дослiджень обранi насту-пн гiбриднi стоматологiчнi композити в^чизня-ного та зарубiжного виробництва.
LATELUX (Latus, Украна). Latelux призначе-ний для використання у терапевтичнш стоматологи для пломбування карiозних порожнин уах класiв за Блеком, вiдновлення анатомiчноТ форми i особливо для естетичноТ реставраци коронкових частин переднiх зубiв [35].
Tetric N-Ceram (Ivoclar Vivadent, ЛХтен-штейн). Tetric N-Ceram - фотополiмерний ре-нтгеноконтрастний наногiбридний композит для прямих реставрацшних процедур у фронтальному та жувальному вщдтах [36].
CHARISMA CLASSIC (Kulzer, Н1меччина). Charisma Classic - фотополiмерний рентгено-контрастний мiкрогiбридний нанонаповнений композит, що представляе друге поколшня технологiТ наповнювачiв Microglass [37].
Для випробувань використовували дисковi зразки дiаметром 13 мм та товщиною 5 мм. Зважаючи на особливостi свiтловоТ полiме-ризаци стоматологiчних композитiв (обмежена товщина одного шару), для пщготовки експе-риментальних зразмв виготовили спецiальну форму з отворами кошчноТ форми (рис. 1). Та-ка конструкцiя забезпечуе можливють осв^-лення зразка фотополiмеризацiйним свалом iз двох сторiн. Форма розрахована на одночасне виготовлення 10 зразмв товщиною до 6 мм.
Для проведення дослщжень виготовили по 10 зразш кожного стоматолопчного полiмер-ного композиту. Пакування i формування мате-рiалу у форму проводили в лабораторних умо-вах за температури пов^ря 18 - 210 С.
Форму для виготовлення зразмв розташо-вували на гладкому ош товщиною 3 мм. У ко-мiрки, зi сторони протилежноТ до скла, малими пор^ями, вносили вщповщний композит св^-лового затвердiння з подальшою конденсацiею до скла та стшок комiрки за допомогою стоматолопчного штопфера для композитiв (тип Ladmore, TNBBL2, виробник: Hu-Friedy). Пюля заповнення усiеТ комiрки вiдповiдним матерiа-лом за допомогою гладилки для композилв (тип Goldstein, TNCIGFT4, виробник: Hu-Friedy) усували зайвий матерiал, шляхом згладжуван-ня поверхнi композиту до рiвня комiрки.
013
0 12,7
а
6-0, 18
18,5
б
Рисунок 1 - Конструкц/я форми (а) для виготовлэння дискових зразюв зi стоматолог!чних композит!в
та iï загальний вигляд (б)
Далi проводили полiмeризацiю вщповщного матeрiалу за допомогою ультрафюлетового опромiнeння з довжиною хвилi 420...480 нм з штенсивнютю cвiтлового потоку 2,0...2,2 мВ/см2 (TURBO Program), використовуючи св^ тлодiодну безпровщну фотополiмeрну лампу Bluephase 20i (G2) (Invoclar Vivadent). Спочатку cвiтловий полк скеровували зi сторони проти-лежноТ до скла, пiдноcивши cвiтловод фотопо-лiмeрноï лампи максимально близько, але не торкаючись до поверхш матeрiалу у комiрцi. Екcпозицiя становила 20 секунд. Далi здшсню-вали полiмeризацiю матeрiалу зi сторони гладкого прозорого скла, приставляючи щтьно до скла св^ловод зазначеного вище джерела св^ тла навпроти комiрки з композитом протягом 20 секунд. Описану процедуру проводили по-
слщовно у кожнш iз 10 комiрок. Пюля полiмe-ризацiï матeрiалу в уах комiрках скло вiддiляли вiд кювети i протягом 10 секунд освгглювали кожну з поверхонь ще раз. Далi поверхню зразюв обережно шлiфували абразивним папером (абразивнють 320 гр^). Полiрування зразкiв здiйcнювали до появи сухого блиску поверхш, пюля чого кожен iз них оглядали вiзуально з метою виявлення можливих дефеклв у товщi, дeфeктiв полiмeризацiï i структури, що могло призвести до хибних результалв пiд час про-ведення випробувань [38]. Перед випробуван-нями зразки витримували протягом 24 год. за температури 370 С у фiзiологiчному розчинi.
