Введение

На сегодняшний день наряду с традиционными методами изготовления временных зубных протезов (лабораторным с применением пластмассы холодной полимеризации и клинического способа с использованием силиконового ключа и композитного материала) [Лебеденко и др., 2022] широкое применение в клинической практике получили цифровые методы изготовления протезов с помощью 3D-принтеров и фрезерно-шлифовальных станков [Ряховский, 2010; Стоматов и др., 2020; Firlej et al., 2021; Alam et al., 2022; Marțu et al., 2022; Ellakany et al., 2023; Sayed et al., 2024].

Важными характеристиками материалов для изготовления временных ортопедических конструкций являются водопоглощение и растворимость, которые обуславливают изменение свойств материала при его контакте со слюной (твердость и сопротивление изгибу).  Полимерная матрица способна к абсорбции воды, причем степень водопоглощения определяется качеством связи между полимером и наполнителем. При поглощении влаги постепенно происходит набухание материала, увеличение его объема, потеря механических и диэлектрических свойств вследствие разрушения межмолекулярных и химических связей [Васильева и др., 2022; Imirzaliogly et al., 2010; Labban et al., 2021; Jain et al., 2022; Pantea et al., 2022; Shishehian et al., 2023; Öztürk, Harorli, 2024; Imai et al., 2024].

В настоящее время научных публикаций, посвященных изучению водопоглощения и растворимости полимерных материалов, применяемых для изготовления временных несъемных зубных протезов традиционным и цифровым методом, недостаточно [Rayyan et al., 2015; Shin et al., 2020], что обуславливает необходимость дальнейших исследований в этом направлении.

Цель исследования – провести сравнительную характеристику свойств полимерных материалов (водопоглощение и растворимость), применяемых для изготовления временных несъемных зубных протезов традиционным и цифровым методом.

Объекты и методы исследования

Для проведения исследования изготовили экспериментальные образцы из самотвердеющей пластмассы холодной полимеризации на основе полиметилметакрилата Re-Fine Bright (Yamahachi Dental, Япония), бисакрилового композитного материала химического отверждения Protemp 4 (3М ESPE, США), композитных блоков из акрилатполимера для фрезерных станков CAD/CAM систем Vita CAD-Temp (VITA, Германия) и фотополимерной смолы для изготовления провизорных конструкций с помощью 3D-принтера NextDent C&B MFH (NextDent, Голландия) в количестве 5 экземпляров для каждого материала. Каждый образец имел диаметр 20 ± 1 мм и толщину 0,5 ± 0,1 мм с плоскими верхней и нижней торцевыми поверхностями.

Исследование проводили в соответствии с ГОСТом 56924-2016 «Материалы полимерные восстановительные» [ГОСТ 56924-2016, 2016].  Первым этапом помещали образцы пластмассы на 22 часа в специальный стеклянный сосуд с постоянной температурой 37 ± 2 °С и нулевой влажностью воздуха (эксикатор). Затем образцы помещали в другой эксикатор с температурой 23 ± 1 °С на 2 часа, после чего взвешивали их (точность взвешивания до 0,1 мг). Цикл медленного высушивания при комнатной температуре повторялся до тех пор, пока не была достигнута постоянная масса образцов материалов М₁ с уменьшением массы не более, чем на 0,1 мг за сутки. Затем дважды измеряли диаметры образцов под прямым углом друг к другу (точность измерений составляла 0,01 мм) и вычисляли средний диаметр каждого изучаемого образца пластмассы. После этого проводили измерение толщины опытных образцов материалов в центре и в четырех точках, равноудаленных от центра по окружности, и рассчитывали площадь, исходя из средних значений диаметра и толщины.  Для оценки свойств образцов также рассчитывали их объем V, мм³.

На втором этапе погружали образцы в воду при температуре (37 ± 1) °С на 7 суток, располагая их вертикально и отделяя друг от друга на расстояние не менее 3 мм. Через 7 дней доставали образцы, промывали водой, промокали поверхности образцов от воды, чтобы поверхность была без видимой влаги, в течение 15 сек. встряхивали на воздухе и затем взвешивали через 1 мин. после удаления из воды. Обозначали эту массу как М₂. После взвешивания проводили вторичное высушивание образцов в эксикаторе до постоянной массы и обозначали полученные данные М₃.

