Optimal thickness of the coating Shell of silicon carbide based on the study of barrier function

Full Text

Введение. Для защиты зубных протезов от биодеструкции и изоляции базиса протезов от бактерий разработаны новое нанопокрытие «Панцирь» из карбида кремния и способ нанесения его на пластмассу [1]. Покрытие наносится на пластмассу методом ионоплазменного напыления и обладает высокими техническими параметрами и хорошей адгезией к ряду материалов [2]. Цель исследования - оценка эффективности покрытия «Панцирь» по отношению к потенциально опасным продуктам миграции из полиметилметакрилатных материалов «Фторакс» для базиса зубных протезов. Выбор модели эксперимента и методы исследований В эксперименте изучали образцы базисных материалов, которые имели вид пластин размером 64 х 10 х 3 мм и прошли те же технологические стадии изготовления, что и базисы протезов. При моделировании условий исследования учитывали особенности применения материалов в клинической практике. В качестве модельной среды выбрана дистиллированная вода, которая, являясь простейшей моделью биосред (крови, плазмы, слюны и др.) и обладая высокой экстракционной способностью, включена в качестве обязательной модельной среды в стандарты по оценке безопасности материалов и изделий медицинского назначения [3, 4]. На фоне этой среды можно обнаружить ряд закономерностей, заметить которые на фоне более сложных по составу сред не представляется возможным. Рис. 1. Хроматограммы 1-суточных вытяжек из базисного материала «Фторакс»: вверху - с покрытием «Панцирь» толщиной 800 нм (пик 1, концентрация ММА 1,350 ± 0,054 мг/л), внизу - без покрытия (пик 1, концентрация ММА 1,961 ± 0,078 мг/л). Время удерживания ММА 5,42 мин. Рис. 2. Хроматограмма 1-суточной вытяжки из образца зубного протеза из базисного материала «Фторакс» с покрытием «Панцирь» толщиной 1600 нм (пик 1, концентрация ММА - 0,043 ± 0,002 мг/л), Время удерживания ММА 5,42 мин. Готовые к испытаниям образцы материалов помещали в стеклянные колбы на шлифах, заливали дистиллированной водой в соотношении 38 мг/мл «Фторакс» и термостатирова- ли при температуре 37±1 °С (близкой к температуре тела) в течение 14 сут в динамическом режиме [3-5]. Это означает, что по истечении 1, 3 и 7 сут вытяжки сливали и анализировали, а образцы заливали новой порцией модельной среды того же объема и термостатировали в тех же условиях еще в течение 2 (3-1), 4 (7-3) и 7 (14-7) сут. Использование динамического режима учитывает особенности применения зубных протезов, контактирующих с постоянно сменяющимися средами полости рта. В качестве контрольного раствора использовали дистиллированную воду, на которой готовили вытяжки и которую термостатировали в тех же условиях. В связи с тем что ведущим с позиции токсичности в по- лиметилметакрилатных композициях является метилмета- крилат (ММА), его использовали в качестве метки, по уровням миграции которой из базисных материалов с покрытием «Панцирь» 800 и1600 нм и без покрытия в простейшую модель слюны судили об эффективности защитных свойств покрытия [5, 6]. Для идентификации и количественного определения концентраций мономера ММА применялся метод обращенно- фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Анализ проводился с использованием хроматографического оборудования фирмы Shimadzu. Измерения проводили на жидкостном хроматографе модели LC-20 AD. Для этого использовали колонку с неподвижной фазой ODS Hypersil (5 мкм) длиной 150 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. Детектирование проводили при 200 нм, что соответствовало специфическому максимуму на ультрафиолетовом спектре ММА. Подвижная фаза - 35 % водный ацетонитрил, скорость подвижной фазы 1 мл/мин. Время удерживания ММА 5,42 мин. При записи хроматограмм использовали возможность автоматического переключения длины волны детектирования в процессе хроматографирования. Для повышения чувствительности анализа объем вводимой пробы был доведен до 100 мкл (дозирующая петля), что обеспечило высокую чувствительность без заметных потерь эффективности пиков. Значения используемых показателей водных вытяжек из базисных материалов «Фторакс» без покрытия и с покрытием «Панцирь» 800 и 1600 нм Изученный показатель Значения показателей в 1- ,3 , 7-, 14-суточных вытяжках «Фторакс» без покрытия «Фторакс»+ «Панцирь»800 нм Фторакс»+«Панцирь»1600 нм 1 3 7 14 1 3 7 14 1 3 7 14 Концен- 1,961 ± 1,981 ± 2,720 ± 3,170 ± 1,350 ± 1,883 ± 2,202 ± 2,421 ± 0,043 ± 0,088 ± 0,182 ± 0,184 ± трация 0,078 0,059 0,059 0,093 0,054 0,075 0,066 0,072 0,002 0,004 0,007 0,007 метилме- такрилата, мг/л