На рис. 2 показано загальний вигляд зразмв перед випробуваннями.
W w Ф it #
^ ^ L. С
с с
é ё
LATELUX (Latus, Украша)
TETRIC N-CERAM
(Ivoclar Vivadent, Л1хтенштейн) 6
Рисунок 2. Загальний вигляд зразюв стоматолог!чних композит!в: а - Latelux; б - Tetric N-Ceram; в - Charisma Classic
• ••I
ФФФ4
CHARISMA CLASSIC (Kulzer, Имеччина)
I
а
а
в
Рисунок 3. Схема експериментальних до^джень
Зразки навантажували на установи СВР-5 за допомогою кулькового шдентора (дiаметр
кульки D = 4 мм сталь ШХ15, модуль пруж-ностi El ~211 ГПа, коефiцiент Пуассона
VT = 0,25. ...
1 ' ) зi швидкiстю його перемiщення 0,002 мм/с.
На рис. 3 представлено структурну схему навантаження та вщбору АЕ-шформаци'. Зра-зок 6 встановлювали на опору 1, навантаження здшснювали за допомогою кулькового шдентора 5. Для усунення завад вщ тертя зразка 6, опори 1 i кулькового шдентора 5 мiж ними використовували вщповщш прокладки 3. Для вщбору АЕ-шформаци на хвилевщ 2 встановлювали ПАЕ 4, використавши для забезпечен-ня кращого акустичного контакту спе^альне мастило - л^ол-24. Пiд час експеримен^в одночасно записували акустико-емiсiйну шфор-мацш за допомогою вимiрювальноï системи SKOP-8.
У реж^ постопрацювання будували зале-жностi змiни навантаження впродовж експери-менту, розподiл амплiтуд зареестрованих сиг-налiв АЕ та ïх суми вщ часу. З отриманих за-лежностей визначали навантаження руйнування, перемщення iндентора, та вивчали особ-ливостi руйнування композитiв на основi аналь зу генерування АЕ пщ дiею навантаження [39].
Результати дослщження та ïx обговорення
На рис. 4 зображено типовi залежностi змши навантаження з розподiлом амплiтуд та змши суми ампл^уд сигналiв АЕ вщ часу.
1з рис. 4 (а, в, д) бачимо, що пщ час навантаження зразш реставрацшних полiмерiв руйнування у рiзних матерiалах протiкае по-рiзному. На початковому етапi навантаження (у часових межах до 50 с вщ початку експери-менту) у вах зразках спостерiгали активне генерування сигналiв АЕ, що викликане втискан-ням кульки iндентора у поверхню зразка.
б
а
д е
Рисунок 4. Tunoei залежнот 3mîhu навантаження i3 розподлом амплiтуд (а, в, д) та змiни суми амплiтуд (б, г, е) сигналie АЕ eiд часу за навантаження локальним стиском кoмпoзитie (1 ум. од. = 100 мкВ):
а, б - Latelux; в, г - Tetric N-Ceram; д, е - Charisma Classic
За подальшого зростання навантаження у зразках Latelux (рис. 4, а) генерувались пооди-нок сигнали АЕ, ктькють яких с^мко зростала на кшцевому етап експерименту, що свщчить про штенсифкацш поширення трщин у зразку аж до подту його на частини. Така особливють генерування вщображаеться у наявност три-валого плато впродовж експерименту на граф^ ку суми ампл^уд сигналiв АЕ (рис. 4, б) та його рiзкого стрибка на прикшцевому еташ. Середне значення суми ампл^уд становить 2,23 ± 0,34 ум. од.
