Композитные материалы светового отверждения: состав и свойства

В современной стоматологии композитные пломбировочные материалы светового отверждения (светополимеризующиеся композиты) широко используются для реставрации зубов, особенно для восстановления эстетических и функциональных характеристик. К материалам для реставрации твердых тканей зуба предъявляются особые требования: они должны быть достаточно прочными, безопасными, эстетичными и долго сохранять свою форму.

Композит - пломбировочный материал цвета натуральных зубов, который способен затвердевать в результате химической реакции или под воздействием света.

Основные компоненты композитных материалов:

• Органическая матрица
• Неорганический наполнитель
• Поверхностно-активные вещества

Неорганический наполнитель представлен измельченными частицами кварца, фарфоровой муки, циркония и других соединений, которые определяют прочность, полируемость, консистенцию, физические и оптические свойства композита. Поверхностно-активные вещества (производные кремниевой кислоты) выступают связующим звеном между органическими и неорганическими веществами.

В последнее время ученые-медики все больше внимания уделяют вопросам, связанным с качеством жизни человека. У стоматологов появился термин Oral health-related quality of life, который напрямую связывает качество жизни и здоровье полости рта. Общепризнано, что стоматологическое лечение не только устраняет зубную боль, восстанавливает утраченные зубы и правильный прикус, но и придает красоту зубам.

В статье представлен анализ химического состава и физико-механических свойств двух композитных материалов разных производителей: Filtek Ultimate Universal Restorative material (производитель: 3M ESPE, USA) и ЭСТЕЛЮКС НК (производитель: Россия).

Типы композитных материалов:

• Нанокомпозиты: содержат наночастицы, что обеспечивает высокую прочность и эстетические качества.
• Микрофилы: используются для создания высокоэстетичных реставраций.
• Микрогибриды: представляют собой сочетание микрофильных и наночастиц.
• Традиционные композиты: в зависимости от состава дают усадку от 0,5 до 5%.
• Ормокеры: содержат керамические наполнители и модифицированную матрицу на основе двуокиси кремния.

По типу отверждения:

• Химиотверждаемые: материал переходит в твердую фазу через 2-3 мин.
• Светоотверждаемые: активация материала с помощью специальной лампы с синим светом.
• Двойного отверждения (светового и химического).
• Затвердевающие под воздействием света и тепла.
• Затвердевающие в отсутствие кислорода.

Обзор современных композитных материалов светового отверждения

Состав и свойства Filtek Ultimate Universal Restorative material

Химический состав Filtek Ultimate Universal Restorative material (производитель: 3M ESPE, USA) представлен полимерной матрицей - BIS-GMA, UDMA, TEGDMA, PEGDMA и bis-EMA. Характеристики композитных материалов зависят от соотношения компонентов, входящих в полимерную матрицу. Матрица на основе BIS-GMA имеет полимеризационную усадку не более 7%, быстрое отверждение по принципам свободно-радикального инициирования, хорошую прочность.

Для уменьшения вязкости в полимерную матрицу производители добавляют TEGMA, который разбавляет структуру композита. UDMA, имея наименьшую вязкость (от 5000 до 10000 МПа∙с), обеспечивает хорошую адаптацию и вклеиваемость [5]. В композите Filtek Ultimate Universal Restorative material часть TEGDMA замещается на BIS-GMA и UDMA, и это способствует повышению наполненности и механической прочности.

Неорганический компонент определяется размером частиц, который представлен комбинацией неагломерированного/неагрегированного 20 нм кремниевого наполнителя, неагломерированного/неагрегированного 4-11 нм циркониевого наполнителя и дисперсного циркониевого/кремниевого кластерного наполнителя (состав - частицы кремния размером 20 нм и частицы циркония размером 4-11 нм). При этом в композит входят разные количества разноразмерных частиц. Средний размер составляет 0,6-10 мкм и определяет универсальные оттенки «боди» дентина, эмали; 0,6-20 мкм у прозрачных оттенков.

Доля неорганического наполнителя в композите составляет около 72,5% веса (55,6% объема) для прозрачных оттенков и 78,5% веса (63,3% объема) для всех остальных оттенков. Малый размер частиц обеспечивает высокие эстетические свойства, легкость полировки и хорошую износостойкость, так как полимерная матрица лучше защищена от истирания благодаря более плотному расположению частиц в смоле. Таким образом, стоматологический материал «Filtek Ultimate Universal Restorative material» производят в большой вариации кластерного размера, что обеспечивает хорошую наполненность материала и не влияет на ретенцию блеска. Материал обладает флюоресценцией, сходной с тканями зуба, и выраженным хамелеон-эффектом.

Структура материалов-хамелеонов создает диффузное отражение света, подобное натуральным структурам зуба. Соотношение различных частиц подобрано таким образом, что вместе они образуют сложный комплекс взаимных отражений света, а благодаря их разной отражающей способности создают диффузное отражение света, которое также свойственно тканям зуба. Световой пучок проходит внутрь реставрации и отражается как от поверхности частиц наполнителя, так и от структур зуба. В результате реставрация сливается с окружающими тканями, воспринимаясь как единое целое. Благодаря мультиповерхностным частицам достигается высокий эстетический уровень [9]. Нанокластеры структурно интегрированы и обеспечивают высокую прочность на изгиб - 152,3 МПа, а при диаметральном растяжении - 77,5 МПа [6, 7].