Макси- 0,110 ± 0,117 ± 0,145 ± 0,195 ± 0,086 ± 0,117 ± 0,117 ± 0,146 ± 0,018 ± 0,026 ± 0,033 ± 0,051 ± мальное 0,004 0,006 0,007 0,004 0,004 0,006 0,006 0,004 0,001 0,001 0,002 0,004 значение оптической плотности (220-360) нм, D, ед. опт. пл. Интегрирование пиков, фильтрацию шумов и все количественные расчеты проводили с помощью специального оборудования (аналого-цифровой преобразователь) и компьютерной программы сбора и обработки хроматографических данных фирмы “Амперсенд”. Дополнительного снижения уровня шумов, обеспечивающего высокую чувствительность анализа, удалось добиться обработкой хроматограмм с помощью Гауссова фильтра; при этом уровень шумов не превышал 3-4 мкВ. Результаты и обсуждение Из анализа хроматограмм, полученных методом ВЭЖХ и представленных на рис. 1, следует, что в 1-суточных вытяжках из базисного материала «Фторакс» как с покрытием «Панцирь» толщиной 800 нм, так и без него обнаружены хроматографические пики (1) со временем удерживания ММА (5,42 мин). Количественный обсчет хроматограмм по площадям соответствующих пиков показывает, что концентрация мономера в суточной вытяжке из образцов с покрытием (1,350±0,054 мг/л) в 1,45 раза меньше (1,961 ±0,078 мг/л) по сравнению с незащищенным покрытием образцами (см. таблицу ). В суточных вытяжках эффективность покрытия по отношению к мономеру составляет 31%. ММА идентифицирован в вытяжках из образцов как с покрытием, так и без него в течение всего периода исследования. В 3-, 7- и 14-суточных вытяжках из базисного материала «Фторакс» с покрытием «Панцирь» толщиной 800 нм концентрация мономера, как правило, меньше в сравнении с незащищенным покрытием образцами (см. таблицу). В этом случае эффективность покрытия по отношению к ММА составляет в среднем около 16 %. Несмотря на полученные обнадеживающие результаты, мы сочли необходимым провести дополнительные исследования для достижения поставленной цели - разработки барьерного покрытия для пластмассовых зубных протезов, полностью предотвращающих поступление вредных веществ из базисов протезов в полость рта. Поэтому были изготовлены образцы зубных протезов из материала «Фторакс» с покрытием «Панцирь» удвоенной толщины - 1600 нм. Из анализа хроматограммы, полученной методом ВЭЖХ и представленной на рис. 2, следует, что в 1-суточной вытяжке из базисного материала «Фторакс» с покрытием «Панцирь» толщиной 1600 нм, как и в предыдущих исследованиях, обнаружен хроматографический пик (1) со временем удерживания ММА (5,42 мин). ММА идентифицирован в вытяжках из образцов в течение всего периода исследования: 3, 7 и 14 сут. Количественный обсчет хроматограмм свидетельствует о том, что с увеличением продолжительности экстракции базисного материала «Фторакс» толщиной 1600 нм концентрация мономера в вытяжках увеличивается, но гораздо в меньших величинах, в 2-6 раз меньше предельно допустимой концентрации (ПДК): от 0,043±0,002 мг/л (1 сут) до 0,184±0,007 мг/л (14 сут). Ни на одном сроке эксперимента концентрации мономера в вытяжках из образцов зубных протезов из базисного материала «Фторакс» с покрытием «Панцирь» толщиной 1600 нм не превысили допустимое значение - 0,250 мг/л. Миграция мономера из базисного материала «Фторакс» с покрытием 1600 нм протекает с меньшей интенсивностью (примерно в 49 раз) по сравнению с незащищенным покрытием материалом. В этом случае среднесуточная скорость миграции ММА в течение первой недели наблюдения практически не меняется и находится на уровне 0,043-0,045 мг/л-сут. Выводы 1. На примере стоматологических полиметилметакрилат- ных пластмасс «Фторакс» доказаны защитные свойства покрытия «Панцирь» из карбида кремния, которое уменьшает уровни миграции изготовленных из них потенциально опасных соединений из базисов протезов. 2. Покрытие «Панцирь» толщиной 800 нм пропускает в 1,45 раза меньше ММА по сравнению с незащищенным покрытием образцами, а толщиной 1600 нм (примерно в 49 раз) в 2-6 раз меньше ПДК. 3. Снижая уровни миграции потенциально опасных продуктов, покрытие «Панцирь» уменьшает химический фактор риска применения материалов «Фторакс» по назначению. Автор выражает благодарность за помощь ведущему научному сотруднику, специалисту в области оценки безопасности медицинских изделий Национального научного центра токсикологической и биологической безопасности медицинских изделий канд. хим. наук Светлане Яковлевне Ланиной.

About the authors

Igor Anatolievich Voronov

A.I. Evdokimov Moscow state medical dental University

Email: voronov77@mail.ru
Department of comprehensive dentures 127206, Moscow

References

Supplementary files