Пщ час навантаження стиском кульковим шдентором зразкiв Tetric N-Ceram (рис. 4, в) сигнали АЕ генерувались значно актившше, шж у випадку композиту Latelux. Це свщчить про штенсившше пролкання руйнування в матерiа-лi i пiдтверджуеться аналiзом зруйнованих фрагментiв зразкiв: пiд час навантаження у зразках очевидно поширювалась числены тр^ щини, що призвело до подту |'х на велику ктькють частин. Середне значення суми ампл^уд становить 17,57 ± 4,24 ум. од., що на порядок перевищуе аналопчний показник для матерiалу Latelux, а плато на графку змши суми ампл^уд (рис. 4, г) мае значно меншу тривалють.
На вiдмiну вiд шших матерiалiв особливiстю руйнування композиту Charisma Classic (рис. 4,
д) е те, що згщно з АЕ процес утворення та поширення нових дефеклв у ньому пщ дiею навантаження тривае майже безперервно. Середне значення суми ампл^уд (рис. 4, е) становить 18,62 ± 6,39 ум. од., що загалом сшвмь рно з випадком матерiалу Tetric N-Ceram.
За експериментальними даними перем^ щення шдентора для рiзних матерiалiв пiд час навантаження мало в^зняеться, однак iз рис. 4 бачимо, що час до повного руйнування зраз-ш iз рiзних матерiалiв рiзний. Хоча мщнють полiмеру Tetric N-Ceram не найбтьша (табл. 3.1), середнiй час до повного руйнування скла-дае 317,53 ± 55,85 с i е найбтьший серед ш-ших. Дещо менший аналогiчний показник для композиту Charisma Classic з найбтьшою мщ-нiстю - 311,73 ± 15,02 с, найменший для композиту Latelux - 284,67 ± 35,92 с.
У табл. 1 подано дiапазони числових зна-чень енергетичного параметра для рiзних тишв руйнування у стоматолопчних композитах. Найбiльшi значення енергетичного показника мали сигнали АЕ пщ час руйнування Tetric N-Ceram, найменшi - Latelux. Для матерiалу Charisma Classic не вдалось зарееструвати си-гнали АЕ, що супроводжували пластичну де-формацiю.
За спектральним аналiзом сигналiв АЕ
встановили, що пластичну деформацш супро- 200...240 кГц, поширення макротрiщин -
воджували сигнали АЕ з частотним дiапазоном 110...130 кГц.
300...350 кГц, мiкротрiщиноутворення -
Таблиця 1.
Дапазони значень крите^ального параметра Еш для стоматологiчних K0Mn03umie
Назва пластмаси Тип руйнування
пластична деформа^я поширення мiкротрiщин поширення макротрiщин
Latelux 0,0068< EWT < 0,01 0,018< EWT < 0,096 0,1 < EWT < 0,8
Tetric N-Ceram 0,0082< EWT < 0,01 0,042 < EWT < 0,1 0,1 < EWT < 2,32
Charisma Classic - 0,039< EWT < 0,091 0,1 < EWT < 1,35
Рисунок 5. Частка р'зних muni руйнування стоматолог'чних композитie
На рис. 5 подано розподт ктькосп сигналiв АЕ, що характеризуют кожний тип руйнування у вщсотках вщ загальноТ ктькосп зареестрова-них. Бачимо, що пщ час локального стиску стоматолопчних композитiв переважае високо-енергетичне в'язко-крихке та крихке руйнування, що свщчить про поширення пщ наванта-женням у матерiалах мiкро- та макротрiщин р^ зноТ площк
Висновок
Визначено, що характер руйнування вах композитiв однаковий: пружно-пластичний на початковому етап навантаження з переходом до крихкого за його подальшого зростання. Спостер^аються три типи руйнування компози-тiв: правильний, неправильний та змшаний. Перший переважав пiд час руйнування пщ дiею локального навантаження композиту Latelux, для матерiалiв Tetric N-Ceram та Charisma Classic характерний змшаний тип руйнування.
У перспективi подальших дослiджень, плану-еться подальше визначення мщностних харак-
теристик пбридних композитiв для пломбування зубiв пщ час Тх локального навантаження.
