ТЕМА 4. Принципы адгезии

 

Практическое занятие № 4. Адгезия и когезия, механическая адгезия. Физические характеристики твердых тканей зуба и кости верхней и нижней челюсти.

 

Цель практического занятия

 

1.Изучить свойства, виды адгезии, когезии, структуру твердых тканей зуба и кости.

2.Ориентироваться в определениях: адгезия, когезия, механизмы, виды, зона адгезии.

3.Понимать область применения механизмов адгезии.

4.Знать о причинах нарушения адгезии к твердым тканям зуба.

Содержание

 

Адгезия – это сила, которая соединяет два разнородных материала, приведенных в близкий контакт.

Когезия – это притяжение между одинаковыми атомами или молекулами в пределах одного вещества.

Материал или слой, который наносят, чтобы получить адгезионное соединение, называют адгезивом. Материал, на который наносят адгезив, называется субстратом.

Адгезия связывает адгезив с субстратом, тогда как когезия связывает отдельные элементы фиксирующего вещества, т.е. обеспечивает внутреннюю прочность. И адгезия, и когезия определяют общую эффективность связи.

При разобщении адгезива и субстрата возникнает отделение реставрационного материала (нарушение адгезии), а при разрушении самого адгезива возникает нарушение когезии.

 

Рассмотрим, что относится к когезионным и адгезионным силам.

I. Когезионные силы

 

Когезией называют сцепление однородных молекул, атомов или ионов, которые включают все виды межмолекулярного и межатомного притяжения внутри одной фазы. Когезия в твердых телах значительно больше, чем в жидкости. Если физические тела, соприкосающиеся между собой, однородны, то адгезия переходит в когезию.

Когезионную прочность обеспечивают несколько молекулярных сил, которые влияют на свойства адгезива: консистенцию, текучесть и вязкость. Во время схватывания происходит затвердевание, благодаря межмолекулярным связям в адгезиве, формированию новых связей и усилению существующих, обычно путем сшивания молекул с короткой цепью с формированием длинных цепей и/или трехмерных сетей молекулярных цепей.

Когезионная прочность адгезива зависит от условий затвердевания. Если условия не оптимальны, когезионная прочность уменьшается.

 

II.    Адгезионные силы

 

Адгезионное соединение – неразъемное, однако в случае приложения определенных усилий его можно разрушить.

Слово «адгезия» происходит от лат. adhaeree (ad- к + haerere – приклеивать). Адгезия разделяется на 3 основных (табл. 6) типа: химическая, дисперсионная, диффузионная.

Микромеханические эффекты имеют значение в феномене адгезии: шероховатая поверхность субстрата при контакте с адгезивом увеличивает адгезию.

 Сила присоединения (адгезии), или сила связывания, измеряется силой, которую способен выдержать адгезив без разрушения.

Период, в течение которого адгезив остается эффективным, определяют как прочность.

Адгезионная связь может быть механической, физической или химической, но обычно она представляет собой комбинацию этих видов связи.

 

1.     Механическая адгезия

Эта адгезия образуется за счет присутствия таких неровностей поверхности, как углубления, трещины, щели, при развитии которых образуются микроскопические поднутрения.

Основным условием образования механической адгезии является способность адгезива легко проникать в углубления на поверхности субстрата, а затем твердеть.

Идеальной ситуацией является полное смачивание субстрата адгезивом. Для улучшения контакта перед нанесением адгезива следует избавиться от воздуха или пара, присутствующих в углублениях.

Термин истинная или специфическая адгезия (табл. 6) обычно используется для того, чтобы отличить физическую и химическую адгезию от механической, однако от подобных терминов лучше отказаться, поскольку они не совсем точны.

Физическая и химическая отличаются от механической адгезии тем, что первые вовлекают адгезив и субстрат в молекулярное взаимодействие друг с другом, в то время как для механической такое взаимодействие на поверхности раздела двух фаз не требуется.

Примером физической адгезии является сцепления эмали с полимером после протравливания эмали 37% фосфорной кислотой. При протравливании эмали кислотой с ее поверхности удаляется слой толщиной около 10 мкм и образуются микропоры глубиной 5-50 мкм. За счет этого увеличивается площадь соединения композита и твердых тканей зубов.

 

 

2.     Физическая адгезия

 

При близком контакте двух плоскостей образуются вторичные связи за счет диполь-дипольного взаимодействия между поляризованными молекулами. Величина энергии связи зависит от относительной ориентации диполей в двух плоскостях, обычно эта величина составляет не более 0,2 eV. Это значение намного меньше, чем у первичных связей, таких, как ионные или ковалентные, у которых энергия связи обычно колеблется в пределах от 2,0 до 6,0 eV.

Соединение неполярных жидкостей с полярными твердыми веществами затруднено, и наоборот, поскольку между этими двумя веществами будет отсутствовать взаимодействие на молекулярном уровне, даже при их близком контакте.

Такое поведение наблюдается у жидких силиконовых полимеров, которые являются неполярными и поэтому не образуют вторичных связей с твердыми поверхностями. Связи с ними возможны только при прохождении химической реакции сшивания, которая создаст места соединений между жидкостью и твердым телом.

 

3.     Химическая адгезия

 

Если после адсорбции на поверхности молекула диссоциирует, и затем ее функциональные группы, каждая в отдельности, смогут соединяться ковалентными или ионными связями с поверхностью, то в результате образуется прочная адгезионная связь. Такую форму адгезии называют хемосорбцией, и она может быть по своей природе как ионной, так и ковалентной.

