ИССЛЕДОВАНИЕ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ПОЛИРОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
УДК 616.31
ИССЛЕДОВАНИЕ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ
ДЛЯ ПОЛИРОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
Л.И. Шаламай, к.м.н., доцент,
ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный
медицинский университет имени акад. И.П. Павлова»
(197022, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6-8)
Е-mail: l.shalamay@mail.ru
Е.Ю. Мендоса, ассистент,
ФГБОУ ВО «Российский университет медицины»,
(127473, Россия, г. Москва, Делегатская ул., 20/1)
Е-mail: mendosaMSUMD@gmail.com
В.Б. Лампусова, к.м.н., доцент,
ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный
медицинский университет имени акад. И.П. Павлова»,
(197022, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6-8)
Е-mail: victoriala383@.gmail.com
Н.С. Оксас, к.м.н., доцент,
ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный
медицинский университет имени акад. И.П. Павлова»,
(197022, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6-8)
Е-mail: gyvas@yandex.ru
В.Ю. Вашнёва, к.м.н., доцент,
ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный
медицинский университет имени акад. И.П. Павлова»,
(197022, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6-8)
Е-mail: veronicakrylova@yandex.ru
Аннотация. Настоящая статья посвящена исследованию материалов рабочей части стоматологического инструмента методом спектрофотометрического анализа. Этот анализ дает высокоинформативную, точную и достоверную информацию о малых концентрациях микроэлементов, структуре сложных органических или синтетических соединений, качественно и эффективно проводит экспресс-анализ, поэтому работа перспективна и актуальна. Цель работы состояла в получении оптических параметров с образцов производителя и приобретённых на рынке спектрофотометром, работающим в диапазоне длин волн от 200 нм до 400 нм. В статье представлены внешний вид и технические характеристики автоматизированного спектрофотометрического прибора. Определены цель и задачи работы, а также объект и метод исследований. Получены спектральные зависимости коэффициента пропускания, полимеризованного уретандиметакрилата с диоксидом кремния и оксидом алюминия, приобретенного непосредственно у производителя и на рынке. Проведен сравнительный анализ двух материалов.
Ключевые слова: спектрофотометрический прибор, тонкий срез, эстетика реставрации, коэффициент пропускания, коэффициент поглощения, металлический штырек, диапазон длин волн.
Введение
Определение состава, структуры веществ различного агрегатного состояния и контроль их химических, оптических параметров являются одним из важнейших направлений в научно-технических областях, высокотехнологичных производствах [10]. Для решения указанной задачи существует широкий класс методов и технических средств, которые подразделяются на химические и оптические методы контроля.
Методами химического анализа эта задача решалась переведением пробы в раствор и определение её состава, пользуясь химическими свойствами элементов или их соединений, входящих в пробу [3]. Развитие научно-технического прогресса за последние десять, пятнадцать лет поставило перед научно-технической базой исследований новые задачи, для решения которых существующие методы химического анализа оказались уже недостаточными [11]. Можно назвать некоторые из этих задач: быстрый контроль состава больших партий оптических элементов, которые идут на сборку оптико-электронного прибора или комплекса, определение состава незначительного включения на поверхности инструмента (полира), экспрессный анализ вещества при производстве полимеров.
Современная химическая промышленность сфокусировалась на новых значимых задачах, где необходимы требования значительного повышения чувствительности анализа [8]. Это исследование синтеза новых соединений, переработки нефти, фармацевтических препаратов, производство различных полимеров и т.д. При появлении новых синтезирующих веществ требуются универсальные методы контроля состава и структуры. Отличительной особенностью в этом случае является необходимость изучения строения молекулы, определение её структурных элементов [1].
Параллельно с развитием химических методов стали применяться методы физической оптики для измерения состава вещества: методы спектрального анализа в различных областях спектра, рефрактометрического, поляризационного и т.д. Среди всего многообразия методов физической оптики спектральный анализ важен для биофизики, медицины, биологии, сельского хозяйства и т.д. [2]. Этот анализ дает высокоинформативную, точную и достоверную информацию о малых концентрациях микроэлементов, структуре сложных органических или синтетических соединений, качественно и эффективно проводит экспресс-анализ [4].
В настоящее время разрабатываются новые стоматологические шлифовальные и полировальные инструменты на основе полимеризованного уретандиметакрилата с диоксидом кремния и оксидом алюминия, которые применяются в эстетики реставрации на твердых тканях зуба [7]. Зарубежные и отечественные производители данных инструментов ведут работы как над металлической частью, так и над силиконовой основой стараясь усовершенствовать технические характеристики [5]. Например, уменьшить зернистость рабочей части полировочных инструментов там, где она была более грубой, при увеличении скорости вращения инструмента добиваться минимальной истираемости рабочей части внося в состав определенную концентрацию диоксида кремния и оксида алюминия и т.д.
Приобретение медицинских инструментов по параллельному импортозамещению принесло свои плоды. Врачи-стоматологи стали определять тот факт, что заявленные характеристики инструментов не соответствуют: инструменты после пяти, семикратного использования не давали желаемого результата, порой наблюдалось отслоение рабочей части от металлического штырька во время работы. Видимо, это связано с выбросом больших партий не качественных товаров на рынок стоматологической продукции. Организацией «Центр имплантации и комплексного лечения» было принято решение о закупке и контроле инструментов у производителя и приобретенных на рынке. Данное исследование позволит получить экспериментальные результаты по оптическим свойствам и определить подлинность инструментария.
Поэтому представляет интерес исследование тонких срезов полимеризованного уретандиметакрилата с диоксидом кремния и оксидом алюминия автоматизированным спектрофотометрическим прибором [6, 9].
Цель работы состояла в получении оптических параметров с образцов производителя и приобретённых на рынке спектрофотометром, работающим в диапазоне длин волн от 200 нм до 400 нм.
Постановка задачи
Автоматизированным спектрофотометрическим прибором исследовать тонкие срезы рабочих частей стоматологических инструментов, приобретенных на рынке и у производителя непосредственно. Получить спектральные распределения коэффициента пропускания от длины волны излучения тонких срезов рабочих частей инструментов, изготовленных из полимеризованного уретандиметакрилата с диоксидом кремния и оксидом алюминия. Провести сравнительный анализ исследуемых образцов.
Материалы и метод исследования
Материалом исследования являлись тонких срезов рабочих частей инструментов, изготовленных из полимеризованного уретандиметакрилата с диоксидом кремния и оксидом алюминия одного и того же производителя. Приобретены были инструменты на рынке и непосредственно у производителя. Фрагменты срезов были диаметром d = 10 мм, толщиной s = 500 мкм. Материалы для исследований были предоставлены ООО «Центр имплантации и комплексного лечения» г. Санкт-Петербург.
Рис. 1. Внешний вид автоматизированного спектрофотометрического прибора
Этим прибором можно управлять с помощью клавиатуры. Программное обеспечение совместимо с операционной системой Windows, позволяет производить обработку измерений, выполнять все виды качественного и количественного анализа, а также автоматизировать измерения для большого количества образцов одновременно.
Двухлучевая система с кварцевым покрытием оптики в сочетании с высокоэнергетичным монохроматором и герметичным измерительным отделением обеспечивают высокую стабильность и линейность показаний.
Основные технические параметры экспериментальной спектрофотометрической установки приведены в таблице 1.
Таблица 1
Основные технические параметры спектрофотометра
Показатель |
Характеристика |
Источник излучения |
дейтериевая лампа |
Приёмник излучения |
Полупроводниковый фотодиод |
Диапазон измерений |
200…400 нм |
Ширина щели |
1 нм |
Точность установки длины волны |
± 0,3 нм |
Монохроматор |
Аберрационно-скорректированная вогнутая голографическая решётка |
Коррекция базовой линии |
автоматическая |
Размеры |
210 × 230 × 105 мм |
Вес |
15 кг |
Спектрофотометру прилагаются специальные рамки для исследования веществ твердого агрегатного состояния.
Результаты эксперимента
Образцы тонких срезов крепились в отделении измерений таким образом, чтобы закрыть полностью полость рамки. Рамка с измеряемым образцом устанавливалась в специально сконструированный механизм, который позволял смещать объект по координате OX и OZ. Это позволило добиться того, чтобы световой луч проходил через центр образца, что позволяло минимизировать процент рассеянного света.
В работе получены спектральные зависимости коэффициента пропускания от длины волны в диапазоне от 200 нм до 400 нм, которые представлены на рисунке 2.
Рис. 2. Спектральная зависимость коэффициента пропускания, полимеризованного уретандиметакрилата с диоксидом кремния и оксидом алюминия: а) приобретенного непосредственно у производителя; б) приобретенного на рынке
Из рисунка 2 а) видно, что максимальные значения поглощения материала находятся в области длин волн от 200 нм до 270 нм, далее кривая распределения меняет характер и видно, что в диапазоне длин волн от 270 нм наблюдается рост показателя пропускания до значения T = 40%. Максимальные значения пропускания материала зафиксированы в интервале длин волн от 370 нм до 400 нм.
На рисунке 2 б) видно, что максимальные значения поглощения материала находятся в области длин волн от 200 нм до 250 нм, где коэффициент поглощения находится в интервале от 95 % до 90 %, а также наблюдается пики поглощения в диапазоне от 310 нм до 330 нм и от 370 нм до 385 нм.
Итак, в материале, приобретенном на рынке наблюдаются провалы значений коэффициента пропускания в области длин волн от 295 нм до 400 нм. Видимо, это связано с увеличением концентрации диоксида кремния и оксида серебра, так как эти вещества вносят большой вклад в поглощательную способность материала рабочей части инструмента. Не исключено, что передозировка диоксида кремния и оксида серебра повлекла разного рода отслоения рабочих частей стоматологического инструмента от металлического штырька.
Заключение
В результате выполненной работы получены спектральные зависимости коэффициента поглощения в диапазоне длин волн от 200 нм до 400 нм для заводских и рыночных материалов одного и того же назначения. Проведен сравнительный анализ тонких срезов из полимеризованного силикона, наполненного оксидом алюминия и диоксидом кремния. Выявлено, что оптические параметры этих материалов отличаются друг от друга. Данные результаты работы могут представлять интерес для медицины, в частности, терапевтической стоматологии, а также для оптического приборостроения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афанасьев, В.А. Оптические измерения. – М.: Недра. – 1968. – 263 с.
2. Ахманов, С.А., Дьяков, Ю.Е., Чиркин, А.С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. – М. – 1981. – 640 с.
3. Борн, М., Вольф, Э. Основы оптики. – М.: Наука. – 1970. – 855 с.
4. Креопалова, Г.В., Лазарева, Н.Л., Пуряев, Д.Т. Оптические измерения. – М.: Машиностроение. – 1987. – 264 с.
5. Крихели, Н.И., Пустовойт, Е.В., Бычкова, М.Н. [и др.]. Эстетическая стоматология. – М. ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА». – 2018. – 320 с.
6. Майоров, Е.Е., Костин, Г.А., Черняк, Т.А. Исследование оптических клиньев для оптических и оптико-электронных приборов и комплексов спектральным методом // Приборы. – 2023. – № 4. (274). – С. 41-44.
7. Майоров, Е.Е., Пушкина, В.П., Арефьев, А.В., Бородянский, Ю.М., Дагаев, А.В., Гулиев, Р.Б. Исследование медицинских жидкофазных сред с использованием спектрофотометра с диапазоном длин волн 200...780 нм // Медицинская техника. – 2023. – №1. – С. 53-55.
8. Малакара, Д. Оптический производственный контроль: пер. с англ. под ред. Соснова А.Н. – М.: Машиностроение. – 1985. – 340 с.
9. Малышев, В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. – М.: Наука. – 1979. – 478 с.
10. Пейсахсон, И.В. Оптика спектральных приборов. – Л.: Машиностроение. – 1975. – 312 с.
11. Тарасов, К.И. Спектральные приборы. – М.: Машиностроение. – 1968. – 389 с.
REFERENCES
1. Afanas'ev V.A. Opticheskie izmereniya [Optical measurements]. Moscow. Nedra. 1968. 263 p.
2. Ahmanov S.A., D'yakov YU.E., CHirkin A.S. Vvedenie v statisticheskuyu radiofiziku i optiku [Introduction to Statistical Radiophysics and Optics]. Moscow. 1981. 640 p.
3. Born M., Vol'f E. Osnovy optiki [Basics of optics]. Moscow. Nauka. 1970. 855 p.
4. Kreopalova G.V., Lazareva N.L., Puryaev D.T. Opticheskie izmereniya [Optical measurements]. Moscow. Mashinostroenie [Mechanical engineering]. 1987. 264 p.