Лпература
1. Khomenko LO, Bidenko NV, Ostapko Ol, et al. Kontrol' nad kariesom zuba: evoliutsiia kontseptcii [Control of tooth caries: evolution of concepts]. Detskaia stomatologiia. 2013; 1(8): 5365. (Ukrainian)
2. Borisenko AV. Sekrety lecheniya kariyesa i restavratsii zubov [Secrets of caries treatment and dental restoration]. K.: Kniga plyus, 2002. 544 s. (Russian)
3. Ostapko OI. Urazhenist kariiesom postiinykh zubiv u ditei riznykh rehioniv Ukrainy ta ekolohichnyi vplyv dovkillia [Caries incidence of permanent teeth in children of different regions of Ukraine and ecological impact of the environment]. Profilaktychna ta dytiacha stomatolohiia. 2010; 1(2): 43-46. (Ukrainian)
4. Ostapko OI. Khimichnyy sklad emali ta stan tverdykh tkanyn postiinykh zubiv u ditei v riznykh za ekolohichnoiu sytuatsiieiu rehionakh Ukrainy [Chemical composition of enamel and the condition of hard tissues of permanent teeth in children in ecologically different regions of Ukraine]. Novyny stomatolohii. 2007; 4: 38-42. (Ukrainian)
5. Wu YR, Chang CW, Ko CL, et al. The morphological effect of calcium phosphates as reinforcement in methacrylate-based dental composite resins on mechanical strength through thermal cycling. Ceram. Int. 2017; 43: 14389-14394.
6. Wille S, Hôlken I, Haidarschin G, Adelung R, Kern M. Biaxial flexural strength of new Bis-GMA/TEGDMA based composites with different fillers for dental. Dent. Mater. 2016; 32: 10731078.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Shin S, Kim YJ, Toan M, et al. Property enhancement of dental composites prepared with an isosorbide-based photocurable compound by mixing with TEGDMA. Eur. Polym. J. 2017; 92: 25
338-345.
Aguiar AE, da Silva LG, de Paula Barbosa HF, et al. Synthesis of Al2O3-0.5B2O3-SiO2fillers by sol-gel method for dental resin composites. J. Non-Cryst. Solids. 2017; 458: 86-96. 26.
Srivastava R, Wolska J, Walkowiak-Kulikowska J, et al. Fluorinated bis-GMA as potential monomers for dental restorative composite materials. Eur. Polym. J. 2017; 90: 333- 27
343.
Okulus Z, Voelkel A. Mechanical properties of experimental composites with different calcium phosphates fillers. Mater. Sci. 28.
Eng. C. 2017; 78: 1101-1108.
Ai M , Du Z, Zhu S, et al. Composite resin reinforced with silver nanoparticleseladen hydroxyapatite nanowires for dental application. Dent. Mater. 2017; 33: 12-22.
Moskalenko AM. Efektyvnist zastosuvannia plombuvalnykh 29.
materialiv riznykh klasiv dlia restavratsii bichnykh zubiv [Different filling materials efficiency for distal teeth restoration]. Profilaktychna ta dytiacha stomatolohiia. 2013; 2(9): 40-44. (Ukrainian) 30.
Yadav R, Kumar M. Dental restorative composite materials: a review. Journal of Oral Biosciences. 2019; 61: 78-83.
Nidzelskyi MYa, Korotetska-Zinkevych VL. Stomatolohichni 31.
kompozytni materialy, yikh vlastyvosti ta zastosuvannia [Dental composite materials, their properties and applications]. VISNYK VDNZU "Ukrainska medychna stomatolohichna akademiia". 32
2012; 12: 4(40): 222-224. (Ukrainian)
Ravi RK, Alla RK, Shammas M, Devarhubli A. Dental
composites - a versatile restorative material: a review. Indian
Journal of Dental Sciences. 2013; 5(5): 111-115. 33.
Zhou X, Huang X, Li M, et al. Development and status of resin
composite as dental restorative materials. Journal of Applied
Polymer Science. 2019; 48180.
Riva YR, Rachman SF. Dental composite resin: a review. AIP 34.
Conference Proceedings. 2019; 2193(1): 5139331.
Nazarchuk Z, Skalskyi V, Serhiyenko O. Acoustic emission.