Химическая связь отличается от физической тем, что два соседних атома совместно обладают одними и теми же электронами. Поверхность адгезива должна быть прочно соединена с поверхностью субстрата через химические связи, поэтому необходимо присутствие реакционно-способных групп на обеих поверхностях.

В отличие от неметаллических соединений, между твердым и жидким металлами легко образуется металлическая связь – этот механизм лежит в основе паяния. Металлическая связь возникает за счет свободных электронов и не зависит от присутствия реакционно-способных групп. Однако эта связь возможна только в том случае, если металлические поверхности будут идеально чистыми. На практике это означает, что для удаления оксидных пленок необходимо использовать флюсы, в противном случае эти пленки будут препятствовать контакту между атомами металлов.

Химическая адгезия – это создание химического соединения. Примером материала, образующего химическую адгезию с тканями зуба, являются стеклополиалкенатные цементы, в которых за счет образования между карбоксильными группами макромолекул полиакриловой кислоты и кальцием гидроксиапатита дентина и эмали комплексных (хелатных) соединений образуется химическая связь.

Адгезия встречается во многих случаях применения восстановительных материалов в стоматологии. Например, при соединении пломбы со стенками полости зуба, герметика и лака с зубной эмалью; при фиксации несъемных зубных протезов цементами. В ортодонтии на принципах адгезии крепятся брекеты к поверхности зубов. Адгезия присутствует и в комбинированных протезах, с помощью которых стремятся придать восстановлению эстетические и функциональные свойства, а именно при использовании фарфора и металла в металлокерамических протезах, пластмассы и металла – в металлопластмассовых.

 

III.    Физические характеристики твердых тканей зуба и кости верхней и нижней челюсти

 

Твердые ткани зуба

Эмаль зуба. Имеет призматическую структуру с игольчатыми кристаллами гидроксиапатита 260 - 680 Å, площадь поверхности составляет 4±1м²/г^-1, объем пор около 9 %. Минеральный состав относительно постоянен, однако твердость варьирует от 2,86 г/см^-3 в области дентиноэмалевой границы до 3,01 г/см^-3 на поверхности зуба. Эмаль проницаема для воды, ионов и маленьких молекул. При нормальных физиологических условиях эмаль находится в физико-химическом равновесии со слюной (т.е. стабильна). Накопление фосфатов кальция замедляется/ингибируется протеинами слюны, что предотвращает постоянный рост минерального компонента эмали. Поскольку эмаль не имеет клеточного строения, она не может восстанавливаться или регенерировать.

Дентин. Кристаллы гидроксиапатита в дентине плоские, 500-600 Å в длину и несколько меньше в ширину, толщина 20-35 Å.

Матрикс дентина содержит множество протеинов и окружает трубочки, заполненные отростками одонтобластов жидкостью наподобие сыворотки. Характеристики трубочек варьируют в зависимости от локализации, предположительно из-за большего их количества у пульпы.

При отсутствии одонтобластических отростков трубочки постоянно контактируют с внеклеточной жидкостью пульпы. Пульпарная циркуляция поддерживает внутриклеточное гидравлическое давление на уровне 24 мм рт.ст., что вызывает обратный ток жидкости в трубочках от пульпы к дентиноэмалевой границе при удалении эмали.

Такой же ток жидкости является следствием внешнего гидростатического и осмотического давления. Положительный или отрицательный ток жидкости через пораженные трубочки влияет на нервные окончания одонтобластов или пульпы, что является основой гидродинамической теории пульпарной гиперчувствительности (гипералгезии).

Цемент. Цемент примерно на 50% состоит из гидроксиапатита, органический матрикс по большей части представлен коллагеном и основным веществом. Цемент не имеет васкуляризации, не регенерирует, но более устойчив к резорбции, чем кость.

Слой цемента на эмалево-цементной границе составляет 20-50 мкм, а к верхушке зуба увеличивается до 150-200 мкм.

Различают два основных типа цемента:

1.     Неклеточный: узкий слой, расположенный непосредственно рядом с дентиновой поверхностью корня.

2.     Клеточный: покрывает верхнюю треть корня и налегающий неклеточный цемент.

Костная ткань верхней и нижней челюсти. Свойства костей нижней и верхней челюсти имеют решающее значение в успешной имплантации протеза. Кость – это особый вид соединительной ткани, состоящий из органического матрикса, пронизанного слабо кристаллизованным кальций-дефицитным гидроксиапатитом.

Минеральный состав кости (табл.7) отличается от такового других твердых тканей зуба. Кость содержит больше органических веществ. Состав кости варьирует в каждом отдельном случае.

 

 

Выделяют 4 типа кости (табл.8)

 

 

 

Вывод

Соединение тканей зуба с полимерными пломбировочными материалами, протезного ложа с базисом протеза, брекетов с поверхность зуба и др. происходит за счет адгезии. Адгезионная связь стоматологических материалов с тканями полости рта представляет собой комбинацию механической, физической и химической адгезии.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Для чего проводится протравливание твердых тканей зуба?

2. Какой кислотой проводится протравливание твердых тканей зуба?

3. Что такое механическая, физическая, химическая адгезия?

4. В чем разница между физической и химической адгезией?

5. По какому принципу классифицируют кость?

 

Литература: [1. C.11-12, 2. С. 16-19, 6. С. 215-218, 7. С. 11-15, 8. С. 73-84].