Имплант титановый. Цилиндрические, конусные и пластиночные импланты
Александр Модестов зубной техник – мастер, демонстратор фирм Дентаурум и Еспридент, Германия
В настоящее время титан занял свое достойное место в ряду современных материалов.
У этого материала интересная история, принесшая за собой много открытий, которым он обязан своему сегодняшнему успеху, достигнутому в очень короткое время. Сегодня титан успешно применяется в автомобиле- и авиастроении, в космических кораблях и судостроении, везде, где необходима эффективная защита от коррозии и конечно в медицине.
При росте аллергических реакций на различные металлы и сплавы металлов применяемых в медицине и стоматологии титан рассматривается как решающая альтернатива.
Благодаря замечательной биосовместимости и невероятной стабильности титана, этот металл обратил на себя внимание ортопедии. Сегодня из титана изготавливаются тазобедренные и коленные протезы, различные иглы и винты. Также корпуса для сердечных стимуляторов и слуховых аппаратов тоже из титана.
Высокая биосовместимость обусловлена способностью титана в доли секунды образовывать на своей поверхнрсти защитный оксидный слой. Благодаря которому он не корродирует и не отдаёт свободные ионы металла, которые способны вокруг имплантата или протеза вызывать патологические процессы. На сегодняшний день титан даёт нам возможность использования только одного металла в полости рта. Мы можем изготовить практически любые конструкции. Не происходит ни каких электрохимических реакций между различными частями протезов, а окружающие протез ткани остаются свободными от ионов металла.
Вкладки и накладки, цельнолитые и облицованные коронки и мосты, бюгельные протезы и цельнолитые базисы полных съёмных протезов, комбинированные протезы и протезирование на имплантатах (включая сами имплантаты) – вот спектр применения титана, о котором не мечтали и самые большие оптимисты.
Влияние титана на современную стоматологию так всеобъемлюще, что даже скептически настроенные коллеги справедливо отдают должное его особенностям, внимательно следя за его развитием, особенно в современной имплантологии. Поэтому мы сегодня посвящаем эту статью вопросам литья титана и его обработки в условиях зуботехнической лаборатории.
| Рис. 1 |
 |
| Рис. 2 |
 |
| Рис. 3 |
 |
| Рис. 4 |
 |
| Рис. 5 |
| Рис. 6 |
 |
| Рис. 7 |
 |
| Рис. 8 |
 |
| Рис. 9 |
 |
| Рис. 10 |
 |
| Рис. 11 |
В медицине первые опыты по применению титана начались в 40-х годах со вживления в мягкие ткани животных цилиндриков из титана, которое протекало без реакции со стороны организма.
В стоматологии применение титана началось с использования этого металла в своих исследовательских работах профессором Бренемарком в 1956 году.
Пока титан утверждал себя в зубной импланталогии, росло параллельно желание использовать этот металл так же и в индивидуальном протезировании.
Первые эксперименты литья титана в зуботехнической области были произведены доктором Ватерстраатом в 1977 году.
Тепловое преобразование формы титана в зуботехнических целях стало возможным с применением литейной установки для литья титана японской фирмы Охара с 1981 года.
Методы холодной обработки титана – например фрезерная обработка - изготовление имплантатов или фрезерование каркасов коронок или мостовидных протезов путем так называемых САD/CAM технологий, не влечет за собой особых сложностей. Проблемы присутствуют в так называемом горячем изменении формы металла, т.е. в литье. Нам интересен этот процесс в первую очередь не очень высокой себестоимостью, по отношению к ещё развивающимся CAD/CAM технологиям, а во – вторых, как единственный на сегодняшний день способ изготовления каркасов бюгельных протезов.
Литьё титана
Как мы уже отметили высокая реакционная способность титана, высокая точка плавления требуют, низкая плотность требуют специальную литейную установку и паковочную массу. В данное время на рынке известны три системы, которые считаются лучшими, для литья титана. Это система Рематитан фирмы Дентаурум (Германия), система Биотан фирмы Шутц-дентал (Германия) и система японской фирмы Морита. Сегодня мы подробно познакомимся с Рематитан – литейной системой. Во-первых потому, что на наш взгляд это лучшая система, которая позволяет добиться литья очень высокого и стабильного качества, во вторых мы имеем уже 4,5 летний опыт работы.
Что подразумевается под системой для литья титана?
В первую очередь это литейная установка Рематитан- Аутокаст или Аутокаст – Универсал.
Литейные установки Аутокаст основаны на принципе плавки титана в защитной среде аргона на медном тигле посредством вольтовой дуги, точно также в ромышленности сплавляют титановую губку для получения чистого титана. Заливка металла в кювету происходит при помощи вакуума в литейной камере и повышенного давления аргона в плавильной- во время опрокидывания тигля.
Внешний вид и принцип, как функционирует установка, показан на рис. 1 и 2.
В начале процесса обе камеры плавильная (в верху) и литейная (в низу) промываются аргоном, затем из обеих камер эвакуируется смесь воздуха и аргона, после чего плавильная камера заполняется аргоном а в литейной образуется вакуум. Включается вольтовая дуга и начинается процесс плавления титана. После прохождения определенного времени резко опрокидывается плавильный тигель и металл всасывается в находящуюся в вакууме форму, собственный вес а также повышающееся давление аргона на этот момент также способствуют его загонке. Этот принцип даёт возможность получать хорошие, плотные отливки из чистого титана.
Следующим компонентом литейной системы является паковочная масса.
Так как в расплавленном состоянии реакционная способность титана очень высока, то он требует специальных паковочных масс, которые изготавливаются на основе оксидов алюминия и магнезии, которые в свою очередь позволяют снизить реакционный слой титана до минимума. Дентаурум предлагает несколько таких масс, например Рематитан Плюс – паковочная масса для отливки бюгельных протезов, паковочные массы Рематитан Ультра и Тринелл для отливки коронок и мостов (Рис. 3, 4). Тринелл к примеру это новое покаление паковочных масс для титана. Первая в мире скоростная паковочная масса для титана, которая позволяет значительно экономить время и дает очень чистую поверхность металла, практически без реакционного слоя.
Титан – литейный металл
Тритан 1 и Рематитан М. Химическая чистота минимум 99,5%. Тритан 1 – это титан град 1, пригоден для всех видов работ, очень низкое содержание кислорода в металле. Рематитан М – по прочности относится к титану град 4, значительно повышеный предел прочности и эластичность, делают возможным применение в кламмерных бюгельных протезах и для мостовидных работ большой протяженности.
Что нужно знать при работе с титаном?
Особенности моделирования
Изготавливаемый для облицовки керамикой каркас должен иметь уменьшенную анатомическую форму зуба. Внутренняя поддержка керамики каркасом очень важна, кроме того для благоприятного теплообмена между керамикой и металлом во время обжига обязательно наличие или охладительных ребрышек (Рис. 5) или гирлянды. На мостовидных протезах большой протяженности наличие гирлянды обязательно также в целях упрочнения каркаса. Толщина колпачков должна быть не ниже 0,4–0,5 мм. Каркасы бюгельных протезов моделируются также несколько толше, по отношению к каркасам из хром-кобальтовых сплавов.
Штифтование
Правильное штифтование (установка литников и создание литниковой системы), также как и правильное расположение в кювете играет огромную роль и производится строго по правилам предложенным фирмой производителем литейных установок. Фирма Дентаурум предлагает следующие требования к литейной системе Рематитан. Для коронок и мостов использование только специального литьевого конуса, который позволяет оптимально направлять металл к отливаемому объекту. Высота входного литникового канала от конуса до питающей балки 10 мм при его диаметре 4–5 мм. Диаметр питающей балки 4 мм.
Подводные литниковае каналы к отливаемому объекту диаметром 3 мм и высотой также не более 3 мм. Очень важно: подводные каналы не должны располагаться напротив входного литникового канала (Рис. 6 и 7), в противном случае очень высока возможность возникновения газовых пор. Все соединения должны быть очень гладкими, без острых углов и т.д. чтобы максимально снизить возникающую во время заливки металла турбулентность которая приводит к образованию газовых пор. Литниковая система для бюгельных протезов, а особенно для цельнолитых базисов полных съёмных протезов также отлична, от литниковых систем которые мы применяем для отливки бюгельных протезов из хром-кобальтовых сплавов.
Во всех трёх упомянутых выше литейных установках двух камерный принцип, титан плавится в плавильной камере в среде аргона, на медном тигле при помощи вольтовой дуги, и посредством вакуума или давления аргона загоняется в форму. Отличительными являются способ загонки металла и система штифтования, которые и влияют на количество ошибок во время литья.
Альфа-слой
Посредством реакции и диффузии газообразных и твёрдых элементов (кислород, углерод, силициум и др.) из атмосферы плавильной камеры и паковочной массы, происходит образование реакционной зоны и более твердой поверхности титана. Это изменение твердости зависит от веществ, из которых изготовленна паковочная масса и обусловленных реакций с жидким титаном.
Поверхностный слой или альфированный слой настолько хрупкий и загрязнённый, что во время предварительной обработки титана, особенно под облицовку керамикой, должен быть полностью удален.
Изменение кристаллической структуры
Для зуботехнического применения переход титана при температуре 882,5 °С из одного кристолического состояния в другое имеет очень большое значение. Титан переходит при этой температуре из альфа-титана с гексагональной кристалической решеткой в ветта-титан с кубической. Что влечет за собой, не только изменение его физических параметров, но и увеличение на 17% его оъёма.
Поэтой причине также необходимо использование специальных керамик, температура обжига которых должна находиться ниже 880 °С.
Пассивный слой
У титана очень сильное стремление при комнатной температуре с кислородом воздуха образовывать мгновенно тонкий защитный оксидный слой, коорый защищает его в дальнейшем от коррозии и обуславливает хорошую переносимость титана организмом.
Пассивный слой имеет способность самостоятельно регенерироваться.
Этот слой, на различных этапах работы с титаном, должен гарантироваться.
После пескоструйной обработки, перед чисткой каркаса паром, необходимо оставить каркас минимум 5 мин. пассивироваться. Только что отполированный протез должен пассивироваться не менее 10–15 минут, в противном случае нет гарантии хорошего блеска готовой работы.
Требования к обработке, соответствующие материаллу
Физические свойства, фазы оксидации и изменение кристаллической решетки должны учитываться при обработке титана.
Правильная обработка может успешно производиться только специальными фрезами для титана, со специальной крестообразной насечкой (Рис. 10). Уменьшенный угол рабочей поверхности которых дает возможность оптимально снимать достаточно мягкий металл, с одновременно хорошим охлаждением имнструмента. Обработка титана должна производится без сильного давления на инструмент.
При неправильном инструменте, или сильном нажиме возможны локальные перегревы металла, сопровождаемые сильным образованием оксида и изменением кристаллической решетки. Визуально на обрабатываемом объекте происходит изменение цвета и слегка грубеет поверхность. В этих местах не бутет необходимого сцепления с керамикой (возможность появления трещин и сколов), если это не облицовываемые участки, то дальнейшая обработка и полировка будет также не соответствовать предъявляемым требованиям.
Фрезы для титана должны храниться отдельно от других инструментов. Они должны регулярно очищаться пароструйным аппаратом и щеточками из стекловолокна от остатков титана.
Использование при обработке титана различных карборундовых дисков и камней, или алмазных головок сильно загрязняет поверхность титана, что приводит в дальнейшем также к трещинам и сколам в керамике. Поэтому использование вышеперечисленных инструментов пригодно только для обработки например каркасов бюгельных протезов, а использование алмазных головок следует полностью исключить. Шлифовка и дальнейшая полировка открытых участков титана возможна только при помощи адаптированных для титана шлифовальных резинок и полировочных паст. Многие фирмы, занимающиеся производством вращающихся инструментов, выпускают на данный момент достаточный ассортимент фрез и шлифовальных резинок для титана.
Я, например, в своей повседневной работе использую обрабатывающие инструменты фирмы Дентаурум (Рис.11).
Подходящие для титана параметры обработки:
– Низкая скорость вращении наконечника – макс. 15 000 об/мин.
– Низкое давление на инструмент
– Периодическая обработка.
– Обработка каркаса только в одном направлении.
– Избегать острых углов и напусков металла.
– При шлифовке и полировке использовать только подходящие шлифовальные резинки и полировочные пасты.
– Периодическая чистка фрез пароструйным аппаратом и кисточкой из стекловолокна.
Пескоструйная обработка титана
Пескоструйная обработка перед нанесением бондингового слоя при керамическом покрытии также как и при облицовке композитными материалами должна соответствовать следующим требованиям:
– Чистый, только одноразовый оксидалюминия.
– Максимальная величина зерна песка 150 µm, оптимально 110–125 µm.
– Максимальное давление из карандаша 2 бара.
– Направление потока песка под прямым углом к поверхности.
После обработки необходимо оставить обработанный объект на 5–10 мин. пассивироваться, после чего произвести чистку поверхности паром.
Оксидный обжиг или похожие процедуры при работе с титаном полностью исключаются. Использование кислот или травление также полностью исключено.
Во второй части нашей статьи, котрая выйдет в одном из ближайших номеров, мы рассмотрим аспекты титан - керамических облицовок, облицовок композитными материалами, возможности изготовления кламмерных и комбинированных бюгельных протезов из титана.