Компоненты Filtek Ultimate Universal Restorative material:

1. Полимерная матрица:
   • BIS-GMA (бисфенол-А-глицидилметакрилат)
   • UDMA (уретандиметилметакрилат)
   • TEGDMA (триэтиленгликольдиметакрилат)
   • PEGDMA
   • bis-EMA
2. Неорганический компонент:
   • Неагломерированный/неагрегированный 20 нм кремниевый наполнитель
   • Неагломерированный/неагрегированный 4-11 нм циркониевый наполнитель
   • Дисперсный циркониевый/кремниевый кластерный наполнитель (частицы кремния размером 20 нм и частицы циркония размером 4-11 нм)
3. Инициаторы: камфорахинон, фенилпропандион.
4. Стабилизаторы: метиловый эфир гидроквинона, гидрокситолуол.

Рис. 1. Химические формулы компонентов композитных материалов: a - BIS-GMA, b - UDMA, c - TEGDMA, d - Камфорахинон, e - Метиловый эфир гидроквинона

Состав и свойства ЭСТЕЛЮКС НК

Анализ состава и свойств композитов российских производителей позволил определить наиболее качественный и широко используемый в практике наногибридный материал - ЭСТЕЛЮКС НК, который представлен полимерной матрицей, состоящей из аналогичных для «Filtek Ultimate Universal Restorative material» составных частей, а именно: UDMA - уретандиметакрилат, BIS-GMA - бисфенол-А-глицидилметакрилат и ТГМ - триэтиленгликольдиметакрилат. За счет этих компонентов обеспечиваются прочность на изгиб не менее 50 МПа, диаметральная прочность не менее 34 МПа, что несколько уступает импортному материалу [10].

Неорганический наполнитель российского материала представлен следующими компонентами: бариевое алюмоборосиликатное стекло ПМ-3, стеклонаполнитель GM 32087, стеклонаполнитель Nano Fine 27884. Дисперсность частиц наполнителя составляет 20-100 нм, 0,04-1,0 мкм, что создает плотную массу при пломбировании. За счет небольшого размера частиц композита сохраняются цветостабильность и легкость полировки до сухого блеска. В этих свойствах российский материал не уступает «Filtek Ultimate Universal Restorative material». Эмалевый оттенок обладает повышенной прозрачностью, которая близка к цвету эмали зуба. При этом в материале ЭСТЕЛЮКС НК также отмечается эффект хамелеона, что обеспечивает невидимую границу между эмалью зуба и реставрацией.

В ЭСТЕЛЮКС НК также входят поверхностно-активное вещество - силан А-174 - и дополнительные компоненты - пигменты железоокисные и флюоресцирующий пигмент, стабилизатор - бутилированный гидрокситолуол и инициатор - камфорохинон.

ЭСТЕЛЮКС НК легко моделируется, так как обладает тиксотропностью, то есть после механического давления на материал композит способен изменять свою консистенцию. Это свойство, безусловно, создает определенные удобства для врача-стоматолога в процессе работы. Анализируемый материал рекомендуется для пломбирования как передних, так и боковых групп зубов.

Компоненты ЭСТЕЛЮКС НК:

• Полимерная матрица:
  • UDMA (уретандиметакрилат)
  • BIS-GMA (бисфенол-А-глицидилметакрилат)
  • ТГМ (триэтиленгликольдиметакрилат)
• Неорганический наполнитель:
  • Бариевое алюмоборосиликатное стекло ПМ-3
  • Стеклонаполнитель GM 32087
  • Стеклонаполнитель Nano Fine 27884
• Поверхностно-активное вещество: силан А-174
• Дополнительные компоненты:
  • Пигменты железоокисные
  • Флюоресцирующий пигмент
  • Стабилизатор - бутилированный гидрокситолуол
  • Инициатор - камфорохинон

Сравнительная характеристика Filtek Ultimate и ЭСТЕЛЮКС НК

Анализ двух композитных материалов показал множество сходных свойств, которые обеспечивают качество и взаимное замещение друг друга. Filtek Ultimate Universal Restorative material и ЭСТЕЛЮКС НК находятся практически на одном уровне.

Установлено, что каждый композит представляет собой комбинацию основных (матрица, неорганический наполнитель) и дополнительных компонентов, от которых зависят физико-механические свойства (плотность, прочность и прочность на изгиб, вязкость, быстрота отверждения, эффект хамелеона), которые обеспечивают качественное проведение необходимых плановых манипуляций. Дифференциация химического состава позволила наглядно сравнить компоненты и выявить вклад каждого из них в организацию структуры композита за счет образования химических связей. В частности, наличие поверхностно-активных веществ обеспечивает соединение разных по природе матрицы и наполнителя, что способствует структурообразованию материала. Сочетание различных оксидов металла и размеров наполнителя обеспечивает цветовую гамму субстанции.

Удачная комбинация компонентов стоматологических материалов позволяет добиться рентгеноконтрастности, низкой полимеризационной усадки, создать высокую эстетику, что повышает качество выполненной работы и обеспечивает высокое качество жизни пациентов.

Характеристика	Filtek Ultimate Universal Restorative material	ЭСТЕЛЮКС НК
Полимерная матрица	BIS-GMA, UDMA, TEGDMA, PEGDMA, bis-EMA	UDMA, BIS-GMA, ТГМ
Неорганический наполнитель	Кремниевый и циркониевый наполнители (20 нм и 4-11 нм)	Бариевое алюмоборосиликатное стекло ПМ-3, стеклонаполнители GM 32087, Nano Fine 27884
Размер частиц наполнителя	0,6-10 мкм (боди), 0,6-20 мкм (прозрачные оттенки)	20-100 нм, 0,04-1,0 мкм
Эффект хамелеона	Выраженный	Отмечается
Прочность на изгиб	152,3 МПа	Не менее 50 МПа
Диаметральная прочность	77,5 МПа	Не менее 34 МПа