Экспериментальное исследование спектров оптического поглощения и пропускания стоматологического реставрационного материала разной толщины

Л.И.Шаламай¹, Н.С.Оксас¹, В.Б.Лампусова¹, Е.Ю.Мендоса², Е.Е.Майоров^3
1Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П.Павлова,
²Московский государственный медико-стоматологический университет им, А.И.Евдокимова,
³Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

На сегодняшний день качественное и долгосрочное изготовление реставраций на твердых тканях зубов является актуальной проблемой терапевтической стоматологи [1-5]. Кроме улучшения выживаемости и герметизма реставраций в отдаленные сроки их функционирования, актуальным требованием является ее полная оптическая интеграция.\это особенно актуально при восстановлении сквозных дефектов коронковой части передних зубов [9,10,11,13]. Для того, чтобы адекватно устранять излишнюю оптическую проницаемость реставраций, производители стоматологических композитов выпускают дентинные и опаковые оттенки, содержащие в составе пигменты и красители, которые, с одной стороны, обеспечивают снижение транслюсцентности, но с другой стороны, придают композитам конкретные оттенки. Клиницисту для обеспечения адекватной эстетики восстановлений традиционно требовалось иметь в своем арсенале как минимум несколько таких опаков различных оттенков [12,14,16-18,20]. Кроме того, толщина внесения этих оттенков могла значительно варьировать в зависимости от конкретной клинической ситуации. В связи с этим вполне естественно возникает потребность в таком пломбировочном материале, который бы эффективно и надежно блокировал влияние темноты полости рта при реставрации сквозных дефектов коронковой части передних зубов, но не влиял на цвет будущей реставрации и был совместим с различными композитами. В настоящее время материал на основе метилметакриатных смол OMNICHROMA BLOCKER является оптимальным решением этой задачи.

Из научной литературы известно, что синтетические пломбировочные материалы имеют низкую полимеризационную усадку, превосходную стойкость блеска и устойчивость к истиранию [6,7,15,21]. Данные об оптических свойствах этих материалов малоинформативные, а по стоматологическому материалу OMNICGROMA BLOCKER практически отсутствуют.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: изучить спектры оптического поглощения и пропускания композитного реставрационного материала OMNICHROMA BLOCKER разной толщины.

Материал и методы исследования

Исследование оптических свойств стоматологического реставрационного материала OMNICHROMA BLOCKER (Tokuyama, Япония) проводили на 30 образцах этого материала разной толщины (0.3, 0.9 и более 1 мм), предоставленных компанией ООО «Центр имплантации и комплексного лечения» (г.Санкт-Петербург).

Данный светоотверждаемый, рентгеноконтрастный композитный материал содержит 82% по весу (7% по объему) кремний-циркониевого наполнителя и композитного наполнителя. Высокая степень наполненности композита обеспечивает низкую полимеризационную усадку. Весь неорганический наполнитель, содержащийся в материале, представляет собой сферический наполнитель (средний размер частиц – 0.2 мкм, фрикционный состав частиц – от 0.1 до 0.3 мкм). Мономерная основа содержит бис-глицедиметилметакрилат (Bis-GMA) и триэтиленгликоль диметакрилат.

Изменение спектров оптического поглощения и пропускания выполняли в автоматизированном спектрофотометре UV-2600i компании Shimadzu (рис.1). Прибор позволяет проводить анализ в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области спектра [8,15,19], исследуя объекты разного агрегатного состояния, а также порошкообразные среды.

Прибор обеспечивает высокочувствительные и стабильные измерения спектров поглощения и пропускания жидких и твердых образцов [8,11,12]. Он состоит из двухлучевой оптической схемы, в которую входят два источника излучения (дейтеривая и галогенная лампы), электронного измерительного блока, одиночного монохроматора Черни-Тернера с LO-RAY-LIGH дифракционной решеткой, специального отсекающего зеркала, фотоэлектронного умножителя. Спектрофотометр отличается широкой спектральной областью работы и автоматически поддерживает постоянный выделяемый спектральный интервал во всем диапазоне сканирования, что существен¬но повышает достоверность измерений. Предусмотрена защита от внешних загрязнителей. Регистрация светового сигнала после прохождения монохроматора осуществляется с помощью фотоприемного устройства. Технические характеристики спектрофотометра приведены в таблице 1.

Результаты исследования и их обсуждение

Для потенциальных потребителей в лице стоматологических организаций важным является вопрос о расходе материала OMNICHROMA BLOCKER и стандартных рекомендациях по толщине слоя, достаточного для блокирования излишней оптической проницаемости реставрации в конкретных клинических ситуациях. Компания-производитель данного продукта рекомендует выстраивать из OMNICHROMA BLOCKER оральную стенку толщиной слоя от 0.5 мм, но не указывает, есть ли зависимость толщины слоя от геометрических размеров кариозной полости и оттенка зуба. Данный факт означает, что при подобной толщине слоя какое-либо пропускание в видимом диапазоне длин волн должно отсутствовать.