Важная информация:
· Титан это не сплав – это чистый химический элемент, металл;
· Порядковый номер в переодической системе 22;
· Титан обладает способностью, находясь в организме, долгое время оставаться инертным;
· В зубопротезной технике используется чистый титан в четырёх градациях (от Т1 до Т4);
· Твёрдость, в зависимости от градации, от 140 до 250 ед.,
· КТР 9,6 х 10 (–6) К (–1) ;
Для керамических облицовок требуется специальная керамика;
· Точка плавления 1 668 °С, высокая реакционная способность;
Использование специальных литейных установок и паковочных масс;
· Плотность 4,51 г/см 3 ;
Примерно в четыре раза меньшая плотность, а значит и вес, по отношению к золоту, дает пациентам повышенный комфорт во время пользования зубными протезами;
Кобальт-хромовые сплавы
Со — Сг сплавы впервые в стоматологической практике начали использоваться в 30-х годах, и с этого времени они успешно заменяют золотосодержащие сплавы IV типа при изготовлении каркасов частичных зубных протезов, прежде всего благодаря их относительно низкой стоимости, что является существенным фактором при изготовлении таких больших отливок.
Состав
Сплав содержит кобальт (55 - 65%) и хром (до 30%). Другие основные легирующие элементы - молибден (4 - 5%) и реже титан (5%) (Таблица 3.3.6). Кобальт и хром формируют твердый раствор с содержанием хрома до 30%, что является пределом растворимости хрома в кобальте; избыток хрома образует вторую хрупкую фазу.
В целом, чем выше содержание хрома, тем устойчивее сплав к коррозии. Поэтому производители стараются максимально увеличить количество хрома, не допуская образования второй хрупкой фазы. Молибден вводят для образования мелкозернистой структуры материала путем создания большего количества центров кристаллизации во время процесса затвердевания. Это имеет дополнительное преимущество, так как молибден вместе с железом дают существенное упрочнение твердого раствора. Тем не менее, зерна имеют довольно большие размеры, хотя их границы очень трудно определить из-за грубой дендритной структуры сплава.
Углерод, присутствующий только в небольших количествах, является чрезвычайно важным компонентом сплава, поскольку незначительные изменения в его количественном содержании могут существенно изменить прочность, твердость и пластичность сплава. Углерод может сочетаться с любым другим легирующим элементом с образованием карбидов. Тонкий слой карбидов в структуре может значительно повысить прочность и твердость сплава. Однако, слишком большое количество карбидов может привести к чрезмерной хрупкости сплава. Это представляет проблему для зубного техника, которому необходимо гарантировать, что во время плавки и литья сплав не абсорбировал излишнее количество углерода. Распределение карбидов также зависит от температуры литья и степени охлаждения, т.к. единичные кристаллы карбидов по границам зерен лучше, чем их сплошной слой вокруг зерна.
Свойства
Для зубного техника работа с этими сплавами труднее, чем с золотосодержащими сплавами, поскольку перед литьем, их нужно нагреть до очень высоких температур. Температура литья этих сплавов в пределах 1500-1550°С, а связанная с ней литейная усадка равна примерно 2%.
Эту проблему в основном решили с появлением оборудования для индукционного литья и огнеупорных формовочных материалов на фосфатной основе.
Точность отливки страдает при таких высоких температурах, что значительно ограничивает использование этих сплавов, в основном для изготовления частичных зубных протезов.
Эти сплавы трудно полировать обычным механическим способом из-за их высокой твердости. Для внутренних поверхностей протезов, непосредственно прилегающих к тканям полости рта, применяется метод электролитической полировки, чтобы не снизить качество прилегания протеза, но внешние поверхности приходится полировать механическим способом. Преимущество такого способа в том, что чисто отполированная поверхность сохраняется более длительное время, что является существенным достоинством для съемных зубных протезов.
Недостаток пластичности, усугубляемый включениями углерода, представляет собой особую проблему, и в частности потому, что эти сплавы склонны к образованию пор при литье. При сочетании эти недостатки могут приводить к поломкам кламмеров съемных протезов.
Тем не менее, существует несколько свойств этих сплавов, которые делают их почти идеальными для изготовления каркасов частичных зубных протезов. Модуль упругости Со - Сг сплава обычно равен 250 ГПа, в то время как для сплавов, рассмотренных ра нее, этот показатель находится в диапазоне 70 - 100 ГПа. Такой высокий модуль упругости имеет преимущество в том, что протез, и особенно плечи кламмера, могут быть изготовлены с более тонким поперечным сечением, сохраняя при этом необходимую жесткость.
Сочетание такого высокого показателя модуля упругости с плотностью, которая приблизительно вполовину ниже, чем у золотосодержащих сплавов, значительно облегчают вес отливок. Это, несомненно, большое преимущество для комфортности пациента. Добавление хрома обеспечивает получение коррозионностойких сплавов, которые применяют для изготовления многих имплантатов, включая бедренные и коленные суставы. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что эти сплавы обладают высокой степенью биосовместимости.
Некоторые сплавы также содержат никель, который добавляют производители при получении сплава ш усиления вязкости и снижения твердости. Однако никель известный аллерген, и его применение может вызывать аллергические реакции слизистой полости рта.
Титановые сплавы
Интерес к титану с точки зрения использования его при изготовлении съемных и несъемных зубных протезов появился одновременно с внедрением титано
Вых стоматологических имплантатов. Титан обладает целым рядом уникальных свойств, в том числе высокой прочностью при низкой плотности и биосовместимостью. Кроме того, предполагали, что, если для изготовления коронок и мостовидных протезов, опирающихся на титановые имплантаты, использовать другой металл, а не титан, это может привести к гальваническому эффекту.
Открытие элемента титана связывают с именем Reverend William Gregor в 1790, но первый образец чистого титана был получен лишь в 1910 году. Чистый титан получают из титановой руды (например, рутила) в присутствии углерода или хлора. Полученный в результате нагревания TiCl4 восстанавливается расплавленным натрием с образованием титановой губки, которая затем плавится в условиях вакуума или в среде аргона для получения заготовки (слитка) металла.
Состав
В клиническом аспекте наибольший интерес представляют две формы титана. Это технически чистая форма титана и сплав титана - 6% алюминий - 4% ванадий.
Технически чистый титан
Титан - металл, склонный к аллотропическим или полиморфным превращениям, с гексагональной плотноупакованной структурой (а) при низких температурах и структурой ОЦК (Р) при температуре выше 882С. Чистый титан фактически является сплавом титана с кислородом (до 0,5%). Кислород находится в растворе, так что металл является единственной кристаллической фазой. Такие элементы, как кислород, азот и углерод обладают большей растворимостью в гексагональной плотноупакованной структуре а-фазы, чем в кубической структуре 3-фазы. Эти элементы формируют промежуточные твердые растворы с титаном и способствуют стабилизации а-фазы. Такие элементы, как молибден, ниобий и ванадий, выступают в качестве Р-стабилизаторов.
Сплав титан - 6% алюминий - 4% ванадий
При добавлении к титану алюминия и ванадия в небольших количествах, прочность сплава становится выше, чем у чистого титана Ti. Считается, что алюминий является а-стабилизатором, а ванадий выступает в качестве В-стабилизатора. Когда их добавляют к титану, температура, при которой происходит переход гх-Р, понижается настолько, что обе и формы могут существовать при комнатной температуре. Таким образом, Ti - 6% Al - 4% V имеет двухфазную структуру а- и 3-зерен.
Свойства
Чистый титан это белый блестящий металл, который обладает низкой плотностью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Он пластичный и является легирующим элементом для многих других металлов. Сплавы титана широко применяются в авиационной промышленности и в военной области благодаря высокой прочности на разрыв (-500 МПа) и способности выдерживать воздействие высоких температур. Модуль упругости чистого титана тех.ч.Т равен ПО ГПа, т.е. вдвое ниже модуля упругости нержавеющей стали и кобальт-хромового сплава.
Свойства при растяжении чистого титана Tex.4.Ti в значительной степени зависят от содержания кислорода, и хотя предел прочности при растяжении, показатель постоянной деформации и твердость увеличиваются с повышением концентрации кислорода, все это происходит за счет снижения пластичности металла.
Путем легирования титана алюминием и ванадием возможно получение широкого спектра механических свойств сплава, превосходящих свойства технически чистого титана тех.ч.Тг Такие сплавы титана являются смесью а- и Р-фаз, где ос-фаза относительно мягкая и пластичная, а Р-фаза жестче и тверже, хотя и обладает некоторой пластичностью. Таким образом, меняя относительные пропорции фаз можно получить большое разнообразие механических свойств.
Для сплава Ti - 6% Al -4% V можно добиться более высокой прочности при растяжении (-1030 МПа), чем для чистого титана, что расширяет область применения сплава, в том числе при воздействии больших нагрузок, например, при изготовлении частичных зубных протезов.
Важным свойством титановых сплавов является их усталостная прочность. Как чистый титан тех.ч.Т1, так и сплав Ti - 6% Al - 4%V имеют четко определенный предел усталости с кривой S - N (напряжение - число циклов), выравнивающейся после 10 - 10 циклов знакопеременного напряжения, величина которого устанавливается на 40-50% ниже предела прочности на растяжение. Таким образом, тех. ч. Ti не следует применять в случаях, где требуется усталостная прочность выше 175 МПа. Наоборот, для сплава Ti - 6% Al - 4% V этот показатель составляет примерно 450 МПа.
Как известно, коррозия металла является основной причиной разрушения протеза, а также возникновения аллергических реакций у пациентов под воздействием выделяющихся токсичных компонентов. Титан стал широко использоваться именно потому, что это один из самых устойчивых к коррозии металлов. В полной мере эти качества можно отнести и к его сплавам. Титан обладает высокой реакционной способностью, что является в данном случае его сильной стороной, поскольку оксид, образующийся на поверхности (ТЮ2), чрезвычайно стабилен, и он оказывает пассивирующий эффект на весь остальной металл. Высокая устойчивость титана к коррозии в биологической области применения хорошо изучена и подтверждена многими исследованиями.
Литье титановых сплавов представляет серьезную технологическую проблему. Титан имеет высокую температуру плавления (~1670°С), что затрудняет компенсацию усадки отливки при охлаждении. В связи с высокой реакционной способностью металла, литье необходимо выполнять в условиях вакуума или в инертной среде, что требует использования специального оборудования. Другая проблема заключается в том в том, что расплав имеет тенденцию вступать в реакцию с литейной формой из огнеупорного формовочного материала, образуя слой окалины на поверхности отливки, что снижает качество прилегания протеза. При конструировании протезов, опирающихся на имплантаты (супраструктуры) следует выдерживать очень жесткий допуск для получения хорошего прилегания к имплантату. В противном случае можно нарушить ретенцию имплантата в кости. В титановых отливках также часто можно наблюдать внутреннюю пористость. Поэтому используются и другие технологии для изготовления зубных протезов из титана, например, такие как CAD/САМ-технологии в сочетании с прокаткой и методом искровой эрозии.
Некоторые свойства сплавов неблагородных металлов, рассмотренных выше, представлены в Таблице 3.3.7.
Выводы
В настоящее время в стоматологии используется множество различных сплавов. Для того чтобы сделать рациональный выбор из существующего многообразия сплавов с высоким содержанием золота или друга типов сплавов, врачу-стоматологу, как никогда раньше, необходимо обладать знаниями о природе сплавов, их физических и механических свойствах.
Стоимость сплава является существенной частьюв сумме затрат на протезирование. Однако, недорогие сплавы, как правило, требуют дополнительных расходов на изготовление протезов и в конечном итоге меньшая стоимость сплава часто нивелируется повышенной стоимостью производства протеза. Важно также отметить, что высокое содержание золота в сплаве открывает большую возможность изготовления высококачественного зубного протеза.
Клиническое значение
Полную ответственность за выбор материалов для изготовления зубных протезов несет врач-стоматолог, а не зубной техник.
Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт
480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников
240 руб. | 75 грн. | 3,75 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья
Мушеев Илья Урьеевич. Применение сплавов титана в клинике ортопедической стоматологии и имплантологии (экспериментально-клиническое исследование) : диссертация... доктора медицинских наук: 14.00.21 / Мушеев Илья Урьеевич; [Место защиты: ГОУ "Институт повышения квалификации федерального медико-биологического агентства"].- Москва, 2008.- 216 с.: ил.