Для каждого образца значение водопоглощения W_В (мкг/мм³) определяли по следующей формуле:

где М₂ – масса образца после нахождения в воде в течение 7 суток, мкг;

М₃ – постоянная масса образца после повторного высушивания, мкг;

V– объем образца, мм³.

Водопоглощение конструкционных материалов для стоматологии в соответствии ГОСТом не должно превышать 40 мкг/мм³ [ГОСТ 56924-2016, 2016].

Затем для каждого образца определяли массу растворимого вещества на единицу объема Wp, мкг/мм³ по формуле:

где М₁ – постоянная масса перед погружением в воду, мкг.

Растворимость стоматологических восстановительных материалов по ГОСТу не должна превышать 7,5 мкг/мм³ [ГОСТ 56924-2016, 2016].

Полученные в ходе эксперимента данные заносили в таблицы и проводили статистический анализ в программной среде R с помощью критериев H-критерия Краскела – Уоллиса и Манна – Уитни.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты проведенного исследования по изучению водопоглощения и растворимости полимерных материалов, которые используются для изготовления временных несъемных зубных протезов аналоговым и цифровым методами, представлены в таблице 1 и на рисунке 1.

Таблица 1
Table 1

Описательные статистики распределения значений величин водопоглощения и растворимости полимерных материалов, применяемых для изготовления временных несъемных зубных протезов (n – количество образцов)
Descriptive statistics on the distribution of water absorption and solubility values of polymer materials used for the manufacture of provisional fixed dentures (n is the number of samples)

Рис. 1. Коробчатые графики распределения значений водопоглощения и растворимости полимерных материалов, применяемых для изготовления временных несъемных зубных протезов

Fig. 1. Box-shaped graphs of the distribution of water absorption and solubility values of polymer materials used for the manufacture of provisional fixed dentures

На основании полученных данных можно сделать заключение о том, что для самотвердеющей пластмассы холодной полимеризации на основе полиметилметакрилата Re-Fine Bright среднее значение водопоглощения составляет 14,94 ± 0,2748 мкг/мм³, а растворимости – 0,56 ± 0,1949 мкг/мм³. Для бисакрилового композитного материала химического отверждения Protemp 4 среднее значение водопоглощения составляет 9,259 ± 0,1719 мкг/мм³, растворимости – 0,46 ± 0,1673 мкг/мм³. Для композитных блоков из акрилатполимера для CAD/CAM систем Vita CAD-Temp среднее значение водопоглощения составляет 9,649 ± 0,2305 мкг/мм³, растворимости – 0,36 ± 0,1517 мкг/мм³. Для фотополимерной смолы для изготовления провизорных конструкций с помощью 3D-принтера NextDent C&B MFH среднее значение водопоглощения составляет 21,69 ± 0,1259 мкг/мм³, растворимости – 0,4 ± 0,2121 мкг/мм³. Эти данные свидетельствуют о том, что у всех материалов для изготовления провизорных конструкций, из которых были изготовлены образцы, показатели водопоглощения и растворимости находятся в пределах допустимой ГОСТом нормы.

В таблице 2 приведены значения критерия H-критерия Краскела – Уоллиса и соответствующие ему уровни значимости p для каждого признака для попарного сравнения групп.

Таблица 2
Table 2

Результаты сравнения полимерных материалов, применяемых для изготовления временных несъемных зубных протезов, по критериям водопоглощения и растворимости

The results of the comparison of polymer materials used for the manufacture of provisional fixed dentures according to criteria of water absorption and solubility

Из данных, приведенных в таблице 2, видно, что по признаку «Растворимость» группы исследуемых материалов неразличимы, а по признаку «Водопоглощение» – различимы с уровнем значимости p < 0,01.