Характерные кривые спектров оптического поглощения образцов материала OMNICHROMA BLOCKER разной толщины представлены на рисунке 2. Максимальные значения коэффициентов поглощения К(λ) получены у всех трех образцов материала для ультрафиолетовой области спектра. Далее распределения К(λ) отличаются друг от друга. Значение К(λ) образца толщиной слоя более 1 мм имело максимум в видимом диапазоне длин волн и только в инфракрасной области спектра наблюдалось незначительное падение. Образцы толщиной слоя 0.3 и 0.9 мм в видимой области спектра имели незначительное падение К(λ), в инфракрасной области спектра образцы пропускали световое излучение.

Величины коэффициента пропускания Т(λ) образцов материала OMNICHROMA BLOCKER разной толщины отличались друг от друга и имели свои максимумы. Кривые распределения оптических спектров представлены на рисунке 3. Композитные материалы представленных толщин в ультрафиолетовой области спектра вели себя практически одинаково, а в видимом диапазоне длин образец толщиной слоя 0.3 мм имел значения T(λ) на уровне 10-13%, что вполне приемлемо для конструирования оральной стенки при любых геометрических размерах кариозной полости и оттенках зубов.

Таблица 1: Технические характеристики спектрометра UV-2600i

Оптическая схема	Двухлучевая
Монохроматор	Одиночный Черни-Тернера с LO-RAY-LIGH дифракционной решеткой
Спектральный диапазон	185...900 нм (без интегрирующей сферы) 185...1400нм (с интегрирующей сферой)
Детектор	Фотоумножитель R-928 и дополнительные полупроводниковые детекторы в интегрирующих сферах
Ширина щели	0.1; 0.2; 0.5; 1; 2 и 5 нм
Скорость сканирования	от 4000 до 0.5 нм/мин
Точность установки длины волны	±0.3 нм (весь диапазон)
Воспроизводимость по шкале длин волн	±0.05 нм
Уровень рассеянного излучения	<0.005 % (220, 340 и 370 нм)
Фотометрический диапазон	-5 до +5 Abs
Фотометрическая точность (при 0.5 Abs. 1.0 Abs, 2.0 Abs)	±0.002Abs;±0.003 Abs;±0.006 Abs; ±0.3% T
Фотометрическая воспроизводимость (при 0.5 Abs, 1.0 Abs, 2.0 Abs)	±0.002 Abs; ±0.002 Abs; 0.3% T
Дрейф нулевой линии	<0.0002 Abs/час
Уровень шума	<0.00003 Abs (500 нм)
Размеры прибора	450x600x250 мм
Масса	23 кг
Рис.2. Спектральные зависимости коэффициента поглощения К(Л) образцов материала OMNICHROMA BLOCKER разной толщины: 1 - более 1 мм, 2 - 0.9 мм, 3 - 0.3 мм	Рис.З. Спектральные зависимости коэффициента пропускания Т(Л) образцов материала OMNICHROMA BLOCKER разной толщины: 1 - 0.3 мм, 2 - 0.9 мм, 3 - более 1 мм

P.S. Таким образом, проведенное исследование на образцах материала OMNICHROMA BLOCKER разной толщины показывает, что при выполнении эстетических композитных реставраций придание надлежащей опаковости реставрации возможно без применения биомиметических техник, подразумевающих топографическое повторение опаковыми или дентинными оттенками объема дентина в естественных зубах, что влечет значительное изменение толщины слоя этих оттенков в каждом конкретном клиническом случае. Альтернативная методика работы с OMNICHROMA BLOCKER требует лишь внесение слоя стандартной толщины от 0.3 до 0.9 мм для блокирования просвечивания темноты полости рта или умеренного дисколорита. Далее восстановление может выполняться полностью эмалевыми оттенками композитов.

РЕЗЮМЕ

Получены спектральные зависимости коэффициентов поглощения и пропускания для разной толщины образцов композитного материала OMNICHROMA BLOCKER. определено, что реставрационный материал приведенных толщин в ультрафиолетовой области спектра имеет одинаковые оптические параметры. В видимом диапазоне длин волн образец толщиной 0.3 мм имеет значения коэффициента пропускания на уровне 10-13%, что приемлемо для конструирования оральной стенки при любых геометрических размерах кариозной полости и оттенках зубов.

Литература

1. Виноградова Т.В.. Уголева С.А.. Казанцев Н.Л., Сидоров А.В., Шевченко М.В. Клинические аспекты применения композитов для реставрации зубов. //Новое в стоматологии. - 1995. - №6. - С.326. 

2. Дуглас А.Т. Возможности цвета: создание высоко-диффузных слоев с композитом. // Клиническая стоматология. - 2004. - №2. - С.4-11. 

3. Исаева Т.М. Еще раз о проблеме цвета в эстетической стоматологии. Возвращаясь к технике реставрации зубов. // Клиническая стоматология. - 2003. - №4. - С.22-24. 

4. Колбасицкий В.А. Определение цвета в эстетической стоматологии. // Материалы межобластной научно- практической конференции: Сб. ст. Благовещенск. - 1999. - С.46-48. 

