THE NEW ASPECTS OF THE ENAMEL ULTRA STRUCTURE AND OBTAINED A NEW DENTAL NANO COMPOSITE


Cite item

Abstract

Caries is the most wide-spread human sickness of the world. The results of researches devoted the diagnostic, treatment and prophylaxis of pathology and recurrence pathology of hard teeth tissues is the so important for all dentists and patients. The most prevalent method of caries treatment is the direct composite (resin) restoration of cavity decay. The next important problem in direct composite restoration is edge adaptation of different composites because there are not the chemical connections between the composite and human enamel and dentine. It has been proved the existence of a previously unknown structural of enamel, so-called enamel tunnels and enamel bridges, by studying enamel ultra structure using atomic force microscopy (Solver P47 device). The surface of enamel was estimated by four criteria’s - phase, cross section, topography and 3D reconstruction. The two morphological conditions of enamel hydroxyapatites was indicated - nano crystal and poly crystal forms. Based on the new understanding of the microstructure of the enamel by means of heterophase and homophase doping with water mix of carbon nano tubes, micro filled hybrid composite material it was obtained a new dental nano composite, the application of which, after appropriate clinical tests can significantly improve the effectiveness of treatment caries in preventing its recurrence. We used the two kinds of doping - surface and volume. It has been proved the existence of new composite properties, by studying composite surfaces and ultra structure using scanning electron microscopy (Jeol device).

