СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ ЭМАЛИ ЗУБОВ
METHOD OF INCREASING MICROHARDNESS OF TOOTH ENAMEL

Изобретение относится к медицине, а именно к терапевтической стоматологии, и может быть использовано для повышения микротвердости эмали зуба за счет нанесения защитного покрытия. Для чего перед воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения слизистую десны изолируют коффердамом, затем на поверхность зубов наносят 3%-ный раствор пероксида водорода и высушивают струей воздуха, после чего на поверхность зубов наносят состав, содержащий одноатомный спирт и тетра-н-бутоксид титана (IV), осуществляют повторную сушку и экспонируют поверхность зубов УФ светом с длиной волны от 240 до 300 нм мощностью 4 Вт в течение 1-3 мин, причем при экспонировании проводят равномерное распределение светового потока по поверхности зубов. Данный способ гарантирует эффективность и безопасность выполнения процедуры формирования защитного покрытия, позволяет решить задачи отбеливания и придания блеска эмали зубов, обеспечивает антибактериальное действие, отличается простотой выполнения операций.
Известен способ повышения микротвердости эмали, включающий применение средств местного действия, таких как лаки, пленки, гели, кремы и растворы на основе кальций- и/или фторсодержащих соединений (напр., Максимовская Л.Н., Рощина П.И. Лекарственные средства в стоматологии: Справочник. - М.: Медицина, 2000; RU №2115405, 2179454, 2238078; US №5037639, 5460803, 5437857). Данная категория средств направлена на профилактическое укрепление эмали за счет ее реминерализации. Средства наносятся либо плотно фиксируются на поверхности зубов и десен и удерживаются в течение нескольких часов, что обеспечивает одновременное поступление строго контролируемых количеств кальций- и фторидионов в пораженный участок эмали. Недостатком данной группы средств является необходимость ежедневного курсового лечения продолжительностью в несколько месяцев, что в сочетании с длительностью ежедневной процедуры (часы) вызывает ряд функциональных неудобств у пациентов. Реминерализация при этом достигается только в тонких поверхностных слоях эмали. Кроме того, анализ применяемых составов показал их небезопасность для здоровья человека, т.к. используются неорганические водорастворимые фториды типа фторидов олова, меди, никеля, палладия, бария и антимикробные средства - фенол и его производные. (RU №2179454, 2238078).
Другой способ повышения твердости и кариесрезистентности эмали зубов основан на воздействии на поверхность зубов лазерного излучения.
2
Известны методики непрерывного облучения эмали CO-лазером (Stern R.H., Vahl J., Sognnaes R.F. // J. Dent. Res. 1972, 51,455-460; Beeking P.-O., Herrmann C., Zuhrt R. // Dtsch. Stomatol. 1990, 40, 490-492) и импульсного облучения Nd:YAG-лазером (RU №2127137, 2275217; US №7354448). В этих способах микротвердость повышается за счет структурных кристаллографических эффектов и фазовых изменений в поверхностном слое эмали, которое, при непрерывном лазерном облучении, достигает глубины в 50 мкм. Преимущество импульсных лазеров перед непрерывными заключается в значительно более низких уровнях накопленной энергии. При этом импульсный лазер создает на поверхности зуба увеличение температуры более 1000°С, достаточное для сращивания и оплавления кристаллов эмали. Зона поверхностного оплавления составляет обычно около 5 мкм. Технология лазерной обработки непродолжительна во времени (как правило, не превышает 3-5 мин) и не требует многократного посещения врача. Недостатками непрерывного лазерного воздействия являются нежелательные побочные эффекты - перегрев пульпы, частичное разрыхление тканей, появление микротрещин эмали, усиливающиеся при увеличении мощности лазера, а также необходимость дополнительного подбора и введения хромофора, который определяет глубину проникновения лазерного пучка. Результатом воздействия высоких температур при импульсном лазерном облучении является карбонизация ткани (образование углерода) и, как следствие, потемнение эмали. Воздействие высокого давления Nd:YAG-лазерного света и ударной волны вызывают дополнительные механические напряжения в структуре зуба, ведут к образованию микротрещин и возможному разрушению зуба.
