Вдохновленные механизмами, с помощью которых мидии прикрепляются к негостеприимным поверхностям, исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали новый тип стоматологического композита, который обеспечивает дополнительный слой прочности для обработанных зубов. Возможный выигрыш?
Долговечные пломбы, коронки, имплантаты и другие работы.
«Это так же сложно, как и обычная зубная реставрация, но с меньшей вероятностью треснет», – сказал Коллбе Ан, материаловед из Морского научного института UCSB, о композитном материале. Исследование освещено в журнале Advanced Materials. Статья, автором которой является Ан, является результатом сотрудничества между исследователями и промышленностью.
В среднем реставрация зубов длится от пяти до 10 лет, прежде чем потребуется замена. Сроки зависят от типа реставрации и от того, насколько хорошо пациент ухаживает за леченным зубом. Однако постоянный натиск жевания, кислой и твердой пищи, плохая гигиена, скрежетание зубами в ночное время, в целом слабые зубы и даже неадекватная стоматологическая работа могут способствовать преждевременному исчезновению пломбы – и еще одному дорогостоящему и, возможно, менее чем приятному опыту в процессе лечения. стоматологическое кресло.
По словам Ана, одной из основных причин выпадения реставраций или их растрескивания является хрупкое нарушение связи с окружающим зубом. «Все стоматологические композиты содержат микрочастицы, которые увеличивают их жесткость и предотвращают их усадку в процессе отверждения», – пояснил он. "Но есть компромисс: когда композит становится тверже, он становится более хрупким."
При достаточном давлении или износе образуется трещина, которая затем распространяется по всей реставрации. Или разрыв между зубом и реставрацией приводит к неудачам реставрации, включая краевой кариес.
Поэтому Ан и его коллеги обратились к природе, а точнее к мидиям, чтобы найти способ не только сохранить прочность и твердость, но и повысить прочность.
Совершенствуя искусство прилипания к неровным поверхностям в изменчивых условиях приливной зоны – развиваясь, чтобы противостоять ударам волн, палящему солнцу и циклам погружения в соленую воду и ветреной сухости – мидии стали идеальной моделью для более прочного стоматологические реставрационные материалы. Биссальные нити, которые они используют для прикрепления к поверхностям, позволяют им противостоять силам, которые могут оторвать их от швартовки.
«В природе мягкая коллагеновая сердцевина биссальных нитей мидии защищена твердым покрытием толщиной от 5 до 10 микрометров, которое также является растяжимым и, следовательно, жестким», – сказал Ан. Эта долговечность и гибкость позволяют моллюскам прилипать к влажным минеральным поверхностям в суровых условиях, которые связаны с повторяющимися толкающими и вытягивающими нагрузками.
Ключом к этому механизму является то, что ученые называют динамической или жертвенной связью – множественные обратимые и слабые связи на субнаноскопическом молекулярном уровне, которые могут рассеивать энергию без ущерба для общей адгезии и механических свойств несущего материала.
«Допустим, у вас есть одна сильная связь», – объяснил Ан. "Он может быть сильным, но как только он сломается, он сломается.
Если у вас есть несколько более слабых связей, вам придется разорвать их одну за другой.«Разрыв каждой слабой связи, – продолжил он, – приведет к рассеиванию энергии, поэтому общая энергия, необходимая для разрыва материала, будет больше, чем при одинарной сильной связи.
Этот тип связывания встречается во многих биологических системах, включая кости и зубы животных.
Виссус мидий содержит большое количество уникальных химических функциональных групп, называемых катехолами, которые используются для грунтовки и улучшения адгезии к влажным минеральным поверхностям. Новое исследование показывает, что использование катехолового связующего агента вместо обычного силанового связующего агента обеспечивает в 10 раз более высокую адгезию и 50-процентное увеличение прочности по сравнению с существующими композитами для стоматологической реставрации.
Хотя исследования доказали этот механизм упрочнения в мягких материалах, это исследование является одним из первых – если не первым – доказывает это для жестких и несущих материалов.
Это доказательство концепции, которое также не демонстрирует цитотоксичности, может означать более жесткие и прочные зубные пломбы.
А это, в конечном итоге, может означать меньшее количество посещений стоматолога. Поскольку каждая замещающая пломба также требует, чтобы стоматолог подпилил окружающий зуб, чтобы загрунтовать его поверхность, при достаточном количестве замен может потребоваться коронка или удаление зуба; и если не заменить, потеря зуба может иметь неблагоприятные последствия для диеты и здоровья человека.
Следующим шагом, по словам Ан, является дальнейшее повышение прочности материала.
«Изменяя молекулярную структуру, вы можете получить еще более плотные связующие агенты, существующие на поверхности, и тогда мы сможем получить более прочный и долговечный стоматологический композит», – сказал он, оценивая коммерческий продукт в течение нескольких лет.