Full Text

Актуальность. Так как распространенность кариеса у взрослых по-прежнему близка к 100%, вопросы профилактики рецидивного кариеса в настоящее время имеют большую актуальность. Исследования [2, 3, 5], проведенные на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им. Н.Н. Бурденко показали, что образование краевой щели между пломбировочным материалом и твердыми тканями зуба (как эмалью, так и дентином) в зоне пломбирования встречается в значительном количестве случаев и не приводит к химической адгезии композита к тканям зуба, а как следствие, к длительному сохранению пломбы. Установлено, что основной причиной неудовлетворительного качества адгезии пломбировочных материалов к твердым тканям зуба является нарушение целостности микроструктуры эмали и дентина при финишной обработке твердых тканей зуба перед пломбированием [1, 3], при этом остается до конца не раскрытым механизм нарушения минерального обмена эмали. С другой стороны, самым распространенным методом восстановления дефектов твердых тканей зуба, в современных условиях, является реставрация композитными материалами [5]. Как известно, композитные материалы не образуют химических связей с твердыми тканями зуба. Для обеспечения прочной связи эмали зуба с композитными материалами перед внесением пломбировочного материала эмаль после финишной обработки кондиционируют 30-40% ортофосфорной кислотой, после чего улучшается смачиваемость, увеличивается площадь внешней поверхности и образуется микроудерживающий рельеф эмали. Однако, ввиду явных недостатков данной методики, появившиеся в последние десятилетия новейшие технологии предлагаемые для этой цели - высокоинтенсивный эрбиевый лазер, ультразвук, аэроабразивная технология, привлекают к себе повышенный интерес стоматологов всего мира. С 1841 года эмаль признавалась самой плотной и твердой субстанцией человеческого организма. В 2000 году на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им. Н.Н. Бурденко, под руководством д.м.н., профессора А.А. Кунина, при помощи современных, высокотехнологичных методов исследований были выявлены новые структурные образования эмали. На поверхности эмали выявили наличие отверстий, уходящих внутрь зуба, параллельно пучкам эмалевых призм [2]. Используя растровую электронную микроскопию исследователи установили, что эти отверстия в некоторых участках эмалево-дентинной границы проникают в дентин зуба. В молодом возрасте таких отверстий на поверхности эмали много и их количество сокращается с возрастом в результате различных повреждающих факторов. В норме эти отверстия имеют диаметр, равный 1-1,5 мкм, увеличивающийся с возрастом до 3 мкм, при уменьшении их количества. Наличие этих отверстий и туннелей впервые было выявлено на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им. Н.Н. Бурденко. Особенно интересным представляется определение при этом проникновения «отростков» эмали в дентин с сохранением структуры «туннелей», названных «эмалевыми мостиками». После препарирования зубов эти углубления, «мостики» в дентин, могут нарушаться, следовательно «питание» зуба, получение им минеральных и органических соединений усложняется. Остается только доступ необходимых компонентов для сохранения жизнедеятельности зуба через корневой канал. Кроме того, одним из актуальных способов решения проблемы рецидивного кариеса, является модификация существующих и разработка принципиально новых видов композитов. В основном, развитие идет по двум направлениям: · модификация и разработка композитного наполнителя; · модификация и разработка композитной матрицы. Данные мероприятия дают возможность изменять физико-химические (вязкость, моделируемость, коэффициент усадки, термического расширения, токсичность и мн.др.) и эстетические характеристики. Но применение каждого из вышеупомянутых методов должно быть обусловлено результатами всестороннего научного изучения его влияния на микроструктуру эмали и дентина, а также на биохимические процессы протекающие в твердых тканях зуба, что и послужило поводом для проведения данного научного исследования Материал и методы исследования. Исследования проводились в лаборатории «Наноскопии и нанотехнологий» ЦКПНО ВГУ. Поверхность эмали зуба исследовалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) в полуконтактном режиме на сканирующем зондовом микроскопе Solver P47 Pro. Неоднородность свойств поверхности контролировалась методом отображения фазы. Образец для исследований предварительно был запрессован в акрилоксидную матрицу и его поверхность специально не обрабатывалась. Размер образца 13x8x4 мм. При получении нанокомпозита использовалось гетерофазное и гомофазное допирование готового микронаполненного гибридного композитного материала Charisma. Исходными материалами служили: · Матрица: гибридный композит Charisma, представляющий собой смесь крупных частиц бариевого стекла (1-100 мкм) и субмикронных частиц кремния (100 нм) в связующей органической матрице, содержащей бисфенол и глицидил-метакрилат. В качестве растворителя используются мономеры ТЭГ-ДМА (триэтиленгликоль-диметакрилат). В матрицу введены дополнительные компоненты, обеспечивающие полимеризацию. · Допирующие нанодобавки: тонкая взвесь фрактальных агрегатов однослойных УНТ(ё=10нм) в воде. Исследование микроструктуры полученного нанокомпозита проводилось на сканирующем растровом микроскопе Jeol. Полученные результаты и их обсуждение. Метод атомно-силовой микроскопии известен с 1986 года. Принцип работы построен по аналогии с растровой электронной микроскопией. Основное отличие в том, что величина сканирующего зонда в АСМ на уровне атома, что позволяет при соответствующей подготовке образца исследовать наноструктуру объекта. Проникающая способность зонда до 130 нм, разрешающая в 50 раз выше чем у электронного микроскопа. При помощи метода был открыт Heliobacter Pilori. В 1989 г. создатели метода удостоены Нобелевской премии. Площадь сканирования эмали варьировалась от 2 х 2 мкм2 до 10 х 10 мкм2 с разрешением от 7 до 40 нм. При площади сканирования 10 х 10 мкм2 (рис. 1, 2) наблюдаются «тоннели» диаметром 2 мкм и глубиной 60-100 нм. Дно «тоннелей» характеризуется дополнительным рельефом с перепадом высот 3-5 нм (рис. 3). Рис. 1. Атомно-силовая микроскопия эмали. 10х10 мкм. 3D реконструкция. Рис. 2. Атомно-силовая микроскопия эмали. 10х10 мкм. Топография. Рис. 3. Атомно-силовая микроскопия эмали. 10х10 мкм. Сечение. При уменьшении поля наблюдения до 2 х 2 мкм (рис. 4, 5) обнаруживаются наличие более мелких «тоннелей» диаметром от 100 до 200 нм и глубиной от 20 до 25 нм соответственно (рис. 6). Рис. 4. Атомно-силовая микроскопия эмали. 2х2 мкм. 3D реконструкция. Рис. 5. Атомно-силовая микроскопия эмали. 2х2 мкм. Топография. Рис. 6. Атомно-силовая микроскопия эмали. 2х2 мкм. Сечение. При изучении поверхности зуба методом отображения фазы обнаружена фазовая неоднородность (рис. 7, 8). Предварительная интерпретация наличие аморфной и кристаллической фазы гидроксиапатита. Рис. 7. Атомно-силовая микроскопия эмали. 10х10 мкм. Фаза. Рис. 8. Атомно-силовая микроскопия эмали. 2х2 мкм. Фаза. Процесс допирования исследовался в тонких слоях толщиной порядка 100 мкм на подложке полированного кремния класс чистоты 15 при полимеризации в условиях естественного освещения. Использовались два метода получения наномодифицированного материала: 1. Поверхностное допирование - на пленку Charisma распылялась водная взвесь УНТ. 2. Объемное допирование - перемешивание Charisma и водной взвеси УНТ. При поверхностном допировании происходит ярко выраженное взаимодействие УНТ с матрицей с образованием гомогенной наноструктур по фрактальному механизму (рис. 9 а, б). а). б). Рис. 9. Микроструктура наномодифицированного композита методом поверхностного допирования. При объемном допировании с перемешиванием происходит образование гетерофазных фрактальных структур. УНТ агрегируют, образуя объемную фрактальную фазу, армируя при этом композит (рис. 10). Рис. 10. Микроструктура наномодифицированного композита объемного допирования. Таким образом, при помощи атомно-силовой микроскопии доказано существование ранее неизвестных структурных образований эмали - «эмалевых туннелей». На основании новых представлений о микроструктуре эмали, методом гетерофазного и гомофазного допирования микронаполненного гибридного композитного материала был получен новый нанокомпозит стоматологического назначения. Несомненно, определение данных структур требует дальнейшего изучения. В настоящее время проводится активное дальнейшее исследование ультраструктуры эмали на нано уровне в плане определения роли и места открытых образований в микрохимических и биологических процессах протекающих в эмали как в норме, так и при кариозном процессе. Кроме того, дальнейшего изучения требует и полученный новый нанокомпозит. Данные исследования проводятся на базе соответствующих подразделений Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко и Воронежского государственного университета. Но, уже сейчас мы выражаем твердую уверенность, что применение вышеуказанного композита, после соответствующих клинических испытаний, способно значительно повысить эффективность лечения кариеса особенно в плане профилактики его рецидивов.
×

About the authors

B R Shumilovich

Voronezh State Medical Academy named after N.N. Burdenko

D A Kunin

Voronezh State Medical Academy named after N.N. Burdenko

V G Starodubtsev

Belgorod State National Research University

V N Krasavin

Voronezh State Medical Academy named after N.N. Burdenko

References

  1. Боровский Е.В., Леонтьев В.К. Биология полости рта.// М.: Медицина, 1991. - 304с.
  2. Кунин А.А. и др. Современные методы диагностики и лечения в клинике терапевтической стоматологии.// Воронеж, 1993. - 18 с.
  3. Морфо-химические аспекты одонтопрепарирования: монография / А.А. Кунин, В.А. Кунин, Б.Р. Шумилович. - Воронеж, 2009. - 176 с.
  4. Овруцкий Г.Д., Леонтьев В.К. Кариес зубов. // М.: Медицина, 1986. - 144 с.
  5. Попова Т.А. Влияние пломбировочных материалов при лечении кариеса на химический состав и структуру эмали зубов.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук, Воронеж, 2000. - 121 с.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies