Анизотропные характеристики ПММА в стоматологических применениях: механические, тепловые и биоадаптивные перспективы

Механическая анизотропия в базе зубного протеза на основе PMMA

Механическая анизотропия поли (метилметакрилата) (ПММА) в стоматологических применениях возникает из -за ее молекулярной структуры и методов обработки. Цепи ПММА, состоящие из жестких метилметакрилатных (ММА) единиц, демонстрируют ограниченную свободу вращения, что приводит к зависимой от направления деформации при стрессе. При подверженности окклюзионных сил, основания протеза PMMA демонстрируют дифференциальные реакции деформации вдоль продольных и поперечных осей. Например, в молярных областях сжимающие напряжения до 50 МПа вызывают 0,5–1,2% продольного штамма, в то время как поперечное сокращение достигает 0,2–0,5% из -за эффектов отношения Пуассона. Эта анизотропия усугубляется усилением волокна; Стеклянные волокна, выровненные параллельно направлениям напряжения, улучшают прочность на изгиб на 40–60%, тогда как случайно ориентированные волокна снижают усиление до 15–25%.

Метод обработки также влияет на механическую анизотропию. Обычное отверждение водяной ванны создает остаточные напряжения из-за неравномерного распределения тепла, что приводит к микроэксуатам, которые действуют как концентраторы стресса. Напротив, полимеризация с помощью микроволновой печи достигает равномерного нагрева, снижая пористость и улучшая силу воздействия на 10–15%. Однако даже оптимизированное отверждение не может устранить присущую анизотропию, вызванную ориентацией цепи во время полимеризации. Исследования показывают, что модуль изгиба PMMA варьируется на 15–20% в разных направлениях, подчеркивая необходимость анализа направленного напряжения при конструкции зубного протеза.

Тепловая анизотропия и ее клинические последствия

Тепловая анизотропия в ПММА связана с его низкой теплопроводности (0,19–0,22 Вт/м · к) и неравномерного рассеивания тепла во время колебаний температуры полости рта. При воздействии горячих продуктов (60 ° C) или холодных напитков (5 ° C) основы протеза PMMA демонстрируют градиенты температуры 10–15 ° C между поверхностными и внутренними слоями. Это дифференциальное расширение вызывает внутренние напряжения, с коэффициентами термического расширения (CTE) в диапазоне от 70–90 × 10⁻⁶/° C. Такие стрессы способствуют переломам средней линии в 30–40% зубных протезов в течение пяти лет с момента использования.

Чтобы смягчить термическую анизотропию, исследователи исследовали сополимеризацию с помощью бутилового метакрилата, который снижает CTE до 60–70 × 10⁻⁶/° C, сохраняя при этом прочность на изгиб. Кроме того, включение нанофиллера изменяет тепловое поведение; Добавление наночастиц циркония на 1–2% увеличивает термическую стабильность на 20–30%, уменьшая деформацию во время быстрого охлаждения. Тем не менее, чрезмерная нагрузка наполнителя (> 3%) может создавать агломераты, усугублять анизотропию и снизить вязкость переломов.

Биоадаптивная анизотропия при взаимодействии полости рта

Биоадаптивная анизотропия ПММА имеет решающее значение для ее совместимости с слизистой оболочкой полости рта. Слизистость полости рта имеет соотношение Пуассона 0,49, что тесно соответствует PMMA, усиленным 15% стеклянными волокнами (ν = 0,42). Это сходство обеспечивает равномерный перенос напряжения, снижая скорость резорбции альвеолярного гребня на 25% в течение трех лет по сравнению с обычной ПММА (ν = 0,38). Анизотропная деформация материала также влияет на микробную адгезию; Шероховатость поверхности варьируется на 0,1–0,3 мкм в зависимости от направления полировки, влияя на скорости колонизации Candida Albicans.

При поддержке имплантации переодделения анизотропные свойства PMMA оптимизируют распределение нагрузки. Когда ν = 0,42, 60% окклюзионных сил передают через имплантаты, в то время как 40% рассеиваются через слизистую оболочку, предотвращая перегрузку имплантатов. И наоборот, материалы с ν <0,35 концентрируются 75% сил на имплантатах, удвоив риск неудачи. Кроме того, направленное водопоглощение PMMA (0,2–0,5% по весу) создает гигроскопические градиенты расширения, которые могут либо стабилизировать зубные протезы (при выравнивании с направлениями напряжения), либо вызывать деформацию (при смещении).

Нанотехнологическая модуляция анизотропии

Недавние достижения в области нанотехнологий обеспечивают точный контроль над анизотропными свойствами ПММА. Электроспенун поливинилпирролидон (PVP)/циркония композитные нановолокны при включении в PMMA создают градиентную структуру с ν, варьирующейся от 0,32 (продольные) до 0,40 (поперечно). Этот направленный контроль улучшает прочность на изгиб на 83%, а прочность на 169% по сравнению с однородными материалами. Точно так же наноплателеты оксида графена (GO) выровнены через магнитные поля во время полимеризации усиливают теплопроводность на 50% в направлении выравнивания при сохранении изотропии в перпендикулярных плоскостях.

Полимеры памяти формы (SMP) представляют собой еще одну границу в анизотропической модуляции. SMP на основе PMMA с регулируемыми ν (0,30–0,45) посредством термической стимуляции позволяют протезы, которые адаптируются к изменениям тканей с течением времени. Ранние прототипы показывают улучшение распределения напряжений слизистой оболочки на 20% через шесть месяцев по сравнению со статическими материалами. Эти инновации подчеркивают потенциал анизотропийной инженерии для решения давних проблем в биомеханике зубов.