Известен также способ, основанный на искусственном выращивании защитного слоя на поверхности эмали зуба, так называемой «синтетической эмали» (Oliveira М., Mansur Н. // Mat. Res. 2007, 10, 115-118; Yamagishi K, Onuma K, et al. // Nature. 2005, 433, 819-819). Для успешного вживления в поверхность зуба необходимо, чтобы материал «синтетической эмали» обладал характерной структурой зубной эмали и, как следствие, свойствами, максимально приближенными к натуральной зубной эмали (механической прочностью, устойчивостью к воздействию химических агентов в полости рта). Как правило, синтезы включают стадию кристаллизации фторгидроксиапатита кальция из пасты, в состав композиции которой входят кальций-, фосфат-, фторидионы. Способ отличается высокой стоимостью, трудоемкостью и длительностью, как в плане подготовки исходной композиции, так в последующем выращивании кристаллов фторгидроксиапатита непосредственно на эмали зуба.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ (US №6951463), основанный на использовании композиции, содержащей порошок фотокаталитического диоксида титана с размером частиц от 0,001 до 0,5 мкм или продукт гидролитического разложения титансодержащих прекурсоров (тетраэтоксид титана, тетрабутоксид титана, тетра-н-пропоксид титана, тетраметоксид титана) и кремнийсодержащее связующее (тетраэтоксисилан) в водно-этанольной среде при различных соотношениях компонентов. Приготовленную композицию в виде пасты растворяют в этаноле, затем последовательно добавляют глицерин и полиоксиэтиленгликоль с молекулярными массами 400 и 4000. Полученную пасту наносят на пораженный участок зуба и экспонируют видимым светом, после чего избыток пасты полностью удаляется промыванием водой и высушивается. Использование данной композиции обеспечивает антибактериальный эффект, предотвращающий возникновение и развитие кариеса.
Недостатком данного способа является многостадийность приготовления рабочей композиции, необходимость использования кремнийсодержащих связующих. Кроме того, предлагаемый авторами фотокаталитический диоксид титана не является чувствительным к свету видимого диапазона спектра.
Целью заявляемого способа является повышение прочности эмали зуба за счет формирования покрытия диоксида титана, адгезионно активного по отношению к основному компоненту эмали - гидроксиапатиту кальция.
Поставленная цель достигается путем фотостимулированного гидролиза 0,5-2,5%-ных по массе растворов тетра-н-бутоксида титана в спиртовой среде.
Суть изобретения состоит в том, что фотостимулированный гидролиз тетра-н-бутоксида титана приводит к формированию оксида титана(IV). Гидролиз сопровождается фотосшивкой оксида титана(IV) с гидроксиапатитом эмали зуба с образованием прочных связей -Ca-O-Ti≡, что обеспечивает адгезионную прочность покрытия и предотвращает его отслоение. Обязательным условием образования оксида титана (IV) и сшивки его с поверхностью эмали является применение УФ света с длиной волны в диапазоне от 240 до 300 нм (Рослов И.И., Горбунова В.В., Бойцова Т.Б. Фотохимический метод осаждения серебра на модифицированную полибутоксититаном поверхность кварца. // Журнал общей химии. 2009. Т.79. Вып.4. С.547-552; Рослов И.И., Горбунова В.В., Бойцова Т.Б. Фотохимический метод осаждения частиц меди на модифицированную полибутоксититаном поверхность кварца. // Журнал общей химии. 2009. Т.79. Вып.12. С.1958-1964; Boitsova Т., Roslov I., Bartak D. Precipitation of gold nanoparticles on the quartz surface modified by titanium(IV) butoxide // Journal of Nanoparticle Research. 2010. V.12. N 4. P.1479-1488).
Достоинством предлагаемого способа является повышение микротвердости эмали зубов. Дополнительные преимущества способа заключаются в:
- безопасности выполнения процедуры формирования защитного покрытия оксида титана (IV) за счет выбора оптимальных параметров УФ экспонирования исходного соединения титана (IV) (интенсивность и энергия возбуждающего света, геометрия светового потока). Выбор оптимальных параметров позволяет исключить тепловую нагрузку, действующую на поверхность и внутренние ткани зуба, обеспечить равномерное формирование покрытия. Толщина покрытия по данным сканирующей микроскопии составляет 70-100 нм. Покрытие имеет слабовыраженный рельеф - диапазон изменения профиля по данным атомно-силовой микроскопии не превышает 50 нм; устойчиво к действию «пищевых» кислот (рН=1,5); устойчиво к истиранию; повышает микротвердость эмали зуба на 5-30% по сравнению с исходным образцом (оценка по методу Виккерса);
- отбеливании и придании блеска эмали зубов (коэффициент отражения до 0.95-1.00 в диапазоне 400-590 нм);
- антибактериальном действии, создаваемом собственной антимикробной способностью диоксида титана;
- простоте выполнения операций. Приготовление рабочей композиции не требует подготовительных стадий синтеза, основано на использовании продажных химических реактивов и может быть реализовано непосредственно в стоматологических кабинетах в присутствии пациента.