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Сплавы металлов, используемые при изготовлении зубных протезов 12
1.2. Применение имплантатов при ортопедической реабилитации больных с дефектами зубного ряда 25
1.3. Титан и его сплавы: свойства и применение 31
1.4. Клинические токсико-химические и аллергические реакции при использовании стоматологических сплавов 41
1.5. Теория коррозионных процессов 53
Глава 2. Материал и методы исследования
2.1. Методы исследования состава, структуры и физико-механических характеристик стоматологических сплавов 75
2.2.1. Исследование механических свойств методом наноиндентирования 75
2.1.2. Трибологические исследования износостойкости сплавов 77
2.1.3. Методы сравнения литого и фрезерованного титана 79
2.1.4. Методика изучения состава, структуры и физико-механических свойств сплава после переплава 80
2.2. Методы изучения электрохимических параметров стоматологических сплавов 83
2.2.1. Измерение базовых электродных потенциалов стоматологических сплавов 83
2.2.2. Термическая обработка стоматологических сплавов при электрохимических исследованиях 85
2.2.3. Измерение ЭДС и плотности тока контактных пар стоматологических сплавов 86
2.2.4. Изучение влияния обновления поверхности стоматологического сплава 87
2.2.5. Изучение влияния особенностей коррозионной среды и нагрузки на электропотенциалы сплава 87
2.2.6. Оценка скорости коррозии в стационарных условиях по результатам измерения токов контактных пар 91
2.3. Методы изучения реакции мезенхимальных стволовых клеток человека на стоматологические сплавы 92
2.4. Характеристика клинического материала и методы клинических исследований 96
2.5. Статистическая обработка результатов исследования 97
Глава 3. Результаты собственных исследований
3.1. Сравнительное исследование структурных, механических и трибологических свойств стоматологических сплавов98
3.1.1. Сравнительная оценка механических свойств стоматологических сплавов 98
3.1.2. Сравнительное исследование износостойкости стоматологических сплавов 103
3.1.3. Сравнительное исследование структуры и свойств фрезерованного и литого титана 114
3.1.4. Влияние термоциклирования и переплава на структуру сплава... 120
3.2. Сравнительные электрохимические характеристики стоматологических сплавов в разных условиях функционирования протезов 131
3.2.1. Кинетика установления стационарных электропотенциалов стоматологических сплавов 131
3.2.2. Электрохимические характеристики сплавов после термической обработки при нанесении керамических покрытий 141
3.2.3. Влияние рН, температуры и аэрации коррозионной среды на электрохимическое поведение стоматологических сплавов 146
3.2.4. Влияние действия циклической динамической нагрузки на коррозионное поведение титанового сплава 166
3.3. Электрохимическое взаимодействие стоматологических сплавов с дентальными имплантатами 181
3.3.1. Электрохимические характеристики контактных пар «титановый имплантат-каркас протеза» 181
3.3.1.1. Измерение ЭДС и токов контактных пар 181
3.3.1.2. Измерение импульсов потенциалов и контактных токов при обновлении поверхности элементов контактных пар и изучение кинетики репассивации обновленной поверхности при использовании титановых имплантатов 183
3.3.2. Электрохимические характеристики контактных пар «никелидтитановый имплантат-каркас протеза» 190
3.3.2.1. Измерение ЭДС и токов контактных пар 190
3.3.2.2. Измерение импульсных токов при обновлении поверхности элементов контактных пар и изучение кинетики репассивации обновленной поверхности при использовании никелидтитановых имплантатов 194
3.4. Экспериментальная оценка пролиферации мезенхимальных стволовых клеток человека на металлических сплавах 206
3.4.1. Оценка цитотоксичности образцов с помощью МТТ- теста 206
3.4.2. Исследование влияния изучаемых образцов на эффективность пролиферации МСК 207
3.5. Клиническая оценка ортопедических конструкций на металлических каркасах 211
Глава 4. Обсуждение результатов исследования 222
Список литературы 242
Введение к работе
Актуальность исследования. В современной ортопедической
стоматологии широко применяются сплавы металлов в качестве цельнолитых каркасов несъемных и съемных протезов. В России в качестве металлических конструкционных материалов распространены кобальтхромовые и никельхромовые сплавы; применение золотосодержащих сплавов незначительно. Биоинертные титановые сплавы используются значительно реже, поскольку для литья титана требуется специальное оборудование; клинического и технологического опыта работы с титановыми сплавами недостаточно.
Между тем общеизвестны превосходные свойства биосовместимости титана, легкость и прочность конструкций из титана; возможна облицовка титановых каркасов керамикой . Востребованность титаносодержащих сплавов для зубных протезов увеличивается параллельно нарастанию темпов применения дентальных имплантатов, изготавливаемых в подавляющем большинстве из титана .
В последнее время кроме литья появилась возможность фрезерования титана на CAD/САМ - оборудовании после сканирования модели и виртуального моделирования протеза. В литературе недостаточно сведений о клинической эффективности технологии CAD/САМ в сравнении с методом литья титана .
Эксплуатация зубных протезов из сплавов металлов сопряжена с
возможными электрохимическими коррозионными процессами, поскольку
слюна обладает свойствами электролита .
Относительно титана эти процессы мало изучены. Контактное
электрохимическое взаимодействие дентальных титановых имплантатов с
другими стоматологическими сплавами анализировалось в
немногочисленных исследованиях с применением стандартных методик . В последнее время появились новые возможности и методические подходы при оценке антикоррозионной устойчивости сплавов металлов,
например, при трибологических исследованиях износостойкости; измерении электрохимических показателей при обновлении поверхности, при изменении характеристик искусственной слюны, при термоциклировании и, особенно, динамической нагрузке металлических конструкций . Появилась возможность изучения реакции клеточных культур человека на разные стоматологические сплавы .
Вызывает большой интерес сплав титана с эффектом формовосстановления - никелид титана, из которого можно изготавливать несъемные и съемные протезы и имплантаты . Его свойства применительно к целям ортопедической стоматологии и имплантологии не до конца изучены, особенно в сравнительном аспекте. С позиций электрохимии не проводилось обоснование выбора оптимальных сплавов для зубных протезов с опорой на имплантаты из никелида титана с эффектом формовосстановления.
Цель исследования: клинико-лабораторное обоснование применения сплавов титана и технологий их обработки в клинике ортопедической стоматологии и имплантологии.
Задачи исследования:
Сравнить физико-механические и трибологические свойства (износостойкость) стоматологических сплавов и сплавов титана.
Сравнить состав, структуру и свойства титанового сплава для фрезерования протезов по технологии CAD/САМ и литьевого титана, а также свойства сплавов после переплава.
Выявить влияние стоматологических сплавов на пролиферативные характеристики культуры мезенхимальных стволовых клеток человека.
Изучить в лабораторных условиях показатели коррозионной устойчивости цельнолитых и металлокерамических протезов при использовании распространенных стоматологических сплавов и сплавов титана.
Установить электрохимические особенности использования имплантатов из титана и никелида титана, в том числе при нарушении (обновлении) поверхности протезов и имплантатов в процессе их эксплуатации.
Установить различия электрохимического поведения стоматологических сплавов при экспериментальном изменении характеристик электро-коррозионной среды (рН, степень аэрации).
Изучить влияние динамической нагрузки протезов и имплантатов из титана на их электрохимические показатели.
Провести субъективную и объективную оценку протезных конструкций из разных стоматологических сплавов, в том числе на имплантатах и изготовленных по технологии CAD/САМ, в отдаленные сроки после окончания ортопедического лечения.
Научная новизна исследования. Впервые методом
наноиндентирования изучены в аналогичных экспериментальных условиях основные механические свойства: твердость, модуль упругости, процент восстанавливаемой деформации - распространенных стоматологических сплавов, сплавов титана и никелида титана. При этом впервые проведены трибологические исследования стоматологических сплавов, в том числе, титансодержащих; проведено сравнение их износостойкости и характер разрушения сплавов по данным микрофотографии.
Впервые проведено сравнение состава, структуры, физико-механических характеристик стандартных титановых заготовок для литья и фрезерования (по технологии CAD/САМ) с помощью металлографического, рентгеноструктурного анализа и измерительного наноиндентирования. Впервые с помощью локального энерго-дисперсионного анализа и полуколичественного определения химического состава, металлографии и рентген-структурного фазового анализа выявлено влияние повторного переплава стоматологического сплава на его свойства.
Впервые изучены в динамике электропотенциалы сплавов титана и никелида титана в сравнении с неблагородными и благородными стоматологическими сплавами в искусственной слюне, в том числе, после их термоциклирования при керамической облицовке протезов. Впервые установлено изменение электропотенциалов сплавов при изменении параметров (рН, аэрация) искусственной слюны и при динамической нагрузке металлических конструкций.
Впервые в сравнении исследованы электрохимические показатели контактных пар «каркас протеза - опорный имплантат» при использовании никелид титановых и титановых имплантатов и основных конструкционных сплавов для зубных протезов. Впервые при этом проведены расчеты коррозионных потерь в случае нарушения поверхности никелид титановых и титановых имплантатов, а также металлических каркасов фиксируемых на них зубных протезов.
Впервые в культуре мезенхимальных стволовых клеток человека изучена токсичность стоматологических сплавов по показателям клеточной пролиферации, адгезии и жизнеспособности.
Впервые проведено клиническое сравнение коррозионных проявлений протезов из неблагородных сплавов, литого и фрезерованного по технологии CAD/САМ титана.
Практическая значимость исследования.
Установлена идентичность состава, структуры и основных физико-механических свойств сертифицированных титановых заготовок для литья и фрезерования протезов по технологии CAD/САМ; выявлены определенные металлургические дефекты стандартных титановых заготовок. На примере неблагородного стоматологического сплава подтверждено негативное влияние повторного переплава на его структуру и физико-механические свойства при сохранении состава.
Даны основные физико-механические характеристики
стоматологических сплавов, сплавов титана и никелида титана по
результатам идентичных стендовых испытаний. Показаны важные для клиники различия в степени и характере износа исследованных стоматологических сплавов. Подтверждено важное для имплантологии свойство никелида титана - высокое значение упругого восстановления при его нагружении.
С позиций электрохимии показаны преимущества и недостатки различных стоматологических сплавов (включая титансодержащие) в разных условиях эксплуатации: при наличии цельнолитых или металлокерамических протезов, в том числе опирающихся на титановые или никелидтитановые имплантаты, и при нарушении их поверхности. Показана целесообразность металлокерамических протезов с полной облицовкой металлических каркасов для снижения риска развития электрохимических реакций в полости рта и уменьшения эксплуатационных ресурсов протезов.
Продемонстрирована индифферентность всех стоматологических сплавов относительно клеточной культуры мезенхимальной ткани человека, а также определенные различия в реакции мезенхимальных стволовых клеток.
Дана статистика снижения функционально-эстетических свойств зубных протезов на основе металлических каркасов из разных стоматологических сплавов, а также токсико-химических осложнений. Клинически обоснована эффективность применения протезов на литых и фрезерованных титановых каркасах при замещении дефектов зубных рядов и при использовании титановых имплантатов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. С позиций электрохимии и профилактики токсико-химических воздействий на ткани полости рта наиболее оптимальными для протезирования на титановых и никелидтитановых имплантатах являются несъемные протезы с полной керамической облицовкой на каркасах из любого стоматологического сплава; изготовление цельнолитых необлицованных протезов на титановых имплантатах целесообразно при
использовании титан- и золотосодержащих сплавов, а на никелидтитановых имплантатах - никелидтитанового или хромкольбальтового сплавов.
Факторами снижения коррозионной устойчивости стоматологических сплавов являются изменение РН и деаэрация слюны, низкая износостойкость и нарушение целостности поверхности протеза при его эксплуатации, а также повторный переплав сплава.
Функциональное нагружение металлических протезов и имплантатов вызывает значительные колебания электрохимических показателей стоматологических сплавов, как результат нарушения сплошности поверхностных оксидных пленок.
Состав и свойства титановых сплавов для литья и фрезерования аналогичны; титановые протезы, изготовленные по технологии CAD/CAM, имеют технологические и клинические преимущества.
Распространенные стоматологические сплавы, сплавы титана и никелид титана не оказывают токсического воздействия на мезенхимальные стволовые клетки человека.
По данным клиники токсико-химические объективные и субъективные проявления при использовании неблагородных стоматологических сплавов встречаются чаще в сравнении с титансодержащими сплавами; наличие титановых имплантатов в качестве опор зубных протезов не приводит к клиническим проявлениям контактной коррозии при соблюдении тщательной гигиены полости рта.
Апробация результатов исследования. Результаты исследования доложены на Всероссийской конференции «Сверхэластичные сплавы с памятью формы в стоматологии», I Всероссийском конгрессе «Дентальная имплантация» (Москва, 2001); на I съезде Европейской конференции по
проблемам стоматологической имплантологии (Львов, 2002); на VIII Всероссийской научной конференции и VII съезде СтАР России (Москва, 2002); на 5-м Российском научном форуме «Стоматология - 2003» (Москва, 2003); на Международной конференции «Современные аспекты реабилитации в медицине» (Ереван, 2003); на VI Российском научном форуме «Стоматология 2004», (Москва); на International Conference on Shape memory medical materials and new Technologies in medicine (Tomsk, 2007); на научно-практической Конференции, посвященной 35-летию образования ЦМСЧ № 119 (Москва, 2008); на V Всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука и практика в стоматологии» по тематике «Имплантология в стоматологии» (Москва, 2008); на совещании сотрудников кафедры клинической стоматологии и имплантологии Института повышении квалификации ФМБА России (Москва, 2008).
Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практику работы Клинического центра стоматологии ФМБА России, Центрального НИИ стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, национального медико-хирургического центра, клиники «КАРАТ» (Новокузнецк), клиники «ЦСП-Люкс» (Москва); в учебный процесс кафедры клинической стоматологии и имплантологии Института повышения квалификации ФМБА России, кафедры стоматологии общей практики с курсом зубных техников МГМСУ, Лаборатории материалов медицинского назначения МИСиС.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 265 листах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, трех глав собственных исследований, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы. Диссертация иллюстрирована 78 рисунками и 28 таблицами. Указатель литературы включает 251 источника, из которых 188 отечественных и 63 зарубежных.