Для определения уровней различия материалов по критерию «Водопоглощение» было проведено попарное сравнение всех групп с помощью статистического анализа с применением критерия Манна – Уитни. При расчете критического уровня значимости была введена поправка Бонферрони для учета множественных сравнений: 0,0083 = 0,05 / 6, где 0,05 – общепринятое значение критического уровня значимости для одинарного сравнения в медико-биологических исследованиях, а 6 – количество сравнений. Таким образом, в данном исследовании нулевая гипотеза была отвергнута на уровне статистической значимости p < 0,0083. В таблице 3 приведены значения критерия Манна – Уитни и соответствующие ему уровни значимости p для попарного сравнения групп.

Таблица 3
Table 3

Результаты попарного сравнения полимерных материалов, применяемых для изготовления временных несъемных зубных протезов, по критерию «Водопоглощение»
The results of a pairwise comparison of polymer materials used for the manufacture of provisional fixed dentures according to the criterion of «Water absorption»

Из таблиц 1 и 3 видно, что наибольшим значением водопоглощения обладали образцы, изготовленные из фотополимерной смолы для изготовления провизорных конструкций с помощью 3D-принтера NextDent C&B MFH (медиана выборки больше медианы групп «Protemp 4» на 61,1 %, «ReFine Bright» – на 37,7 %, «Vita CAD-Temp» – на 51,8 %). Статистических различий по критерию «Водопоглощение» между композитным акрилатполимером для CAD/CAM систем Vita CAD-Temp и самотвердеющей пластмассой холодной полимеризации на основе полиметилметакрилата Re-Fine Bright и композитным материалом химического отверждения Protemp 4 выявлено не было (данные группы неразличимы с уровнем значимости p < 0,0083). Показатели водопоглощения для композитного материала Protemp 4 оказались существенно ниже в сравнении с пластмассой холодной полимеризацией ReFine Bright (медианы выборок отличаются на 37,4 %).

В плане полученных результатов представляют интерес исследования других авторов, занимающихся изучением данной проблемы. В частности, Шин [Shin et al., 2020] в своем исследовании по изучению физико-химических свойств трех видов CAD/CAM блоков и двух видов смол для 3D-печати, применяемых для изготовления временных зубных протезов, пришли к выводу, что материалы для фрезерно-шлифовальных станков обладают лучшими показателями водопоглощения и растворимости в сравнении с фотополимерными смолами для 3D-принтеров, что согласуется с полученными нами данными.

Заключение

Мы пришли к выводу, что группы исследуемых материалов неразличимы по признаку «Растворимость» и различимы по признаку «Водопоглощение» с уровнем значимости p < 0,01. Статистических различий по критерию «Водопоглощение» между материалом Vita CAD-Temp, пластмассой Re-Fine Bright и материалом Protemp 4 выявлено не было. Показатели водопоглощения для Protemp 4 оказались существенно ниже в сравнении с пластмассой ReFine Bright (медианы выборок отличаются на 37,4 %, p < 0,0083). Наибольшим значением водопоглощения обладали образцы, изготовленные из фотополимерной смолы для 3D-принтера NextDent C&B MFH (медиана выборки больше медианы групп «Protemp 4» на 61,1 %, «ReFine Bright» на 37,7 %, «Vita CAD-Temp» на 51,8 %, p < 0,0083).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что степень водопоглощения и растворимости композитного акрилатполимерного материала Vita CAD-Temp, применяемого для цифрового способа изготовления временных реставраций, сопоставима со степенью водопоглощения и растворимости материалов, используемых для традиционных способов изготовления (лабораторного и клинического). Следовательно, временные несъемные конструкции (одиночные коронки и мостовидные протезы), полученные цифровым методом фрезерования, обладают стабильными свойствами и могут использоваться в клинической практике наряду с полимерными материалами для традиционных методов изготовления долгосрочных временных реставраций.

Фотополимерная смола для 3D-принтера NextDent C&B MFH обладает худшими показателями водопоглощения в сравнении с материалами для изготовления провизорных протезов традиционными способами и цифровым методом с применением фрезерно-шлифовального станка. Следовательно, данный материал обладает меньшей прочностью и износостойкостью.