способ полимеризации светоотверждаемого композита и полимеризационный прибор для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ полимеризации светоотверждаемого композита, заключающийся в плавновозрастающем светоэнергетическом воздействии на всю его поверхность направленного светового потока, отличающийся тем, что единый световой поток дифференцируют на сфокусированные микролучи с зонами светового пробела и направляют на поверхность композита, формируя в первой трети временного цикла облучения зоны активной и пассивной глубинной полимеризации, с дезориентацией и нейтрализацией основного вектора усадки в зонах с различным модулем эластичности и полимеризируют в композите внутренний армирующий "каркас" (остов), позволяющий в фазе окончательной радикальной полимеризации минимизировать общую усадку композита, сформировать однородную фракцию, сохраняя его геометрию и предотвращая краевой отрыв пломбы от эмали и со дна полости зуба.

2. Полимеризационный прибор с плавным пуском, содержащий световодный хоботок, направляющий единый световой поток на поверхность светокомпозита, отличающийся тем, что прибор снабжен съемным оптическим модулем, дифференцирующим основной световой поток на микролучи с зонами светового пробела, и который закреплен на выходе хоботка, или световодный хоботок прибора скомпонован микросветоводами, выполняющими аналогичную дифференциацию светового потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к стоматологии, в частности к способу реставрации и полимеризации светокомпозитных материалов, и может быть использовано в реставрационной терапевтической стоматологии.

Важным моментом в истории развития композитов явилось изготовление материалов, полимеризующихся под воздействием энергии световых лучей. В 1977 г. началось производство светотвердеющих композитов, полимеризующихся под воздействием видимого света (голубого 450 нм). Преимущества светотвердеющих композитов:

- в отсутствии воздушной пористости, возникающей при смешивании двух паст химически отверждаемых композитов. Светоотверждаемые композиты представлены одной пастой;

- полимеризация происходит по команде, рабочее время не ограничено;

- не изменяется вязкость в процессе формирования;

- не изменяют цвета вследствие отсутствия третичного амина;

- возможно послойное нанесение, что значительно компенсирует усадку (у фотополимеров усадка минимальная среди композитов);

- эстетичность (поверхность гладкая за счет однородности, отсутствия воздушной пористости, не изменяют цвет, послойное нанесение позволяет комбинировать материал различных оттенков).

Известен способ полимеризации светоотверждаемых композитов ("Маэстро стоматологии". 2006 г., 2, стр.82), заключающийся в стабильном светоэнергетическом воздействии на всю его поверхность направленного светового потока определенной мощности.

Известен полимеризационный прибор с световодным хоботком, направляющим единый световой поток на всю поверхность композита ("Маэстро стоматологии". 2006 г., 2, стр.82).

Недостатками этого способа и прибора являются:

- неоднородность полимеризации;

- полимеризационный стресс;

- полимеризационная усадка.

Прототипом одного из объектов изобретения (способа) выбран способ полимеризации светокомпозита с плавновозрастающим светоэнергетическим воздействием (Soft-start polymerization) на всю его поверхность направленного светового потока (журнал "Новое в стоматологии". 2002 год, 6 номер, 27 стр.).

Прототипом другого объекта изобретения (устройства) выбран полимеризационный прибор с мягким стартом (Soft-start polymerization), содержащий световодный хоботок, направляющий на поверхность композита единый световой поток (журнал "Новое в стоматологии". 2002 год, 6 номер, 26 стр.).

Прибор состоит из корпуса, в котором располагаются лампа накаливания, электронный блок (таймер, регулятор мощности) и пускатель. К корпусу закреплен световодный хоботок, направляющий световой поток на поверхность композита. В момент пуска прибора поверхность композита облучается плавновозрастающим световым потоком, что позволяет в какой-то степени снизить усадку композита.

Недостаток всех композитов - это полимеризационная усадка, составляющая примерно от 2 до 5%. Причиной усадки является уменьшение расстояния между молекулами мономера по мере образования полимерной цепочки. Межмолекулярное расстояние до полимеризации около 3-4 ангстрем, а после нее 1,54.

Толчок реакции полимеризации дает тепло, химическая или фотохимическая реакция, в результате которой образуются свободные радикалы. Полимеризация происходит в 3 этапа: начало, распространение и окончание. Фаза распространения продолжается до тех пор, пока все свободные радикалы не соединятся. В процессе полимеризации возникает усадка и выделяется тепло, как при любой экзотермической реакции.