Сплавы металлов, используемые при изготовлении зубных протезов
Между этими двумя группами существуют фундаментальные различия химических и физических свойств. В процессе зуботехнической работы следует учитывать эти различия. Чистый титан занимает двойственное положение. С химической точки зрения и в плане зуботехнической обработки он, принадлежа к сплавам неблагородных металлов, имеет механические свойства, которые больше свойственны сплавам благородных металлов .
В состав золотосодержащих сплавов входит золото (39-98%), платина (до 29%), палладий (до 33%), серебро (до 32%), медь (до 13%) и незначительное количество легирующих элементов. В состав палладиевых сплавов входит (35-86%) палладия, до 40% серебра, до 14% меди, до 8% индия и др. Серебросодержащие сплавы содержат 36-60% серебра, 20-40% палладия, до 18% меди и др.
В состав неблагородных сплавов, в частности, кобальтхромовых, входит 33-75% кобальта, 20-32% хрома, до 10% молибдена и другие добавки. Никельхромовые сплавы содержат 58-82% никеля, 12-27% хрома, до 16% молибдена. Никелид титана содержит примерно поровну никеля и титана. Железосодержащие сплавы (стали) содержат до 72% железа, до 18% хрома, до 8 % никеля, до 2% углерода. Титановые сплавы содержат не менее 90% титана, до 6% алюминия, до 4% ванадия и менее 1% железа, кислорода и азота.
Практически все кобальтовые сплавы имеют примеси никеля. Но содержание никеля в них должно находиться на уровне, не представляющим опасности. Так содержание никеля в бюгельном протезе, который изготовлен из высококачественного кобальтохромового сплава, приблизительно соответствует количеству никеля, ежедневно потребляемого с пищей.
В настоящее время безуглеродистые кобальтохромовые сплавы нашли широкое применение для изготовления металлокерамических коронок и мостовидных протезов, например, западные фирмы выпускают: фирма KRUPP - сплав «Bondi-Loy», BEGO - «Wirobond», DENTAURUM - сплав «CD». В США фирма MINEOLA A.ROSENS ON INC изготавливает сплав «Arobond». В России выпускаются аналогичные сплавы «КХ-ДЕНТ» и «Целлит-К».
В настоящее время для металлокерамических работ.наряду с кобальтохромовыми сплавами широко используются никелехромовые сплавы. Прототипом этих сплавов явился жаростойкий сплав «НИХРОМ» -Х20Н80, использующийся в промышленности для изготовления нагревательных элементов. Для большей жесткости он легируется молибденом или ниобием, для улучшения литейных качеств - кремнием.
Наиболее популярным из этих сплавов является сплав «Wiron 88» фирмы BEGO, в России выпускаются аналогичные сплавы: «Dental NSAvac», «НХ-ДЕНТ NSvac», «Целлит-Н».
Титан - это элемент, который наиболее трудно получить в абсолютно чистом виде. На основе своей высокой реактивности он связывает некоторые элементы, в первую очередь, кислород, азот и железо. Поэтому чистый титан (называемый нелегированным) разделяется на различные группы очистки (от 1-й категории до 4-й). В силу механических свойств не всегда целесообразно использовать металл высшей категории. Титан, содержащий примеси, имеет лучшие механические свойства .
Разработчиками сплавов рекомендуется изготовление тех или иных ортопедических конструкций из различных стоматологических сплавов. Так для изготовления вкладок рекомендуется золото с ссылкой производителя - «отлично подходят»; с ссылкой «возможно применение» называются сплавы на основе палладия, серебра, кобальта, никеля и титана. Для изготовления коронок и мостовидных протезов с пластмассовой облицовкой «отлично подходят» сплавы золота, палладия, серебра, кобальта, никеля и титана, а с керамической облицовкой - золота, палладия, кобальта, никеля, титана (возможно применение сплавов на основе серебра). Для бюгельных протезов «отлично подходят» сплавы на основе кобальта и «возможно применение» сплавов на основе золота, палладия, кобальта, никеля и титана. По мнению производителей, имплантаты отлично подходят для изготовления из титана, но возможно - из кобальтхромового сплава. Супраконструкции рекомендуется изготавливать с маркировкой «отлично подходит» из золота, палладия, кобальта, никеля, титана . По поводу материалов для использования для имплантатов и супраструктур автор данного диссертационного исследования не согласен, поскольку считает правильным использовать в имплантологии принцип монометалла (титана).
Помимо физико-механических характеристик для выбора сплава важна его биологическая совместимость. Эталоном биологической безопасности является коррозионное поведение материала . В сплавах благородных металлов содержание самих благородных металлов (золото, платина, палладий и серебро) должно быть как можно выше. Рассматривая коррозионное поведение сплавов неблагородных металлов (кобальто-хромовые и никелиево-хромовые сплавы), следует учитывать содержание хрома. Содержание хрома должно быть выше 20 % для обеспечения достаточной стабильности в оральной среде. Содержание менее 20 (15 %) может вызвать высокое освобождение ионов. Хорошо известно, что существуют различия между биологическими функциями металла. Это так называемые существенные элементы, несущественные элементы и токсичные металлы. Элементы первой группы необходимы человеческому организму для его функционирования. Такие элементы являются компонентами ферментов, витаминов (например, кобальт для витамина В12) или других важных молекул (напр., железо в гемоглобине для транспортировки кислорода). Несущественные элементы не наносят вреда организму, но организм не нуждается в них. Последняя группа - это элементы, опасные для организма. Такие металлы не должны применяться в стоматологических сплавах.
Клинические токсико-химические и аллергические реакции при использовании стоматологических сплавов
Актуальность проблемы токсико-химических и аллергических реакций при использовании стоматологических сплавов не исчезает .
Так Dartsch Р.С., Drysch К., Froboess D. изучили токсичность производственной пыли в зуботехнической лаборатории, в частности, содержащей сплавы благородных и неблагородных стоматологических сплавов . Для исследования использовались клеточные культуры L-929 (фибробласты мышей) для определения количества живых клеток и расчета коэффициента роста клеток в присутствии пыли металлов в течение трех дней. При этом моделировалось три варианта воздействия: при попадании пыли в рот (раствор синтетической слюны по EN ISO 10271 - рН 2.3), при попадании на кожу рук (кислый раствор синтетического пота по EN ISO 105-Е04 - рН 5,5), при воздействии моющих растворов для мытья рук (кислый раствор синтетического пота по EN ISO 105-Е04 - рН 5,5) в сочетании с добавками антибиотиков (Penicilin/Streptomycin).
В то время как для контрольной клеточной культуры коэффициент роста составил 1,3 удвоения популяции (т.е. каждая клетка колонии делилась надвое примерно 1,3 раза в сутки), уровень снижения коэффициента роста клеток с экстрактами образцов зависел от степени их разбавления. Максимальной токсичностью обладает образец, собранный непосредственно на рабочем месте техника, состав которого входит пыль благородных и неблагородных металлов. Это означает, что обработка сплавов при производстве металлокерамики связана с очевидным риском для здоровья. Это в полной мере относится и к образцу, взятому из центральной вентиляционной системы лаборатории.
Непереносимость конструкционных стоматологических материалов базируется на особенностях реакции организма к их составу; для диагностики этих состояний предложены различные методы. Цимбалистов А.В., Трифонов Б.В., Михайлова Е.С., Лобановская А.А. перечисляют: анализ рН слюны, исследование состава и параметров слюны, исследование крови, использование метода акупунктурнои диагностики по Р.Фоллю, непрерывная точечная диагностика, измерение индекса биоэлектромагнитной реактивности тканей, экспозиционная и провокационная пробы, лейкопеническая и тромбопеническая пробы, эпикутанные пробы, иммунологические методы исследования. Авторы разработали внутриротовые эпимукозные аллергологические тесты, при которых оценивается состояние микроциркуляторного русла с помощью контактной биомикроскопии при помощи микроскопа МЛК-1 . Для обработки качественных и количественных характеристик микроциркуляции микроскоп дополнен цветной аналоговой видеокамерой и персональным компьютером.
Маренкова М.Л., Жолудев С.Е., Новикова В.П. провели исследование уровня цитокинов в ротовой жидкости у 30 пациентов с зубными протезами и проявлениями непереносимости к ним . Использовался твердофазный иммуноферментный анализ с соответствующими наборами реагентов ЗАО «Вектор-Бест». Установлено повышение содержания в слюне провоспалительных цитокинов у пациентов с явлениями непереносимости протезов, активация клеточного иммунного ответа без активации аутоиммунизации и аллергических процессов. Таким образом, у лиц с непереносимостью зубных протезов выявляется неспецифический воспалительный процесс и диструктивные изменения слизистой оболочки полости рта.
Олешко В.П., Жолудев С.Е., Баньков В.И. предложили диагностический комплекс «СЭДК» для определения индивидуальной толерантности конструкционных материалов . Физиологический механизм диагностики основан на анализе изменений параметров наиболее адекватных живому организму слабых импульсных, сложно модулированных электромагнитных полей низкой частоты. Особенностью комплекса является обработка ответного сигнала с датчика на несущих частотах с 104 Гц по 106 Гц. В ответном сигнале с датчика всегда содержится информация о микроциркуляции и обмене веществ в ткани на клеточном уровне. Исследуемый образец стоматологического материала устанавливается между губами пациента, что вызывает химическую микрореакцию и изменение химического состава среды на границы раздела. Появление компонентов, неадекватных химическому составу ротовой среды, раздражает рецепторы слизистой губ, что отражалось на показаниях прибора. Кроме того, в приборе предусмотрены 2 световода; в исходном состоянии горит световод, соответствующий отсутствию гальванических процессов.
Лебедев К.А., Максимовский Ю.М., Саган Н.Н., Митронин А.В. описывают принципы определения гальванических токов в полости рта и их клиническое обоснование . Авторы обследовали 684 пациента с различными металлическими включения в полости рта и признаками гальванизма в сравнении с 112 лицами с протезами и без признаков гальванизма; контрольная группа из 27 человек не имела металлических включений. Разность потенциалов в полости рта измеряли цифровым вольтаметром АРРА-107.
Методы исследования состава, структуры и физико-механических характеристик стоматологических сплавов
Непрерывное индентирование сплавов для изучения механических свойств проводилось на автоматизированном приборе Nano-Hardness Tester (CSM Instr.) при нагрузках 5 и 10 мН на воздухе алмазным индентором Виккерса (рис. 1) . При столь малых нагрузках метод можно считать неразрушающим в макромасштабе, поскольку глубина внедрения индентора не превышала 0,5 мкм, что позволило провести испытания износостойкости на тех же образцах. Преимущество метода наноиндентирования состоит в том, что анализ серии экспериментальных кривых «нагружение-разгружение», позволяет количественно оценить механические свойства как относительно мягких, так и сверхтвердых (больше 40 ГПа) материалов, используя образец простой геометрии с плоской площадкой площадью несколько мм2. Расчеты твердости и модуля упругости проводили по методу Оливера-Фарра, используя расчетно-управляющую программу "Indentation 3.0". По экспериментальным данным также рассчитано упругое восстановление материала как отношение упругой деформации к общей R=(hm-hf)/hm-100%, где hm - наибольшая глубина погружения, hf- глубина отпечатка после снятия нагрузки. Каждое значение усредняли по 6-12 измерениям.
Общий вид установки «Nano-Hardness Tester». Исследуемый образец помещается на предметный столик, затем на поверхность образца опускается сапфировое кольцо, которое остается в контакте с исследуемым материалом во время нагрузочно-разгрузонного цикла (рис. 2). Нормальная нагрузка прикладывается посредством электромагнита и передается индентору через вертикальный стержень. Перемещение стержня относительно положения кольца измеряется емкостным датчиком, который связан с компьютером через плату сопряжения.
Схема испытания при наноиндентировании Нагрузочно-разгрузочный цикл проходит с определенной скоростью и выдержкой. Результирующие данные представлены в виде графика зависимости нагрузки от глубины вдавливания (рис.3).
Для калибровки нанотвердомера испытания сначала проводят на стандартном образце, а уже потом на исследуемом материале. В качестве стандартного образца берется плавленый кварц с известной твердостью и модулем Юнга (Е = 72 ГПа, Н = 9,5 ГПа).
Трибологические исследования износостойкости сплавов.
Испытания на износостойкость по схеме «стержень-диск» проводили на автоматизированной установке «Tribometer» (CSM Instr.) (в среде биологического раствора (рис. 4, 5, табл. 2) . Данная схема позволяет приблизить лабораторные исследования к реальному взаимодействию литого изделия с зубной эмалью. Неподвижным контртелом служил сертифицированный шарик диаметром 3 мм из оксида алюминия (модуль Юнга Е=340 ГПа, коэффициент Пуассона 0,26, твердость 19 ГПа). Оксид алюминия был выбран как неметаллический, непроводящий материал, схожий по строению с зубной эмалью, твердость которого превосходит твердость изучаемых сплавов. Шарик фиксировали держателем из нержавеющей стали, который передавал шарику заданную нагрузку и был связан с датчиком силы трения. Зона контакта находилась внутри кюветы, заполненной биологическим раствором.