5. Kriheli N.I., Pustovojt E.V., Bychkova M.N. [i dr.]. Esteticheskaya stomatologiya [Aesthetic dentistry]. Moscow. IZDATEL'SKIJ DOM «PRAKTICHESKAYA MEDICINA». 2018. 320 p.
6. Majorov E.E., Kostin G.A., CHernyak T.A. Issledovanie opticheskih klin'ev dlya opticheskih i optiko-elektronnyh priborov i kompleksov spektral'nym metodom [Study of optical wedges for optical and optoelectronic devices and complexes by spectral method]. Pribory [Devices]. 2023. No. 4. (274). Pp. 41-44.
7. Majorov E.E., Pushkina V.P., Aref'ev A.V., Borodyanskij YU.M., Dagaev A.V., Guliev R.B. Issledovanie medicinskih zhidkofaznyh sred s ispol'zovaniem spektrofotometra s diapazonom dlin voln 200...780 nm [Study of medical liquid-phase media using a spectrophotometer with a wavelength range of 200... 780 nm]. Medicinskaya tekhnika [Medical equipment]. 2023. No. 1. Pp. 53-55.
8. Malakara D. Opticheskij proizvodstvennyj kontrol': per. s angl. pod red. Sosnova A.N. [Optical production control: translation from English, ed. A.N. Sosnova]. Moscow. Mashinostroenie [Mechanical engineering]. 1985. 340 p.
9. Malyshev V.I. Vvedenie v eksperimental'nuyu spektroskopiyu [Introduction to experimental spectroscopy]. Moscow. Nauka. 1979. 478 p.
10. Pejsahson I.V. Optika spektral'nyh priborov [Spectral instrument optics]. L. Mashinostroenie [Mechanical engineering]. 1975. 312 p.
11. Tarasov K.I. Spektral'nye pribory [Spectroscopic instrumentations]. Moscow. Mashinostroenie [Mechanical engineering]. 1968. 389 p.
Материал поступил в редакцию 01.10.24
INVESTIGATION OF DENTAL INSTRUMENTS FOR POLISHING
WITH AN EXPERIMENTAL AUTOMATED SPECTROPHOTOMETRIC INSTALLATION
L.I. Shalamay, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor
FSBEI HE «First St. Petersburg state medical University named after acad. I. P. Pavlov»,
(197022, Russia, Saint Petersburg, Lva Tolstogo str., 6-8)
Е-mail: l.shalamay@mail.ru
E.Y. Mendoza, Assistant
FSBEI HE «ROSUNIMED» of MOH of Russia,
(127473, Russia, Moscow, Delegatskaya str., 20/1)
Е-mail: mendosaMSUMD@gmail.com
V.B. Lampusova, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor
FSBEI HE «First St. Petersburg state medical University named after acad. I. P. Pavlov»,
(197022, Russia, Saint Petersburg, Lva Tolstogo str., 6-8)
Е-mail: victoriala383@.gmail.com
N.S. Oksas, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor
FSBEI HE «First St. Petersburg state medical University named after acad. I. P. Pavlov»,
(197022, Russia, Saint Petersburg, Lva Tolstogo str., 6-8)
Е-mail: gyvas@yandex.ru
V.Yu. Vashneva, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor,
FSBEI HE «First St. Petersburg state medical University named after acad. I. P. Pavlov»,
(197022, Russia, Saint Petersburg, Lva Tolstogo str., 6-8)
Е-mail: veronicakrylova@yandex.ru
Abstract. This article is devoted to the study of materials of the working part of a dental instrument by the method of spectrophotometric analysis. This analysis provides highly informative, accurate and reliable information about small concentrations of trace elements, the structure of complex organic or synthetic compounds, performs rapid analysis efficiently and effectively, therefore the work is promising and relevant. The aim of the work was to obtain optical parameters from samples from the manufacturer and purchased on the market by a spectrophotometer operating in the wavelength range from 200 nm to 400 nm. The article presents the appearance and technical characteristics of an automated spectrophotometric device. The purpose and objectives of the work are defined, as well as the object and method of research. Spectral dependences of the transmittance of polymerized urethandimethacrylate with silicon dioxide and aluminum oxide purchased directly from the manufacturer and on the market are obtained. A comparative analysis of the two materials was carried out.
Keywords: spectrophotometric device, thin slice, aesthetics of restoration, transmission coefficient, absorption coefficient, metal pin, wavelength range.