THE PHYSICAL MECHANISMS OF CALCIUM-PHOSPHATE CRYSTAL FORMATION ON THE IRREGULARITIES OF DENTINE SURFACE

Full Text

Введение Одной из актуальных задач реставрационной стоматологии является снижение или устранение дефектов краевого прилегания, возникающих в результате временной деструкции переходных слоев и интерфейсов "материал дентина - композит". В этой проблеме существенную роль может играть направленный в сторону дефекта рост кристаллов апатитов, входящих в структуру дентина. В мировой литературе описаны различные методы формирования и направленного роста кристаллов апатитов на подложках органического и неорганического происхождения в буферных средах под воздействием градиентов электрического поля, различных pH, температуры и др.[1, 4-6]. Тем не менее, несмотря на значительные успехи в области изучения выращивания кристаллов, не достигнуто глубокого понимания механизмов формирования и роста отдельных видов кристаллов, в частности, кристаллов апатитов на дентинной матрице. Для клинического применения важно добиться направленного роста кристаллов апатитов, входящих в состав дентина, на его поверхности. Первым шагом в этом направлении является изучение особенностей самопроизвольного роста кристаллов фосфата кальция на поверхности дентина в жидкой среде с нейтральным pH. Цель данного исследования - описание физических механизмов самопроизвольного формирования и роста кристаллов фосфата кальция на дентинной подложке, помещенной в раствор этанола. Материалы и методы Подобно ранее описанной методологии проведения исследований для изучения морфологии поверхности дентина Бессуднова Надежда Олеговна, канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра медицинской физики факультета нано- и биомедицинских технологий ФГБОУ ВПО НИУ Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, 410012, Саратов, Астраханская, 83, СГУ, ФНБМТ, 89093370660, е-mail: nadezda.bessudnova@gmail. com использовался аналитический комплекс на базе растрового электронного микроскопа (РЭМ) высокого разрешения SEM Mira\\LMU фирмы "TESCAN". Механизм образования кристаллов Зарождение и формирование кристаллов происходит на неоднородностях поверхности дентина, которыми могут быть анатомические образования - дентинные канальцы, а также дефекты - границы микротрещин и изломов, образующихся в процессе препарирования, при этом в качестве источника ионов кальция может выступать подвергшийся деструкции гидроксиапатит кальция приповерхностного слоя дентина. В настоящем исследовании изучались механизмы образования кристаллов на дефектах поверхности. Перенос вещества из разломов на поверхность происходит за счет диффузии ионов, входящих в состав пери- и интертубулярного дентина. Диффузия происходит с участием агента-переносчика ионов - раствора этанола, в который помещены подготовленные образцы. Перенесенные ионы осаждаются на неоднородностях поверхности дентина. РЭМ-изображения морфологии поверхности дентина, подвергшейся деструкции, представлены на рис. 1. Обнаруженные образования в трещинах и разломах показывают, что на участках с развитой поверхностью чаще происходит зародышеобразование и наблюдается рост кристаллических структур. Края, изломы - это области с механическими разрушениями, имеющие повышенное содержание дефектов, что приводит к увеличению значений коэффициентов диффузии и изменению механизма диффузии - от объемной к поверхностной. Развитая поверхность, приводящая к росту активных центров кристаллизации, а также большое количество дефектов на поверхности и переход объемной диффузии в поверхностную хорошо объясняют наблюдаемые образования. В общем случае существуют 3 возможных механизма, лимитирующих образование кристаллов на поверхности дентина, а именно: ограниченность источника активных веществ, участвующих в формировании кристаллов, ограни 10 экспериментально-теоретические исследования Рис. 1. РЭМ-изображения кристаллов в дефектах материала дентина. ченная скорость диффузии этих веществ к месту формирования и заполнение со временем возможных центров роста кристалла. Наблюдаемая картина роста кристаллов согласуется с предположением о том, что лимитирующим механизмом является диффузия реагентов, составляющих растущие Рис. 2. РЭМ-изображение кристалла эттрингита, заполняющего воздушную пору бетонного блока кристаллические образования, единственный источник которых - дентин. Если эти вещества выходят из дентина, лимитирующим могло бы быть образование активных ионов. В этом отношении вода представляется на первый взгляд более эффективной, чем этанол, но есть ряд других возможных процессов, которые могли бы и трансформировать гидроксиапатиты. Отметим, что многократное протравливание исследуемых образцов ортофосфорной кислотой приводит к снижению скорости образования кристаллов, что, по-видимому, может быть объяснено сглаживанием поверхности дентина с уменьшением количества активных центров, а также ограниченностью источника вещества для формирования кристаллов, что было описано выше. Можно провести аналогию между экспериментально обнаруженными особенностями формирования кристаллов на поверхности дентина, помещенного в раствор этанола, и явлением эффлоресценции, наблюдаемой на каменной кладке в строительстве. При эффлоресценции соли, содержащиеся в материале, растворяются в жидкости, проникающей в его поры. За счет вымывания растворенных солей из объема происходит их перенос на поверхность каменного блока, где они преципитируют [2]. Пример кристалла эттрингита в поре бетонного блока в рамках описанного механизма представлен на рис. 2 [3]. Выводы В результате проведенной серии экспериментов: - показано, что на поверхности дентина, протравленного гелем ортофосфорной кислоты и выдержанного в растворе этанола в течение 30 дней при комнатной температуре, происходит образование кристаллофосфатов кальция, изменяющих морфологию поверхности и состав исходного материала; - описаны возможные механизмы, лимитирующие образование кристаллов на поверхности дентина; - показано, что самопроизвольное формирование кристаллов фосфата кальция на дефектах поверхности дентина происходит за счет диффузии веществ в растворе, в результате которой дентин со временем становится пространственно неоднородным веществом; - обнаружено, что при формировании кристаллов происходит конечное перераспределение ионов диффундирующих веществ.

About the authors

I. M Makeeva

N. O Bessudnova

Email: nadezda.bessudnova@gmail.com

D. I Bilenko

V. S Atkin

References

Supplementary files