Комплексное трибологическое исследование включало непрерывную запись коэффициента трения (к.т.) при испытании по схеме «неподвижный стержень - вращающийся диск» на автоматизированной установке Tribometer (CSM Instr.), а также фрактографическое исследование бороздки износа (включая измерения профиля бороздки) и пятна износа на контртеле, по результатам которого был проведен расчет износа образца и контртела. Строение бороздок износа (на дисках) и диаметр пятен износа (на шариках) изучали при наблюдении в оптическом микроскопе AXIOVERT СА25 (Karl Zeiss) при увеличении х (100-500) и стереомикроскопе МБС-10 (ЛЗОС) при увеличении х (10-58).
Измерения вертикального сечения бороздок проводили в 2-4-х диаметрально и ортогонально противоположных точках на профилометре Alpha-Step200 (Tensor Instr.) при нагрузке 17 мг и определяли среднее значение площади сечения и глубины бороздки износа. Количественную оценку износа образца и контртела проводили следующим образом. Износ шарика рассчитывали по следующей формуле: V= 7i h2(r l/3h), где И =г-(-[(Ш]2)1/2, d - диаметр пятна износа, г - радиус шарика, h - высота сегмента. Износ образца рассчитывали по формуле: V= S% где / - длина окружности, 5 - площадь сечения бороздки износа. Результаты испытаний и фрактографических наблюдений были обработаны с помощью компьютерной программы InsrtumX for Tribometer, CSM Instr.
Методы сравнения литого и фрезерованного титана.
Проведено сравнение структуры и свойств стандартных заготовок для фрезерования титановых каркасов протезов по технологии CAD/САМ и титана, полученного методом литья по выплавляемым моделям .
Анализ макро и микроструктуры образцов титановых сплавов в виде пластин толщиной 2-3 мм был проведен при использовании современных методов цифровой макро и микро фотосъемки МБС-10 (ЛЗОС) и AXIOVERT25CA (Karl Zeiss). Исследования были проведены на полированных шлифах, которые для выявления микро и макроструктуры обрабатывали травителем состава 2%HF + 2%НЖ)з + Вода дистиллированная (ост.).
Оценка механических свойств (твердости и модуля Юнга) была сделана методом Оливера-Фарра по данным измерительного наноиндентирования (ISO 14577), проведенного на прецизионном твердомере NanoHardnessTester (CSM Instr.) при нагрузках 10 и 20 мН, используя алмазный индентор Берковича . По экспериментальным данным также было рассчитано упругое восстановление материала R, как отношение упругой деформации к общей R-(hm-hf)/hm-100%, где hm - наибольшая глубина погружения индентора, h/ - глубина отпечатка после снятия нагрузки. Результаты расчетов усредняли по 6-12 измерениям методом дисперсионного анализа.
Электрохимические характеристики контактных пар «титановый имплантат-каркас протеза»
Типичные экспериментальные кривые, отражающие сопротивление сплавов внедрению алмазного индентора, при нарастании (верхняя ветвь) и снижении (нижняя ветвь) приложенной нагрузки ЮмН представлены на рисунке 11, а результаты расчета механических свойств сплавов приведены в таблице 6.
Твердость стоматологических сплавов по результатам наноиндентирования лежит в пределах 2,6 - 8,2 ГПа (рис. 12, табл.6). Наиболее близкими по свойствам к зубной эмали (по литературным данным Н=3,5-4,5 ГПа) являются сплавы, содержащие титан, в том числе, никелид титана (4,2-5,2 ГПа), а также сплав на основе никеля Целлит Н.
Твердость циркониевого и золотоплатинового сплавов почти в 2 раза ниже (до 2,6 ГПа), а кобальтхромовых сплавов и никельхромового сплава Remanium 2000 почти вдвое выше (до 8,2 ГПа).
Модуль упругости зубной эмали составляет около 100 ГПа, у стоматологических сплавов - от 65,9 до 232,2 ГПа. Близкие свойства у циркония, чуть выше у легированного титана и золотоплатинового сплава. Все остальные сплавы, кроме никелида титана, имеют более высокий модуль упругости.
Как известно, для кости он значительно меньше и составляет Е=10 -г 40 ГПа.
Судя по весьма низкому значению Е (65,9±2,5 ГПа), сплав никелид титана при условиях испытания находится вблизи интервала мартенситного превращения в особом структурном состоянии, для которого характерен
Остальные сплавы проявляют характерные для металлов значения упругого восстановления 10-20 %. Небольшое превышение этого уровня для кобальтхромовых сплавов, легированного титана и никельхромового сплава Remanium 2000 и повышенные значения модуля упругости могут быть связаны с образованием интерметаллидных фаз (упорядочение), текстурой или полями остаточных внутренних напряжений после литья или прокатки.
Таким образом, базовые физико-механические параметры титановых сплавов занимают среднее положение среди распространенных стоматологических сплавов другого состава. Вызывает интерес сплав никелид титана ввиду особенно высокого значения упругого восстановления. Данные наноиндентирования сплавов важны для выбора конструкционных материалов зубных протезов и имплантатов.
Комплексное трибологическое исследование, фрактография бороздки износа легли в основу износостойкости стоматологических сплавов. Измерения модуля упругости позволили оценить напряжения Герца в паре трения.
На рисунке 14 представлены расчетные значения давления, возникающего при контакте плоского образца изучаемого сплава со сферическим индентором диаметром 3 мм из окиси алюминия (обозначения сплавов соответствуют их составу в соответствии с таблицей 1).
1 По значениям контактных напряжений могут быть выделены 2 группы сплавов. В первую входят никель- и кобальтхромовые сплавы, для которых характерны величины 1,36-1,57 ГПа, что соответствует величине модуля Юнга 167-232 ГПа. Все эти сплавы отличаются высокой износостойкостью (6,75106 мм3/Н/м), а изнашивание, по-видимому, проходит по одному механизму.
Другую группу со значениями контактных напряжений (1,07-1,28) составляют титановые и циркониевый сплавы, проявившие значительный износ (3,245-10"4 мм3/Н/м). Вне этой классификации находятся никелидтитановый и золото платиновый сплавы, которые формально могут быть отнесены ко второй группе. Эти сплавы имеют свой собственный механизм износа. Образцы кобальтхромовых, никельхромовых и золотоплатиновых сплавов выдержали испытание при заданных условиях, для остальных тест
Как видно из иллюстраций на рисунках 16-17 и в таблице 7, наименьший износ (2,45-10" мм /Н/м) наблюдается у золотоплатинового сплава, а также у кобальтхромового сплава Remanium 2000 - 1,75-Ю-6 мм /Н/м. Наибольший износ показали образцы Rematitan и циркония -8,244-10-4и8,465-10"4 мм /Н/м, соответственно.
При сопоставлении рисунков 16-20 можно сделать вывод об особом механизме износа для золотоплатинового сплава и никелида титана. Самый износостойкий золотоплатиновыи сплав имеет особый механизм износа, связанный с его химически инертной поверхностью в среде биораствора.
Несмотря на невысокий модуль упругости, он проявляет рекордно низкий износ и минимальные значения начального и конечного коэффициента трения. Также особый механизм износа у образца никелида титана, в котором наблюдается один из самых низких начальный коэффициент трения (к.т.) (0,107) и максимальный конечный к.т. (0,7), что связано с протеканием обратимого мартенситного превращения в никелиде титана, инициированного внешней нагрузкой. Об этом свидетельствует большая амплитуда к.т. и его возрастание к концу испытания в 7 раз.
Следует отметить, что повышенный износ сплавов, содержащих титан, связан с налипанием металла на поверхность шарика, что приводит к изменению геометрии контакта (площадь контакта уменьшается) и свойств контртела (образование интерметаллида типа ТІА1, обладающего высоким модулем Юнга), что в итоге приводит к резкому увеличению контактных напряжений по сравнению с расчетными.
Таким образом, проведенные испытания на износостойкость стоматологических сплавов в среде биологического раствора показали, что наибольший износ проявляют чистые металлы титан (DA2) и цирконий (DA7) (8,24-8,47- 10"4мм3/Н/м), а также никелид титана (DA1) (5,09-10" 4мм3/Н/м). Легирование титана (DA8 и DA9) повышает износостойкость: износ сплавов ВТ5 (система Ti-Al-Sn) и ВТ 14 (Ti-Al-Mo-V) уменьшается приблизительно в 2,5 раза по сравнению с чистым титаном.
Наиболее износостойким является сплав DA10 на основе Au-Pt (2,45-10 7мм3/Н/м).
Достаточно высокую износостойкость, но на порядок хуже, чем золотоплатиновый, проявил сплав DA5 (Remanium 2000) на основе системы Co-Cr-Mo-Si, (1,7540-6 мм3/Н/м). Остальные сплавы DA2, DA4, DA11 (никельхромовые и Целлит К) имеют удовлетворительную износостойкость в пределах (4,25-7,35)-10"6 мм3/Н/м.
Титан и тантал – «компромиссные» металлы для медицины
Использование в медицине различных металлоизделий практикуется издревле. Сочетание таких полезных свойств металлов и их сплавов, как прочность, долговечность, гибкость, пластичность, упругость, не имеет альтернатив, в частности, при изготовлении ортопедических конструкций, медицинского инструментария, приспособлений для скорейшего сращивания переломов. А в последние десятилетия, благодаря открытию эффекта «памяти формы» и внедрению прочих инноваций металлы стали широко применяться также в сосудистой и нейрохирургии для изготовления шовного материала, сетчатых стентов для расширения вен и артерий, крупных эндопротезов, в офтальмологической и стоматологической имплантологии.
Однако далеко не все металлы пригодны для применения в медицинской сфере, и главными деструктивными причинами здесь выступают подверженность коррозии и вступление в реакцию с живыми тканями – факторы, имеющие разрушительные последствия, как для металла, так и для самого организма.
Конечно, вне конкуренции стоят золото и металлы платиновой группы (платина, иридий, осмий, палладий, родий и т.п.). Тем не менее, возможность использования драгметаллов для массового применения практически отсутствует ввиду их запредельно высокой стоимости, да и сочетание полезных свойств, востребованных в тех или иных конкретных клинических ситуациях, присуще благородным металлам далеко не всегда.
Значительное место в этой сфере по сегодняшний день занимают нержавеющие стали, легированные определенными добавками для получения требуемых характеристик. Но подобные металломатериалы, которые в сотни раз дешевле драгметаллов, недостаточно эффективно противостоят коррозии и другим агрессивным воздействиям, что значительно ограничивает возможность их применения для целого ряда медицинских нужд. Кроме того, препятствием для приживления изделий из нержавеющих сталей, имплантируемых внутрь организма, является их, конфликт с живыми тканями, обуславливающий высокий риск отторжения и других осложнений.
Своеобразным компромиссом между этими двумя полюсами являются такие металлы, как титан и тантал : прочные, ковкие, почти не подверженные коррозии, имеющие высокую температуру плавления, а главное – совершенно нейтральные в биологическом отношении, за счет чего воспринимаются организмом как собственная ткань и практически не вызывают отторжения. Что же касается стоимости, то у титана она не высока, хотя и значительно превосходит аналогичный параметр нержавеющих сталей . Тантал же, будучи достаточно редким металлом, более чем вдесятеро дороже титана, но все равно обходится намного дешевле в сравнении с драгоценными металлами. При сходстве большинства основных эксплуатационных свойств по некоторым из них он все же уступает титану, хотя по некоторым превосходит его, что, собственно, и обуславливает актуальность применения.
Именно в силу данных причин титан и тантал, нередко именуемые «медицинскими металлами», а также ряд их сплавов, получили широчайшее распространение во многих врачебных отраслях. Различаясь по ряду характеристик и, тем самым, взаимно дополняя друг друга, они раскрывают перед современной медициной воистину необъятные перспективы.
Ниже будет более подробно рассказано об уникальных характеристиках титана и тантала, основных сферах их использования в медицине, применении различных форм выпуска данных металлов для изготовления инструментов, ортопедического и хирургического оборудования.
Титан и тантал – определение, актуальные свойства
Титан для медицины
Титан (Ti) – легкий металл серебристого оттенка, внешне напоминающий сталь – является одним из химических элементов Периодической таблицы, размещенным в четвертой группе четвертого периода, атомный № 22 (рис. 1).
Рисунок 1. Титановый самородок.
Имеет атомную массу 47,88 при удельной плотности 4,52 г/см 3 . Температура плавления – 1669°С, температура кипения –3263 °С. В промышленных марках с высокой устойчивостью является четырехвалентным. Характеризуется хорошей пластичностью и ковкостью.
Будучи одновременно легким и обладая высокой механической прочностью, вдвое превышающей аналогичный показатель Fe и вшестеро – Al, титан также имеет низкий коэффициент теплового расширения, что позволяет применять его в широком температурном диапазоне.
Титан характеризуется низким показателем теплопроводности, вчетверо меньшим по сравнению с железом и более чем на порядок меньшем, чем у алюминия. Коэффициент терморасширения при 20°С относительно невелик, но увеличивается по мере дальнейшего нагревания.
Отличается данный материал и весьма высоким показателем удельного электросопротивления, который, в зависимости от наличия посторонних элементов, может варьироваться в диапазоне 42·11 -8 ...80·11 -6 Ом·см.
Титан относится к парамагнитным металлам, имея невысокий показатель электропроводности. И хотя у парамагнитных металлов магнитовосприимчивость, как правило, уменьшается по мере разогревания, титан в данном отношении можно отнести к разряду исключений, поскольку его магнитовосприимчивость, напротив, возрастает с увеличением температуры.