Изменяя состав светополимера неорганическими наполнителями (кварцевой "мукой", стекловолокнами, разнодисперсными кристаллическими наполнителями и т.д.), совершенствуя технику реставрации (послойное нанесение, ламинирование, трансдентальное освещение и т.п.), используя различные по мощности и режиму работы лампы (с мягким стартом, импульсные и т.д.), существенно избавиться от усадки не удается. И это естественно, т.к. помимо режима полимеризации и объема внесенного материала, необходимо избавиться от режима радикальной полимеризации. Одномоментность полимеризации всей массы, даже с применением плавного пуска, не решает всех вышеперечисленных проблем. Энергия оптимальной полимеризации - это самый важный параметр в процессе полимеризации. Но при уменьшении энергии света фактически увеличивается время общей полимеризации, к тому же при этом всплывает еще одна проблема - перегрев пульпы из-за увеличения времени полимеризации (а это проблема серьезнее, чем краевой отрыв композита). Выходит, что подобная стратегия - не выход.

В данном изобретении предлагается перевести режим радикальной полимеризации в режим поэтапной, микролучевой полимеризации с зонами светового пробела, т.к. современные способы полимеризации ("Маэстро стоматологии". 2006 г., 2, стр.82) ставят композит в такие условия, когда количество поглощаемых квантов света превышает возможность их фотохимической утилизации (фиг.1), а в результате: полимеризационный стресс, усадка материала, остаточный мономер и краевой отрыв.

Полимеризация с плавновозрастающим светоэнергетическим воздействием посредством полимеризационного прибора с мягким стартом частично снижает общую усадку композита, но вышеуказанные недостатки остаются в силе.

Технический результат изобретения заключается в том, что снимается полимеризационный стресс, неоднородность полимеризации и минимизируется полимеризационная усадка композита.

Технический результат достигается тем, что в способе полимеризации светоотверждаемых композитов, заключающемся в плавновозрастающем светоэнергетическом воздействии на всю его поверхность направленного светового потока, единый световой поток дифференцируют на сфокусированные микролучи с зонами светового пробела и направляют на поверхность композита, формируя в первой трети временного цикла облучения зоны активной и пассивной глубинной полимеризации, с дезориентацией и нейтрализацией основного вектора усадки в зонах с различным модулем эластичности (фиг.2), и полимеризируют в композите внутренний армирующий "каркас" (остов) (фиг.3), позволяющий в фазе окончательной радикальной полимеризации (фиг.4) минимизировать общую усадку композита, сформировать однородную фракцию, сохраняя его геометрию и предотвращая краевой отрыв пломбы от эмали и со дна полости зуба.

Предлагаемый способ полимеризации осуществляется посредством вышеописанного полимеризационного прибора с мягким стартом (фиг.5), состоящего из корпуса (1), в котором размещены электронный блок и лампа накаливания (2), к корпусу закреплен световодный хоботок (3), направляющий единый световой поток на поверхность светокомпозита, причем прибор снабжен съемным оптическим модулем (5), закрепленным на выходе хоботка и дифференцирующим основной световой поток на микролучи с зонами светового пробела посредством микросветоводов (4), или световодный хоботок скомпонован микросветоводами (4), выполняющими аналогичную дифференциацию светового потока.

Можно сказать, что микролучевое облучение фотоингибирует процесс полимеризации не за счет снижения мощности светового потока или времени его экспозиции, а за счет светового пробела на поверхности композита и формирования локальных зон активной полимеризации.

На поверхность композита направляются сфокусированные параллельные микролучи, с зонами светового пробела (и создаются условия неподвижности лампы относительно зуба в первые 10-15 с, 40-секундного цикла полимеризации). В композите формируются зоны активной и пассивной полимеризации (в первой трети временного цикла облучения) (график, фиг.6), причем пассивные зоны, где эластичное состояние (или Pre-gel состояние) материала сохраняется дольше, выполняют роль буфера для поглощения усадки композита в активных зонах, за счет разности модуля эластичности, тем самым основной вектор усадки, направленный от периферии к центру (по направлению к свету), разнонаправленно дробиться по всей поверхности и массе пломбы (фиг.2). После первого этапа микролучевой полимеризации производится общая радикальная полимеризация всей массы композита традиционным способом, либо смещением (расфокусировкой) микролучевой проекции света (фиг.5), на поверхности композита, в течение оставшегося временного цикла полимеризации.

Подобная дифференциация основного луча на микролучики, с зонами светового пробела, формирует жесткую, сполимеризованную конструкцию (каркас), по всей глубине пломбы, что не позволит композиту (в целом) изменить свою геометрию, тем самым провоцируя причины краевого отрыва. Микролучевая полимеризация принудительно "гасит" общую усадку композита и дезориентирует основной вектор усадки, в "теле" самого композита (фиг.3), не затрагивая краевой зоны.