Methodology and Application. Springer International Publishing
AG. 2017; XIV: 283. 35.
Kim KH, Park JH. Fracture toughness and acoustic emission
behavior of dental composite resins. Engineering Fracture
Mechanics. 1991; 40(415): 811-819. 36.
Kim KH, Park JH, Imai Y, Kishi T. Fracture behavior of dental
composite resin. Boi-Medical Materials and Engineering. 1991;
1(1): 45-57.
Ereifej NS, Oweis YG, Altarawneh SK. Fracture of fiber- 37.
reinforced composites analyzed via acoustic emission. Dental Materials Journal. 2015; 34(4): 417-424.
Huang SH, Lin LS, Rudney J, et al. A novel dentin bond strength 38.
measurement technique using a composite disk diametral
compression. Acta Biomaterialia. 2012; 8: 1597-1602.
Carrera CA, Chen YC, Li Y, et al. Dentin-composite bond
strength measurement using the Brazilian Disk Test. Journal of 39.
Dentistry. 2016; 52: 37-44.
Kim RJ-Y, Kim Y-J, Choi N-S, Lee I-B. Polymerization shrinkage, modulus, and shrinkage stress related to tooth-
restoration interfacial debonding in bulk-fill composites. Journal of Dentistry. 2015; 43(4): 430-439.
Braga RR, Boaro LC, Kuroe T, et al. Influence of cavity dimensions and their derivatives (volume and 'C' factor) on shrinkage stress development and microleakage of composite restorations. Dental Materials. 2006; 22(9): 818-823. Watts DC, Satterthwaite JD. Axial shrinkage-stress depends upon both C-factor and composite mass. Dental Materials. 2008; 24(1): 1-8.
Liu X, Li H, Li J, et al. An acousic emission study on interfacial debonding in composite restorations. Dental Materials. 2011; 27: 934-941.
Park J-H, Gu J-U, Choi N-S. Acoustic emission characteristics of methacrylate-based composite and silorane-based composite during dental restoration according to a variety of C-factor. Journal of Mechanical Science and Technology. 2017; 31(9): 4067-4072.
Ende A, Lise DP, Munck JDe, et al. Strain development in bulk-filled cavities of different depths characterized using a nondestructive acoustic emission approach. Dental Materials. 2016; 33(4): e165-e177.
Yang B, Guo J, Huang Q, et al. Acoustic properties of interfacial debonding and their relationship with shrinkage stress in Class-I restorations. Dental Materials. 2016; 32: 742-748. Cho NY, Ferracane JL, Lee IB. Acoustic emission analysis of tooth-composite interfacial debonding. Journal of Dental Research. 2013; 92(1): 76-81.
Cho NY. Time domain analysis of de-bonding of composite -tooth interface using acoustic emission. 24th American Dental Research & Future Dentistry & 3rd Annual Meeting on Pedodontics and Geriatric Dentistry. 2018; 8: 60. Gu JU, Arakawa K, Choi N-S. Time-based characteristics of acoustic emission during dental composite restoration. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A. 2011; 35(2): 169-174.
Erhardt MCG, Goulart M, Jacques RC, et al. Effect of different composite modulation protocols on the conversion and polymerization stress profile of bulk-filled resin restorations. Dental Materials. 2020; 36(7): 829-837.