За счет суммы вышеперечисленных свойств титан совершенно незаменим в качестве исходного сырья для различных областей практической медицины и медицинского приборостроения. И все же самым ценным качеством титана для использования с этой целью является его высочайшая устойчивость к коррозионным воздействиям, и, как следствие, гипоаллергенность.
Своей коррозионной стойкостью титан обязан тому, что при температурах вплоть до 530-560 °С поверхность металла покрыта прочнейшей естественной защитной пленкой оксида TiO 2 , совершенно нейтральной по отношению к агрессивным химико-биологическим средам. В отношении устойчивости к коррозии титан сравним с платиной и металлами-платиноидами, и даже превосходит эти благородные металлы. В частности, он исключительно устойчив к воздействию кислото-щелочных сред, не растворяясь даже в столь агрессивном «коктейле», как царская водка. Достаточно отметить, что интенсивность коррозионного разрушения титана в морской воде, имеющей химсостав во многом сходный с человеческой лимфой, не превышает 0,00003 мм/год или 0,03 мм в течение тысячелетия!
Благодаря биологической инертности титановых конструкций к организму человека, при имплантации они не отторгаются и не провоцируют аллергических реакций, быстро обтягиваясь костно-мышечными тканями, структура которых остается постоянной на протяжении всей последующей жизни.
Существенным преимуществом титана является и его ценовая доступность, обуславливающая возможность массового применения.
Марки титана и титановые сплавы
Наиболее востребованными медициной марками титана являются технически чистые ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. В них почти не присутствуют примеси, количество которых столь незначительно, что колеблется в пределах нулевой погрешности. Так, в марке ВТ1-0 содержится около 99,35-99,75% чистого металла, а в марках ВТ1-00 и ВТ1-00св, соответственно, – 99,62-99,92% и 99,41-99,93%.
На сегодняшний день в медицине используется широкий спектр титановых сплавов, различных по своему химсоставу, и механотехнологическим параметрам. В качестве легирующих добавок в них чаще всего используются Та, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn. К наиболее эффективным стабилизаторам можно причислить Zr, Au и металлы платиновой группы. При введении в титан до 12% Zr его коррозиестойкость увеличивается на порядки. Достичь же наибольшего эффекта удается при добавлении в титан небольшого количества Pt и платиноидов Pd, Rh, Ru. Введение в Ti лишь 0,25% данных элементов позволяет на десятки порядков уменьшить активность его взаимодействия с кипящими концентрированными H 2 SO 4 и HCl.
Широкое распространение в имплантологии, ортопедии и хирургии получил сплав Ti-6Al-4V, значительно превосходящий по эксплуатационным параметрам «конкурентов» на базисе кобальта и нержавеющих сталей. В частности, модуль упругости у титановых сплавов в два раза ниже. Для медицинского применения (имплантаты для остеосинтеза, эндопротезы суставов и т.д.) это является большим преимуществом, так как обеспечивает более высокую механосовместимость имплантата с плотными костными структурами организма, у которых модуль упругости составляет 5¸20 Гпа. Еще более низкими показателями в этом отношении (до 40 ГПа и ниже) характеризуются титано-ниобиевые сплавы, разработка и внедрение которых особенно актуальны. Однако прогресс не стоит на месте, и сегодня на смену традиционному Ti-6Al-4V приходят новые медицинские сплавы Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr и Ti-12Mo-6Zr, не содержащие алюминия и ванадия – элементов, оказывающих хотя и незначительное, но все же токсичное воздействие на живые ткани.
В последнее время все более востребованными для медицинских нужд становятся биомеханически совместимые имплантаты, материалом для изготовления которых служит никелид титана TiNi. Причиной роста популярности данного сплава является присущий ему т. наз. эффект запоминания формы (ЭЗФ). Его сущность состоит в том, что контрольный образец, будучи деформированным при пониженных температурах, способен постоянно сохранять вновь обретенные очертания, а при последующем нагревании – восстанавливать изначальную конфигурацию, демонстрируя при этом сверхупругость. Никелид-титановые конструкции незаменимы, в частности, при лечении позвоночных травм и дистрофии опорно-двигательного аппарата.
Тантал для медицины
Определение и полезные характеристики
Тантал (Ta, лат. Tantalum) – тяжелый тугоплавкий металл серебристо-голубоватого «свинцового» оттенка, которому обязан покрывающей его пленке пентаоксида Ta 2 O 5 . Является одним из химических элементов Периодической таблицы, размещенным в побочной подгруппе пятой группы шестого периода, атомный № 73 (рис. 2).
Рисунок 2. Кристаллы тантала.
Тантал имеет атомную массу 180,94 при высокой удельной плотности 16,65 г/см 3 при 20 °C (для сравнения: удельная плотность Fe – 7,87 г/см 3 , Рв – 11,34 г/см 3). Температура плавления – 3017 °С (более тугоплавкими являются только W и Re). 1669°С, температура кипения – 5458 °С. Тантал характеризуется свойством парамагнитности: его удельная магнитовосприимчивость при комнатной температуре составляет 0,849·10 -6 .
Данный конструкционный материал, сочетая в себе высокие показатели твердости и пластичности, в чистом виде хорошо поддается механообработке любыми способами (штамповка, прокатка, ковка, протяжка, скручивание, резание, и т. д.). При низких температурах обрабатывается без сильного наклепа, подвергаясь деформационным воздействиям (ст. сжатия 98,8%) и не нуждаясь при этом в предварительном обжиге. Тантал не утрачивает пластичности даже в случае его заморозки до –198 °C.
Значение модуля упругости тантала составляет 190 Гн/м 2 или 190·102 кгс/мм 2 при 25 °С, благодаря чему он легко перерабатывается в проволоку. Осуществляется также выпуск тончайшего танталового листа (толщина примерно 0,039 мм) и других конструкционных полуфабрикатов.
Своеобразным «двойником» Та является Nb, характеризуемый множеством схожих свойств.
Тантал отличает исключительная стойкость к агрессивным средам. Это является одним из ценнейших его свойств для применения во множестве отраслей, включая медицинскую. Он устойчив к воздействию таких неорганических агрессивных кислот, как HNO 3 , H 2 SO 4 , HCl, H 3 PO 4 , а также органических кислот любых концентраций. По данному параметру его превосходят лишь благородные металлы, да и то не во всех случаях. Так, Та, в отличие от Au, Pt и многих других драгметаллов, «игнорирует» даже царскую водку HNO 3 +3HCl. Несколько меньшая устойчивость тантала наблюдается по отношению к щелочам.
Высокая коррозиестойкость Та проявляется и по отношению к атмосферному кислороду. Процесс окисления начинается только при 285 °С: на металле формируется поверхностная защитная плёнка пентаоксида тантала Ta 2 O 5 . Именно наличие пленки из этого единственно стабильного из всех окислов Та делает металл невосприимчивым к агрессивным реагентам. Отсюда – такая особенно ценная для медицины характеристика тантала, как высокая биосовместимость с организмом человека, воспринимающим вживляемые в него танталовые конструкции как собственную ткань, без отторжения. На этом ценнейшем качестве основано медицинское использование Та в таких сферах, как восстановительная хирургия, ортопедия, имплантология.
Тантал входит в число редких металлов: его запасы в земной коре составляют примерно 0,0002%. Это обуславливает высокую стоимость данного конструкционного материала. Вот почему столь распространено применение тантала в виде наносимых на основной металл тонких пленок защитных антикоррозийных покрытий, имеющих, кстати, в три-четыре раза большую твердость, чем чистый отожженный тантал.
Еще чаще тантал используется в виде сплавов как легирующую добавку в менее дорогостоящие металлы для придания получаемым соединениям комплекса необходимых физико-механических и химсвойств. Стальные, титановые и другие металлические сплавы с добавлением тантала широко востребованы в химико-медицинском приборостроении. Из них, в частности, практикуют изготовление змеевиков, дистилляторов, аэраторов, рентгеновской аппаратуры, устройств контроля и т.д. В медицине тантал и его соединения применяют также с целью изготовления оборудования для операционных.
Примечательно, что в ряде областей тантал, как менее дорогостоящий, но имеющий множество адекватных эксплуатационных характеристик, способен успешно заменять драгметаллы платиноиридиевой группы.
Марки тантала и его сплавы
Основными марками нелегированного титана с содержанием примесей в пределах статистической погрешности являются:
- ТВЧ: Ta - 99,9%, (Nb) - 0,2%. Прочие примеси, такие как (Ti), (Al), (Co), (Ni), содержатся в тысячных и десятитысячных долях процента.
- ТВЧ 1: Химический состав указанной марки на 99,9% состоит из Ta. Ниобию (Nb), который всегда присутствует в промышленном тантале, соответствует всего 0,03%.
- ТЧ: Та – 99,8%. Примеси (не более %): Nb - 0,1%, Fe - 0,005%, Ti, H - по 0,001%, Si - 0,003%, W+Mo, O - по 0,015%, Co - 0,0001%, Ca - 0,002%, Na, Mg, Mn - по 0,0003%, Ni, Zr, Sn - по 0,0005%, Al - 0,0008%, Cu, Cr - по 0,0006%, C, N - по 0,01%.
- Т: Та – 99,37%, Nb – 0,5%, W – 0,05%, Mo – 0,03%, (Fe) - 0,03%; (Ti) - 0,01%, (Si) - 0,005%.
Высокие показатели твердости Ta позволяют изготавливать на его основе конструкционные твердые сплавы, например, Ta с W (ТВ). Замена сплава TiС танталовым аналогом TaС существенно оптимизирует механические характеристики конструкционного материала и расширяет возможности его применения.
Актуальность применения Та в медицинских целях
На медицинские нужды расходуется примерно 5% производимого в мире тантала. Несмотря на это, значимость его использования в данной отрасли трудно переоценить.
Как уже отмечалось, тантал является одним из лучших металлических биоинертных материалов благодаря самообразующейся на его поверхности тончайшей, но очень прочной и химически стойкой пленки пентаоксида Та 2 О 5 . Благодаря высоким показателям адгезии, облегчающей и ускоряющей процесс сращивания имплантата с живой тканью, наблюдается низкий процент отторжения танталовых имплантатов и отсутствие воспалительных реакций.
Из таких танталовых полуфабрикатов, как лист, пруток, проволока и прочие формы выпуска, изготавливают конструкции, востребованные в пластической, кардио-, нейро- и остеохирургии для наложения швов, сращивания костных обломков, стентирования и клипирования сосудов (рис. 3).
Рисунок 3. Танталовая крепежная конструкция в плечевом суставе.
Применение тонких танталовых пластинчатых и сетчатых конструкций практикуется в челюстно-лицевой хирургии и для лечения черепно-мозговых травм. Волокнами танталовой пряжи замещают ткань мышц и сухожилий. С помощью тантала Хирурги используют танталовое волокно при полостных операциях, в частности, с целью укрепления стенок брюшной полости. Танталовые сетки незаменимы в сфере офтальмопротезирования. Тончайшие танталовые нити используют даже для регенерации нервных стволов.
И, конечно, Та и его соединения, наряду с Ti, повсеместно применяют в ортопедии и имплантологии для изготовления суставных эндопротезов и стоматологического протезирования.
С начала нового тысячелетия обретает все более широкую популярность инновационная сфера медицины, в основу которой заложен принцип использования статических электрополей для активизации в человеческом организме желательных биопроцессов. Научно доказано наличие высоких электретных свойств покрытия из пентаоксида тантала Та 2 О 5 . Титанооксидные электретные пленки ужа получили распространение в сосудистой хирургии, эндопротезировании, создании медицинских инструментов и приборов.
Практическое применение титана и тантала в конкретных отраслях медицины
Травматология: конструкции для сращивания переломов
В настоящее время для скорейшего сращивания переломов все чаще применяют такую инновационную технологию, как металлический остеосинтез. С целью обеспечить стабильное положение костных осколков используют различные фиксирующие конструкции, как наружные, так и внутренние, имплантируемые в тело. Однако применяемые ранее стальные изделия показывают невысокую эффективность ввиду их подверженности коррозии под воздействием агрессивной среды организма и явления гальванизации. В результате наступает как быстрое разрушение самих фиксаторов, так и реакция отторжения, вызывающая воспалительные процессы на фоне сильных болевых ощущений вследствие активного взаимодействия ионов Fe с физиологической средой костно-мышечных тканей в электрическом поле организма.
Избежать нежелательных последствий позволяет изготовление титановых и танталовых фиксаторов-имплантатов, обладающих свойством биосовместимости с живыми тканями (рис. 4).
Рисунок 4. Титановые и танталовые конструкции для остеосинтеза.
Подобные конструкции простых и сложных конфигураций могут быть использованы для продолжительного или даже постоянного внедрения в организм человека. Это особенно важно для пожилых пациентов, поскольку избавляет их от необходимости операции по удалению фиксатора.
Эндопротезирование
Искусственные механизмы, имплантируемые хирургическим путем в костную ткань, называются эндопротезами. Наибольшее распространение получило эндопротезирование суставов – тазобедренного, плечевого, локтевого, коленного, голеностопного и т.д. Процесс эндопротезирования всегда представляет собой сложную операцию, когда часть не подлежащего естественному восстановлению сустава удаляется с последующей ее заменой на имплантат-эндопротез.