Проникающая способность сфокусированного микролуча на порядок выше рассеянного потока света, поэтому микролучи достигают дна полости сквозь 3-4 мм слой композита. Вследствие чего теряется смысл послойного нанесения дентинных масс, т.к. микролучи переносят зону активной полимеризации с поверхности композита в глубь реставрируемой полости зуба. Говорить о неоднородности полимеризации и остаточном мономере в данном случае также лишено оснований, т.к. "неоднородность полимеризации" подразумевает недостаточное светоэнергетическое присутствие в глубинных слоях композита, а сотовая полимеризация исключает это (фиг.1, фиг.3).

В оптическом модуле - насадке или в самом световодном хоботке, скомпоновано 5-50 микросветоводов (фиг.5). Диаметр отдельного микросветовода, в зависимости от площади и массы композита, может быть от 0,2 мм до 1 мм. Стенки каждого микросветовода, во избежание слияния микролучей в тубусе насадки, изолированы светонепроницаемым покрытием. Пробелы между световодами блокируются светонепроницаемыми заглушками (из тех же заблокированных световодов), которые определяют конфигурацию пассивных зон полимеризации. Микролучики, проникая в массу композита, в силу его оптических свойств, рассеиваются, меняя свою геометрию на расклешенный к основанию цилиндр. Несмотря на это, активность реакции полимеризации сохраняется по оси микролучей, так же как и тенденциозность формирования зон активной и пассивной полимеризации. Диаметр световодов, зону пробела и микролучевую кучность можно изменять и подбирать насадки в зависимости от общей площади, массы и индивидуальных свойств композита.

В момент проецирования необходимо, чтобы полимеризационная лампа находилась в неподвижности относительно композита, в первой трети временного цикла полимеризации.

Возможно применить и однолучевую насадку, направив микролуч на центральный участок композита, не затрагивая краевые зоны. В этом случае формируется центральный очаг полимеризации - активная зона, усадка которой поглощается периферийными зонами - пассивной полимеризации, за счет отличного модуля эластичности, без ущерба краевого контакта композита с адгезивом. С учетом того факта, что чем больше масса композита, тем больше его общая усадка, способом -"очаговой" полимеризации фактически исключаем до 2/3 пломбировочной массы или 2/3 числовой величины от предполагаемой общей усадки данной порции композита.

Следует отметить, что спектр применения однолучевой насадки очень широк.

Микролучевую насадку удобно использовать и при трансдентальной полимеризации, т.к. проникающая способность сфокусированного микролуча на порядок выше рассеянного света. Если световод привести в непосредственный контакт с эмалью (с тыльной или боковой стороны полости), то ткани зуба, благодаря своим оптическим свойствам и структурированности, станут проводниками света, что позволит сформировать зону активной полимеризации на дне полости зуба. Таким образом, принцип трансдентального освещения будет приведен в соответствие своему названию, т.к. полимеризация композита, контактирующего с адгезивом, будет эффективно инициирована с внутренней поверхности полости, а не с внешней. В этом и смысл трансдентального освещения.

Используя микролучевую насадку, можно увеличить первичную порцию вносимого в полость композита, осуществляя трансдентальную полимеризацию контактным способом, с переходом на микролучевую.

Технологическая эффективность микролучевой (и "очаговой") полимеризации была проверена в институте Кристаллографии.

Изготовлялись две заготовки: полоски алюминиевой фольги (длина 3 см, ширина 1 см) с нанесенным на них слоем композита толщиной в 1 мм. Обе пластины (до полимеризации), установленные на подложке, сканировались дефектоскопом и лазерным сканером. После этого осуществлялась "сотовая" полимеризация на первой пластине и обычная на второй. Повторное сканирование пластин (после полимеризации) показало расхождение параметров на второй пластине, т.е. вторая пластина, на которой была осуществлена обычная радикальная полимеризация всей массы, деформировалась под воздействием усадки композита.

Очевидными преимуществами предлагаемого способа микролучевой (и очаговой) полимеризации светокомпозитов является:

- направленные микролучи с зонами светового пробела формируют в композите зоны активной и пассивной полимеризации, нейтрализуя и дезориентируя основной вектор силы усадки композита, в пределах самого композита, без ущерба геометрии краевых зон;

- направленные микролучи с зонами светового пробела формируют в композите твердую, сполимеризированную армирующую конструкцию (в первой трети временного цикла полимеризации), позволяющую сдержать общую усадку композита, в фазе окончательной полимеризации;

- повышенная проникаемость сфокусированных микролучей позволяет перенести основную зону начальной полимеризации с поверхности композита в его глубь, сбалансировав светоэнергетическую активность по всей массе;

- проникающая способность сфокусированных микролучей выше рассеянного светового потока, что позволяет осуществлять полимеризацию объемных порций композита, исключая неоднородность полимеризации.