Latelux (Sistemnyi komplekt) [Internet]. - Available from:
http://www.latus.com.ua/ru/products/plombirovochnye-
materialy/latelux-syst.html
Ivoclar Vivadent. Tetric N-Ceram. Efficient restoration of anterior and posterior teeth [Internet]. - Available from: https://highlights.ivoclarvivadent.com/dentist/en-asian/tetric-n-ceram
Kulzer. Charisma Classic [Internet]. - Available from: https://www.kulzer.com/int2/int/den-
tist/products_from_a_to_z/charisma_1/charisma_classic.aspx GOST R 56924-2016 (ISO 4049:2009) Stomatologiia. Materialy polimernye vosstanovitelnye [Dentistry. Polymer-based restorative materials] [Internet] - Available from: http://docs.cntd.ru/document/1200135162 (Russian) Skalskyi VR, Makieiev VF, Stankevych OM ta in. Metod akustychnoi emisii v doslidzhenni stomatolohichnykh polimeriv [Acoustic emission method in the study of dental polymers and composites]. Lviv: Kvart, 2015. 150 s. (Ukrainian)
Реферат
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ПЛОМБИРОВАНИЯ ЗУБОВ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
Макеев В.Ф., Кухта В.С., Кырманов А.С., Ключковская Н.Р., Скальский В.Р., Станкевич О.М. Ключевые слова: полимерные композиты, прочность, метод акустической эмиссии
Целью исследования является создание методики и осуществление механических испытаний на предмет определения прочностных характеристик стоматологических композитов с позиций линейной механики разрушения и с применением явления акустической эмиссии с определением особенностей зарождения и развития разрушения стоматологических композитов световой полимеризации под действием квазистатической нагрузки локального сжатия. Для сравнительных исследований выбраны следующие гибридные стоматологические композиты отечественного и зарубежного производства: Latelux (Latus, Украина), TETRIC N-CERAM (Ivoclar Vivadent, Лихтенштейн), CHARISMA CLASSIC (Kulzer, Германия). Для испытаний по теме исследований использовали дисковые образцы диаметром 13 мм и толщиной 5 мм по 10 образцов каждого материала, которые были изготовлены в специально разработанной форме. Паковку и формирование материала в форму проводили в лабораторных условиях с температурой воздуха 18 - 21° С. Перед испытаниями образцы выдерживали в течение 24 часов при температуре 37° С в физиологическом растворе. Образцы нагружали на установке СВР-5 с помощью шарикового индентора. Во время экспериментов одновременно записывали аку-стико-эмиссионную информацию с помощью измерительной системы SKOP-8. В режиме постобработки строили зависимости изменения нагрузки в течение эксперимента, распределение амплитуд зарегистрированных сигналов АЭ и их суммы от времени. Из полученных зависимостей определяли нагрузки разрушения, перемещения индентора и изучали особенности разрушения композитов на ос-
7
8
9
нове анализа генерирования АЕ под действием нагрузки. Анализ параметров сигналов АЭ показал, что наибольшую амплитуду и энергию имели сигналы при разрушении композита Tetric N-Ceram, а наименьшую - Latelux.
Summary
EVALUATION OF STRENGTH PARAMETERS OF POLYMER COMPOSITES USED FOR DENTAL RESTORATION BY THE METHOD OF ACOUSTIC EMISSION
Makeev V.F., Kukhta V.S., Kyrmanov O.S., Kliuchkovska N.R., Skalsky V.R., Stankevich O.M. Key words: polymer composites, strength, acoustic emission method
The aim of the study is to create a technique and perform mechanical tests to determine the strength parameters of dental composites from the standpoint of linear fracture mechanics, and using the phenomenon of acoustic emission to determine the origin and development of destruction of light-curing dental composites under quasi-static local compression load. The following hybrid dental composites of domestic and foreign manufacturers were selected for comparison: Latelux (Latus, Ukraine), TETRIC N-CERAM (Ivoclar Vivadent, Liechtenstein), CHARISMA CLASSIC (Kulzer, Germany). 10 disc samples of 13 mm diameter and 5 mm thick of each material were made by using a specially designed mould for study purposes. Packaging and moulding of the material into the mould was performed in laboratory conditions at an air temperature of 18 -21°C. Before testing, the samples were kept for 24 hours at a temperature of 37°C in saline solution. The samples were loaded on the SVR-5 machine using a ball indenter. During the experiments, acoustic emission data were simultaneously recorded using the SKOP-8 measuring system. In the post-processing stage, the dependencies of the load change during the experiment, the distribution of the amplitudes of the registered AE signals and their sum over time were recorded. The fracture load, indenter displacement, and the features of composite fracture were determined from the obtained dependencies based on the analysis of AE generation under the load. Analysis of the parameters of the AE signals showed that during the destruction of the Tetric N-Ceram composite the signals had the largest amplitude and energy, and of Latelux had the smallest ones.