К металлическим компонентам эндопротезов предъявляется ряд серьезных требований. Они должны одновременно обладать свойствами жесткости, прочности, эластичности, возможностью создания необходимой поверхностной структуры, стойкостью к коррозионным воздействиям со стороны организма, исключающей риск отторжения, другими полезными качествами.
Для изготовления эндопротезов могут быть использованы различные биоинертные металлы. Ведущее место среди них занимают титан, тантал и их сплавы. Эти долговечные, прочные и удобные в обработке материалы обеспечивают эффективную остеоинтеграцию (воспринимаются костной тканью как естественные ткани организма и не вызывают с его стороны негативных реакций) и быстрое срастание костей, гарантируя стабильность протеза на длительные сроки, исчисляемые десятилетиями. На рис. 5 представлено применение титана в артропластике бедра.
Рисунок 5. Титановый эндопротез тазобедренного сустава.
При эндопротезировании как альтернативу использованию цельнометаллических конструкций широко используют метод плазменного напыления на поверхность неметаллических компонентов протеза защитных биосовместимых покрытий на основе оксидов Ti и Та.
Чистый титан и его сплавы. В сфере эндопротезирования находят широкое применение как чистый Ti (напр. CP-Ti с содержанием Ti 98,2-99,7 %), так и его сплавы. Наиболее распространенный из них Ti-6AI-4V при высоких показателях прочности, характеризуется коррозиестойкостью и биологической инертностью. Сплав Ti-6A1-4V отличается особенно высокой механопрочностью, имея торсионно-аксиальные характеристики, предельно близкие к аналогичным параметрам кости.
К настоящему времени разработан целый ряд современных титановых сплавов. Так, в химическом составе сплавав Ti-5AI-2,5Fe и Ti-6AI-17 Niobium не содержится токсичный V, кроме того, они отличаются низким значением модуля упругости. А сплаву Ti-Ta30 присуще наличие модуля терморасширения, сопоставимого с аналогичным показателем металлокерамики, что обуславливает его устойчивость при длительном взаимодействии с металлокерамическими компонентами имплантата.
Тантало-циркониевые сплавы. В сплавах Та+Zr совмещаются такие важнейшие для эндопротезирования свойства, как биосовместимость с тканями организма на основе коррозионной и гальванической стойкости, поверхностная жесткость и трабекулярная (пористая) структура металлической поверхности. Именно благодаря свойству трабекулярности возможно значительное ускорение процесса остеоинтеграции – наращивания на металлической поверхности имплантата живой костной ткани.
Эластичные эндопротезы из проволочной титановой сетки. Благодаря высокой пластичности и легкости в современной восстановительной хирургии, других медицинских отраслях активно используются инновационные эластичные эндопротезы в виде тончайшей проволочной титановой сетки-«паутины». Упругая, прочная, эластичная, долговечная и сохраняющая свойство биоинертности, сетка является идеальным материалом для эндопротезов мягких тканей (рис. 6).
Рисунок 6. Сетчатый эндопротез из титанового сплава для пластики мягких тканей.
«Паутину» уже успешно опробовали в таких сферах, как гинекология, челюстно-лицевая хирургия и травматология. По мнению специалистов, сетчатые титановые эндопротезы не знают себе равных в плане стабильности при практически нулевом риске побочных проявлений.
Титано-никелевые медицинские сплавы с эффектом запоминания формы
Сегодня в различных сферах медицины находят широкое распространение сплавы из никелида титана, имеющие т. наз. с эффект запоминания формы (ЭЗФ). Данный материал применяют для эндопротезирования связочно-хрящевой ткани опорно-двигательного аппарата человека.
Никелид титана (международный термин нитинол) представляет собой интерметаллид TiNi, который получают путем сплавления в равных пропорциях Ti и Ni. Важнейшей характеристикой никелид-титановых сплавов является свойство сверхупругости, на котором и базируется ЭЗФ.
Сущность эффекта состоит в том, что образец при охлаждении в определенном диапазоне температур легко деформируется, причем деформация самоустраняется при повышении температуры до первоначального значения с возникновением сверхупругих свойств. Другими словами, если пластину из сплава нитинол изогнуть при пониженной температуре, то в этом же температурном режиме она будет сохранять свою новую форму сколь угодно долго. Однако стоит лишь повысить температуру до исходной, пластина вновь выпрямится подобно пружине и обретет первоначальную форму.
Образцы продукции медицинского назначения из сплава нитинол показаны на представленных ниже рис. 7, 8, 9, 10.
Рисунок 7. Набор имплантатов из никелида титана для травматологии (в виде скоб, скреп, фиксаторов и т.д.).
Рисунок 8. Набор имплантатов из никелида титана для хирургии (в виде зажимов, дилататоров, хирургического инструментария).
Рисунок 9. Образцы пористых материалов и имплантатов из никелида титана для вертебрологии (в виде эндопротезов, изделий пластинчатой и цилиндрической конфигурации).
Рисунок 10. Материалы и эндопротезы из никелида титана для челюстно-лицевой хирургии и стоматологии.
Помимо этого, никелид-титановые сплавы, как и большинство изделий на титановой основе, биоинертны вследствие высокой коррозие- и гальваностойкости. Таким образом, это идеальный по отношению к организму человека материал для изготовления биомеханически совместимых имплантатов (БМСИ).
Применение Ti и Та для изготовления сосудистых стентов
Стентами (от англ. stent) - в медицине называют специальные, имеющие вид упругих сетчатых цилиндрических каркасов, металлоконструкции, помещаемые внутрь крупных сосудов (вен и артерий), а также прочих полых органов (пищевод, кишечник, желче- мочевыводящие протоки и др.) на патологически суженных участках с целью их расширения до необходимых параметров и восстановления проходимости.
Наиболее востребовано применение метода стентирования в такой сфере, как сосудистая хирургия, и, в частности, коронарная ангиопластика (рис. 11).
Рисунок 11. Образцы титановых и танталовых сосудистых стентов.
На сегодняшний день научно разработаны и внедрены в реальную практику сосудистые стенты более чем полутысячи различных типов и конструкций. Они различаются между собой по составу исходного сплава, длине, конфигурации отверстий, виду поверхностного покрытия, другим рабочим параметрам.
Требования, предъявляемые к сосудистым стентам, призваны обеспечить их безупречную функциональность, а потому многообразны и весьма высоки.
Данные изделия должны быть:
- биосовместимыми с тканями организма;
- гибкими;
- эластичными;
- прочными;
- рентгеноконстрастыми и т.д.
Основными материалами, используемыми сегодня при изготовлении металлостентов являются композиции благородных металлов, а также Та, Ti и его сплавы (ВТ6С, ВТ8, ВТ 14, ВТ23, нитинол), полностью биоинтегрируемые с тканями организма и сочетающие в себе комплекс всех прочих необходимых физико-механических свойств.
Сшивание костей, сосудов и нервных волокон
Периферические нервные стволы, поврежденные в результате различных механических травм или осложнений тех или иных заболеваний, нуждаются для восстановления в серьезном хирургическом вмешательстве. Положение усугубляется тем, что обычно подобные патологии наблюдаются на фоне травмирования сопутствующих органов, таких, как кости, сосуды, мышцы, сухожилия и др. В этом случае разрабатывается комплексная программа лечения с наложением специфических швов. В качестве же исходного сырья для изготовления шовного материала – нитей, скреп, фиксаторов и т.д. – используются титан, тантал и их сплавы, как металлы, обладающие химической биосовместимостью и всем комплексом необходимых физикомеханических свойств.
На представленных ниже рисунках изображены примеры подобных операций.
Рисунок 12. Сшивание кости титановыми скрепами.
Рисунок 13. Сшивание пучка нервных волокон с применением тончайших танталовых нитей.
Рисунок 14. Сшивание сосудов с применением танталовых скрепок.
В настоящее время разрабатываются все более совершенные технологии нейро- остео- и вазопластики, однако применяемые для этого титано-танталовые материалы продолжают удерживать пальму первенства перед всеми прочими.
Пластическая хирургия
Пластической хирургией называют устранение хирургическим путем дефектов органов с целью воссоздания их идеальных анатомических пропорций. Часто при этом подобные реконструкции выполняются с использованием имплантируемых в ткани различных металлических изделий в виде пластин, сеток, пружин и т.д.
Особенно показательна в данном отношении краниопластика – операция по исправлению деформации черепа. В зависимости от показаний в каждой конкретной клинической ситуации краниопластика может выполняться посредством наложения на оперируемый участок жестких титановых пластин или эластичных сеток из тантала. В обоих случаях допускается применение как чистых металлов без легирующих добавок, так и их биоинертных сплавов. Примеры краниопластики с применением титановой пластины и танталовой сетки представлены на приведенных ниже рисунках.
Рисунок 15. Краниопластика с использованием титановой пластины.
Рисунок 16. Краниопластика с применением танталовой сетки.
Титано-танталовые конструкции могут применяться также при косметическом восстановлении лица, груди, ягодиц и многих других органов.
Нейрохирургия (наложение микроклипсов)
Клипированием (англ. clip зажим) называется нейрохирургическая операция на сосудах головного мозга, имеющая целью остановить кровотечение (в частности, при разрыве аневризмы) либо выключить из кровообращения травмированные мелкие сосуды. Сущность метода клипирования заключается в том, что на поврежденные участки накладываются миниатюрные металлические зажимы - клипсы.
Востребованность метода клипирования, прежде всего, в нейрохирургической сфере объясняется невозможность перевязывания мелких мозговых сосудов традиционными способами.
В связи с разнообразием и спецификой возникающих клинических ситуаций, в нейрохирургической практике используется обширная номенклатура сосудистых клипсов, различающихся по конкретному назначению, способу фиксации, размерным и другим функциональным параметрам (рис. 17).
Рисунок 17. Клипсы для выключения аневризм головного мозга.
На фотографиях клипсы кажутся крупными, на самом же деле по размерам они не больше ноготка ребенка и устанавливаются под микроскопом (рис. 18).
Рисунок 18. Операция по клипированию аневризмы сосуда головного мозга.
Для изготовления клипсов, как правило, используют плоскую проволоку из чистого титана или тантала, в некоторых случаях из серебра. Такие изделия абсолютно инертны по отношению к мозговому веществу, не вызывая реакций противодействия.
Стоматологическая ортопедия
Широкое медицинское применение титан, тантал и их сплавы нашли в стоматологии, а именно в сфере протезирования зубов.
Ротовая полость – особенно агрессивная среда, негативно воздействующая на металлические материалы. Даже такие традиционно используемые при дентальном протезировании драгметаллы, такие как золото и платина, в ротовой полости не могут совершенно противостоять коррозии и последующему отторжению, не говоря уже о высокой стоимости и большой массе, вызывающей дискомфорт у пациентов. С другой стороны, легкие ортопедические конструкции из акриловой пластмассы также не выдерживают серьезной критики в силу своей недолговечности. Подлинной революцией в стоматологии стало изготовление отдельных коронок, а также мостовидных и съемных протезов на базисе титана и тантала. Данные металлы, ввиду таких присущих им ценных качеств, как биологическая инертность и высокая прочность при относительной дешевизне успешно конкурируют с золотом и платиной, а по ряду параметров даже превосходят их.
Большой популярностью, в частности, пользуются штампованные и цельнолитые титановые коронки (рис. 19). А коронки с плазменным напылением из нитрида титана TiN по внешнему виду и функциональным свойствам практически неотличимы от золотых (рис. 19)
Рисунок 19. Цельнолитая титановая коронка и коронка с напылением из нитрида титана.
Что же касается протезов, то они могут быть несъемными (мостовидными) для восстановления нескольких рядом стоящих зубов или съемными, используемыми при утрате всего зубного ряда (полная адентия челюсти). Наиболее распространенные протезы – бюгельные (от нем. der Bogen «дуга»).
Бюгельный протез выгодно отличает наличие металлического каркаса, на котором крепится базисная часть (рис. 20).
Рисунок 20. Бюгельный протез нижней челюсти.
Сегодня бюгельная часть протеза и кламмеры выполняются, как правило, из чистого медицинского титана высокой чистоты марки ТВЧ.
Подлинной революцией в стоматологии явилась становящаяся все более востребованной технология имплантационного зубного протезирования. Протезирование на имплантатах – самый надежный способ крепления ортопедических конструкций, которые в этом случае служат десятилетиями или даже пожизненно.
Дентальный (зубной) имплантат – служащая опорой для коронок, а также мостовидных и съемных протезов двусоставная конструкция, базовая часть которой (собственно имплантат) представляет собой конусный штифт с резьбой, ввинчиваемый непосредственно в кость челюсти. На верхнюю платформу имплантата устанавливается абатмент, служащий для фиксации коронки или протеза (рис. 21).
Рисунок 21. Зубной имплантат Nobel Biocare из чистого медицинского титана класса 4(G4Ti).
Чаще всего для изготовления винтовой части имплантата служит чистый медицинский титан с поверхностным тантал-ниобиевым напылением, способствующим активизации процесса остеоинтеграции – сращивания металла с живыми костными и десневыми тканями.
Однако некоторые производители предпочитают изготавливать не двусоставные, а цельные имплантаты, в которых винтовая часть и абатмент имеют не раздельную, а монолитную структуру. При этом, например, немецкая компания Zimmer производит цельные имплантаты из пористого тантала, который, в сравнении с титаном, обладает большей гибкостью и внедряется в ткань кости с практически нулевым риском осложнений (рис. 22).