Для получения однородного, сплошного покрытия с хорошей адгезией к гидроксилапатиту эмали зуба концентрация тетра-н-бутоксида титана должна быть не менее 0,5% по массе. При содержании тетра-н-бутоксида титана более 2,5% по массе не удается получить оптически прозрачные в видимом диапазоне спектра пленки вследствие их значительной толщины и способности к растрескиванию.
Ниже приведены примеры конкретной реализации способа.
Пример 1
Предварительная подготовка зуба заключается в его обработке 3%-ным (здесь и далее по массе) раствором пероксида водорода, промывке водой и высушивании струей воздуха. На подготовленный участок поверхности зуба наносят состав, содержащий 0,5%-ный раствор тетра-н-бутоксида титана в пропаноле-1, осуществляют повторную сушку и экспонируют поверхность зубов УФ светом с длиной волны 254 нм мощностью 4 Вт в течение 3 мин. Экспонирование проводят при равномерном распределении светового потока по поверхности зуба.
2
Результаты рентгеноспектрального микроанализа образцов, масс.%, найдено: Ti - 36,78; О - 37,17; С - 26,05; вычислено TiO - 61%.
2
Результаты атомно-силовой микроскопии: диапазон изменения профиля покрытия на участке 1000×1000 нм - 50-100 нм.
Сравнительную оценку микротвердости обработанного и необработанного участков зуба производили по методу Виккерса при величине нагрузки на пирамиду в 200 г в течение 15 с. После чего зубы подвергалась чистке электрической зубной щеткой в течение 10 минут и тестировались повторно на микротвердость. Для получения достоверных данных выполнялось по десять измерений на каждом образце (Табл.).
Пример 2
На предварительно подготовленную поверхность зуба аналогично примеру 1 наносят состав, содержащий 1%-ный раствор тетра-н-бутоксида титана в пропаноле-2, осуществляют повторную сушку и экспонируют поверхность зубов УФ светом с длиной волны 254 нм мощностью 4 Вт в течение 2 мин.
2
Результаты рентгеноспектрального микроанализа образцов, масс.%, найдено: Ti - 57,14; О - 38,14; С - 4,72; вычислено TiO - 95%.
2
Результаты атомно-силовой микроскопии: диапазон изменения профиля покрытия на участке 1000×1000 нм - 30-50 нм.
Коэффициент отражения: 0.95-1.00 в диапазоне 400-590 нм
Оценка микротвердости зуба аналогична примеру 1.
Пример 3
Все операции аналогичны примеру 2, но в качестве раствора наносят состав, содержащий 2%-ный раствор тетра-н-бутоксида титана в пропаноле-2.
2
Результаты рентгеноспектрального микроанализа образцов, масс.%, найдено: Ti - 50,26; О - 37,96; С - 11,78; вычислено: TiO - 83%.
2
Результаты атомно-силовой микроскопии: диапазон изменения профиля покрытия на участке 1000×1000 нм - 20-100 нм.
Пример 4
Все операции аналогичны примеру 2, но в качестве раствора наносят состав, содержащий 2,5%-ный раствор тетра-н-бутоксида титана в пропаноле-2.
2
Результаты рентгеноспектрального микроанализа образцов, масс.%, найдено: Ti - 38,05; О - 25,47; С - 36,48; вычислено: TiO - 63%.
2
Результаты атомно-силовой микроскопии: диапазон изменения профиля покрытия на участке 1000×1000 нм - 50-100 нм.
Пример 5
На предварительно подготовленную поверхность зуба аналогично примеру 1 наносят состав, содержащий 2%-ный раствор тетра-н-бутоксид титана в абсолютном этаноле, осуществляют повторную сушку и экспонируют поверхность зубов УФ светом с длиной волны 254 нм мощностью 4 Вт в течение 2 мин.
2
Результаты рентгеноспектрального микроанализа образцов, масс.%, найдено: Ti - 48,75; О - 37,45; С - 13,80; вычислено TiO - 81%.
2
Результаты атомно-силовой микроскопии: диапазон изменения профиля покрытия на участке 1000×1000 нм - 50-100 нм.
Оценка микротвердости зуба аналогична примеру 1.
Результаты оценки микротвердости участков зуба
Пример №
Без покрытия
С покрытием
Степень изменения, %
После чистки
Степень изменения, %
1
430,7
435,7
+1,2
452,7
+5,1
2
342,0
440,2
+23,0
420,2
+28,0
3
397,5
439,1
+10,5
486,5
+22,4
4
391,7
423,3
+8,1
441,3
+12,7
5
435,0
477,7
+9.8
492.3
+13,2