5. Котов И.Р.. Майоров Е.Е., Холов В.В. Интерферометрические исследования биологических объектов. // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. - 2004. - №15. - С.70-72. 

6. Кузьмина Д.А., Майоров Е.Е.. Шаламай Л.И., Мендоса Е.Ю., Нарушак Н.С. Использование метода спектроскопии отражения для распознавания подлинности стоматологических реставрационных материалов.// Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2021. - Т.64, №1. - С.63-70. 

7. Кузьмина Д.А.. Мендоса Е.Ю.. Майоров Е.Е., Нарушак Н.С., Сакерина А.И., Шаламай Л.И. Экспериментальные исследования оптических свойств твердых тканей передних зубов и современных синтетических пломбировочных материалов. // Стоматология для всех. - 2020. - №4. - С.58-62 

8. Кузьмина Д.А., Шаламай Л.И.. Мендоса Е.Ю., Майоров Е.Е., Нарушак Н.С. Флуоресцентная спектроскопия для анализа пломбировочных материалов и твердых тканей зубов in vitro. // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2021. - Т.64, №7. - С.576-582. 

9. Луцкая И.К. Практическая стоматология. - Мн.: Бел. наука, 1999. - 360 с. 

10. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Цыганкова Г.А., Писарева Е.А, Исследование спектрофотометра ультрафиолетовой области длин волн для анализа спектров пропускания дисперсных сред. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2018. - №4. - С.357- 365. 

11. Майоров Е.Е., Попова Н.Э.. Шаламай Л.И.. Цыганкова Г.А., Черняк Т.А., Пушкина В.П., Писарева Е.А.. Дагаев А.В. Цифровая голографическая интерферометрия как высокоточный инструмент в стоматологии. // Известия тульского государственного университета. Технические науки. - 2018. - №10. - С.249-256. 

12. Майоров Е.Е., Прокопенко В.Т.. Шаламай Л.И.. Хохлова М.В.. Туровская М.С., Ушакова А.С.. Дагаев А.В. Применение сканирующей интерферометрии в низкокогерентном свете для измерения in vivo деминерализованных областей эмали под десной.// Известия высших учебных заведений. Приборостроение. -2019. - Т.62, №2. - С.128-135. 

13. Майоров Е.Е.. Туровская М.С.. Литвиненко А.Н., Черняк Т.А., Дагаев А.В., Пономарев С.Е., Курлов В.В.. Катунин Б.Д. Исследование разработанного спектрофотометра для ультрафиолетовой области спектра и его технико-экономическое обоснование. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2018. - №7. - С.38-43. 14. 

14. Майоров Е.Е., Туровская М.С., Шаламай Л.И.. Черняк Т.А., Хохлова М.В.. Таюрская И.С., Константинова А.А.. Арефьев А.В. Обработка интерференционного сигнала, отраженного от биологического объекта методом дифференцирования. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2019. - №11. - С.23-31. 15. 

15. Майоров Е.Е., Шаламай Л.И., Кузьмина Д.А., Мендоса Е.Ю., Нарушая Н.С.. Сакерина А.И. Спектральный анализ стоматологического реставрационного материала и зубной ткани пациентов разных возрастных групп in vitro. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. -2020. - №8. - С.105-114.

16. Майоров Е.Е., Шаламай Л.И., Попова Н.Э., Коцкович А.В., Дагаев А.В., Хайдаров Г.Г., Хайдаров А.Г.. Писарева Е.А. Исследование кариеса на ранней стадии образования когерентной сканирующей интерферометрией в низкокогерентном свете. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2018. -№11. -С.25-30. 

17. Прокопенко В.Т.. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Удахина С. В„ Цыганкова Г.А.. Хайдаров А.Г., Черняк Т.А. Оптико-электронный прибор для контроля геометрических параметров диффузно отражающих объектов. // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. -2016. - Т.59, № 5. - С.388-394. 

18. Прокопенко В.Т.. Майоров Е.Е., Шаламай Л.И.. Хохлова М.В., Катунин Б.Д.. Капралов Д.Д. Исследование in vivo минерализованных областей эмали под десной с помощью интерферометрического прибора. // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2019. - Т.62, №7. - С.643-649. 

19. 1Шаламай Л.И.. Мендоса Е.Ю., Кузьмина Д.А., Майоров Е.Е. Исследование оптических свойств композитных материалов и твердых тканей зуба пациентов in vitro. // Dental Forum. - 2021. - №1. - С.3-6. 

20. Maiorov E.E.. Prokopenko V.T., Ushveridze L.A. A system for the coherent processing of specklegrams for dental tissue surface examination. // Biomedical Engineering. - 2014. - V.47, №6. - P.304-306. 

21. Maiorov E.E., Shalamav L.I., Daqaev A.V.. Kirik D.I.. Khokhlova M.V. An interferometric device for detecting subgingival caries. // Biomedical Engineering. - 2019. - V.53. - P.258-261.