Рисунок 22. Цельные зубные имплантаты Zimmer из пористого тантала.
Тантал, в отличие от титана – более тяжелый металл, поэтому пористая структура существенно облегчает изделие, не вызывая, к тому же, необходимости в дополнительном внешнем напылении остеоинтегрирующего покрытия.
Примеры имплантационного протезирования отдельных зубов (коронки) и путем установки на имплантаты съемных протезов показаны на рис. 23.
Рисунок 23. Примеры применения титано-танталовых имплантатов в зубном протезировании.
Ныне, в добавление к уже существующим, разрабатываются все новые методики протезирования на имплантатах, показывающие высокую эффективность в различных клинических ситуациях.
Изготовление медицинского инструментария
Сегодня в мировой клинической практике используется сотни разновидностей различных хирургических и эндоскопических инструментов и медицинской аппаратуры, изготавливаемых с применением титана и тантала (ГОСТ 19126-79 «Инструменты медицинские металлические. Общие технические условия». Они выгодно отличаются от прочих аналогов по показателям прочности, пластичности и коррозиестойкости, обуславливающей биологическую инертность.
Титановые мединструменты по легкости почти вдвое превосходят стальные аналоги, являясь при этом более удобными и долговечными.
Рисунок 24. Хирургические инструменты, изготовленные на титано-танталовой основе.
Основными медицинскими отраслями, в которых более всего востребован титаново-танталовый инструментарий, являются офтальмологическая, стоматологическая, отоларингологическая и хирургическая. В составе обширной номенклатуры инструментов представлены сотни наименований шпателей, клипсов, расширителей, зеркал, зажимов, ножниц, щипцов, скальпелей, стерилизаторов, тубусов, долот, пинцетов, всевозможных пластин.
Биохимические и физикомеханические характеристики легких титановых инструментов имеют особую ценность для военно-полевой хирургии и различных экспедиций. Здесь они совершенно незаменимы, поскольку в экстремальных условиях буквально каждые 5-10 граммов лишнего груза являются существенной обузой, а устойчивость к коррозии и максимум надежности – обязательные требования.
Титан, тантал и их сплавы в виде монолитных изделий или тонких защитных покрытий активно применяют в медицинском приборостроении. Их используют при изготовлении дистилляторов, насосов для перекачки агрессивных сред, стерилизаторов, компонентов наркозо-дыхательной аппаратуры, сложнейших устройств для дублирования работы жизненно важных органов типа «искусственное сердце», «искусственное легкое», «искусственная почка» и др.
Титановые головки аппаратов для УЗИ имеют самый продолжительный эксплуатационный ресурс, при том, что аналоги из прочих материалов даже при нерегулярном воздействии ультразвуковых колебаний быстро приходят в негодность.
В дополнение к выше сказанному можно отметить, что титан, как и тантал, в отличие от многих других металлов, имеют способность к десорбированию («отталкиванию») излучения радиоактивных изотопов, в связи с чем активно применяются в производстве различных защитных устройств и радиологической аппаратуры.
Заключение
Разработка и производство изделий медицинского назначения – одно из наиболее интенсивно развивающихся направлений научно-технического прогресса. С началом третьего тысячелетия медицинская наука и техника вошли в число основных движущих сил современной мировой цивилизации.
Значение металлов в человеческой жизнедеятельности неуклонно возрастает. Революционные изменения происходят на фоне интенсивного развития научного материаловедения и практической металлургии. И вот уже в последние десятилетия «на щит истории» подняты такие промышленные металлы, как титан и тантал, которые со всеми на то основаниями можно назвать конструкционными материалами нового тысячелетия.
Значение титана в современном врачевании просто невозможно переоценить. Несмотря на относительно непродолжительную историю использования в практических целях, он стал одним из лидирующих материалов во множестве медицинских отраслей. Титан и его сплавы обладают для этого суммой всех необходимых характеристик: коррозиестойкостью (и, как следствие, биоинертностью), а также легкостью, прочностью, твёрдостью, жёсткостью, долговечностью, гальванической нейтральностью и т.д.
Не уступает титану в плане практической значимости и тантал. При общем сходстве большинства полезных свойств по некоторым качествам они уступают, а по некоторым – превосходят друг друга. Вот почему трудно, да и вряд ли разумно объективно судить о приоритетности какого-то одного из этих металлов для медицины: они, скорее, органично дополняют друг друга, чем конфликтуют между собой. Достаточно отметить, что ныне активно разрабатываются и находят реальное применение медицинские конструкции на основе титано-танталовых сплавов, объединяющих в себе все преимущества Ti и Та. И далеко не случайно в последние годы предпринимаются все более успешные попытки создания имплантируемых непосредственно в организм человека полноценных искусственных органов из титана, тантала и их соединений. Близится время, когда, скажем, понятия «титановое сердце» или «танталовые нервы» уверенно перейдут из разряда фигур речи в сугубо практическую плоскость.
Кобальтохромовые сплавы
Кобальтохромовые сплавы марки КХС
кобальт 66-67%, придающий сплаву твердость, улучшая, таким образом, механические качества сплава.
хром 26-30%, вводимый для придания сплаву твердости и повышения антикоррозийной стойкости, образующего пассивирующую пленку на поверхности сплава.
никель 3-5%, повышающий пластичность, вязкость, ковкость сплава, улучшая тем самым технологические свойства сплава.
молибден 4-5,5%, имеющий большое значения для повышения прочности сплава за счет придания ему мелкозернистости.
марганец 0,5%, увеличивающий прочность, качество литья, понижающий температуру плавления, способствующий удалению токсических зернистых соединений из сплава.
углерод 0,2%, снижающий температуру плавления и улучшающий жидкотекучесть сплава.
кремний 0,5%, улучшающий качество отливок, повышающий жидкотекучесть сплава.
железо 0,5%, повышающий жидкотекучесть, увеличивающий качество литья.
азот 0,1%, снижающий температуру плавления, улучшающий жидкотекучесть сплава. В то же время увеличение азота более 1% ухудшает пластичность сплава.
бериллий 0-1,2%
алюминий 0,2%
СВОЙСТВА: КХС обладает высокими физико-механическими свойствами, относительно малой плотностью и отличной жидкотекучестью, позволяющей отливать ажурные зуботехнические изделия высокой прочности. Температура плавления составляет 1458С, механическая вязкость в 2 раза выше таковой у золота, минимальная величина предела прочности при растяжении составляет 6300 кгс/см 2 . Высокий модуль упругости и меньшая плотность (8 г/см 3) позволяют изготавливать более легкие и более прочные протезы. Они также устойчивее против истирания и длительнее сохраняют зеркальный блеск поверхности, приданный полировкой. Благодаря хорошим литейным и антикоррозийным свойствам сплав используется в ортопедической стоматологии для изготовления литых коронок, мостовидных протезов, различных конструкции цельнолитых бюгельных протезов, каркасов металлокерамических протезов, съемных протезов с литыми базисами, шинирующих аппаратов, литых кламмеров.
ФОРМА ВЫПУСКА: выпускается в виде круглых заготовок массой 10 и 30г, упакованных по 5 и 15 шт.
Все выпускаемые сплавы металлов для ортопедической стоматологии делятся на 4 основные группы:
Бюгоденты - сплавы для литых съемных протезов.
КХ-Денты - сплавы для металлокерамических протезов.
НХ-Денты - никелехромовые сплавы для металлокерамических протезов.
Дентаны - железоникелехромовые сплавы для зубных протезов.
1. Бюгоденты. Являются многокомпонентным сплавом.
СОСТАВ: кобальт, хром, молибден, никель, углерод, кремний, марганец.
СВОЙСТВА: плотность - 8,35г/см 3 , твердость по Бринеллю - 360-400 НВ, температура плавления сплава - 1250-1400С.
ПРИМЕНЕНИЕ: используется для изготовления литых бюгельных протезов, кламмеров, шинирующих аппаратов.
Бюгодент CCS vac (мягкий) - содержит 63% кобальта, 28% хрома, 5% молибдена.
Бюгодент CCN vac (нормальный) - содержит 65% кобальта, 28% хрома, 5% молибдена, а также повышенное содержание углерода и не имеет в своем составе никеля.
Бюгодент CCH vac (твердый) - основу составляет кобальт - 63%, хром - 30% и молибден - 5%. Сплав имеет максимальное содержание углерода - 0,5%, дополнительно легирован ниобием - 2% и не имеет в своем составе никеля. Обладает исключительно высокими упругими и прочностными параметрами.
Бюгодент ССC vac (медь) - основу составляет кобальт - 63%, хром - 30%, молибден - 5%.Химический состав сплавов включает в себя медь и повышенное содержание углерода - 0,4%. В результате этого сплав обладает высокими упругими и прочностными свойствами. Наличие мели в сплаве облегчает полирование, а также проведение другой механической обработки протезов из него.
Бюгодент CCL vac (жидкий) - в состав сплава кроме кобальта - 65%, хрома - 28% и молибдена - 5% введен бор и кремний. Этот сплав обладает великолепной жидкотекучестью, сбалансированными свойствами.
2. КХ-Денты
ПРИМЕНЕНИЕ: используются для изготовления литых металлических каркасов с фарфоровыми облицовками. Окисная пленка, образующаяся на поверхности сплавов, позволяет наносить керамические или ситалловые покрытия. Различают несколько видов данного сплава: CS, CN, CB, CC, CL, DS, DM.
КХ-Дент CN vac (нормальный ) содержит 67% кобальта, 27% хрома и 4,5% молибдена, но не содержит углерода и никеля. Это существенно улучшает его пластические характеристики и снижает твердость.
КХ-Дент CB vac (Bondy) имеет следующий состав: 66,5% кобальта, 27% хрома, 5% молибдена. Сплав обладает хорошим сочетанием литейных и механических свойств.
3. НХ-Денты
СОСТАВ: никель - 60-65%; хром - 23-26%; молибден - 6-11%; кремний - 1,5-2%; не содержат углерода.
Сплавы НХ-Дент на никелехромовой основе
ПРИМЕНЕНИЕ: для качественных металлокерамических коронок и небольших мостовидных протезов обладают высокой твердостью и прочностью. Каркасы протезов легко шлифуются и полируются.
СВОЙСТВА: сплавы обладают хорошими литейными свойствами, имеют в своем составе рафинирующие добавки, что позволяет не только получать качественное изделие при литье в высокочастотных индукционных плавильных машинах, но и использовать до 30% литников повторно в новых плавках. Различают несколько видов данного сплава: NL, NS, NH.
НХ-Дент NS vac (мягкий ) - в своем составе содержит никель - 62%, хром - 25% и молибден - 10%. Он обладает высокой стабильностью формы и минимальной усадкой, что позволяет производить отливку мостовидных протезов большой протяженности в один прием.
НХ-Дент NL vac (жидкий ) - содержит 61% никеля, 25% хрома и 9,5% молибдена. Этот сплав обладает хорошими литейными свойствами, позволяющими получить отливки с тонкими, ажурными стенками.
4.Дентаны
СВОЙСТВА: сплавы типа Дентан разработаны взамен литейных нержавеющих сталей. Они обладают существенно более высокой пластичностью и коррозионной стойкостью за счет того, что в их составе почти в 3 раза никеля и на 5% больше хрома. Сплавы имеют хорошие литейные свойства - малую усадку и хорошую жидкотекучесть. Очень податливы в механической обработке.
ПРИМЕНЕНИЕ: используются для изготовления литых одиночных коронок, литых коронок с пластмассовой облицовкой. Различают несколько видов данного сплава: DL, D, DS, DM.
Дентан D содержит 52% железа, 21% никеля, 23% хрома. Обладает высокой пластичностью и коррозионной устойчивостью, имеет небольшую усадку и хорошую жидкотекучесть.
Дентан DM содержит 44% железа, 27% никеля, 23% хрома и 2% молибдена. В состав сплава дополнительно введен молибден, что повысило его прочность в сравнении с предыдущими сплавами, при сравнении того же уровня обрабатываемости, жидкотекучести и других технологических свойств.
Для некоторых никелехромовых сплавов наличие оксидной пленки может иметь отрицательное значение, поскольку при высокой температуре обжига окислы никеля и хрома растворяются в фарфоре, окрашивая его. Возрастание количества окиси хрома в фарфоре приводит к понижению его коэффициента термического расширения, что может явиться причиной откалывания керамики от металла.
Сплавы титана
СВОЙСТВА: сплавы титана обладают высокими технологическими и физико-механическими свойствами, а также биологической инертностью. Температура плавления титанового сплава составляет 1640С. Изделия из титана обладают абсолютной инертностью к тканям полости рта, полным отсутствием токсического, термоизолирующего и аллергического воздействия, малой толщиной и массой при достаточной жесткости базиса благодаря высокой удельной прочности титана, высокой точностью воспроизведения мельчайших деталей рельефа протезного ложа.
ВТ-100 листовой - используется для изготовления штампованных коронок (толщина 0,14-0,28мм), штампованных базисов (0,35-0,4мм) съемных протезов.
ВТ-5Л - литьевой - используется для изготовления литых коронок, мостовидных протезов, каркасов бюгельных шинирующих протезов, литых металлических базисов.
