Результат интеллектуальной деятельности: Адгезионная коллоидная взвесь

Изобретение относится к медицинской технике и технологии, а более конкретно, к материалам для лечения кариеса зубов, и может быть использовано в качестве адгезионной прослойки для прочного крепления пломбировочного материала к влагосодержащему дентину и эмали зуба.

Уровень данной области техники характеризуется адгезивным материалом для крепления пломбы в пролеченных полостях зубов, который описан на сайте www.stomadent.ru, представляющий собой коллоидную взвесь гидрофильных и гидрофобных мономеров (метакрилатов) в этанол-ацетоновой смеси в равных массовых долях.

Гидрофильные мономеры обеспечивают хемосорбционное взаимодействие адгезива с влагосодержащими примыкающими поверхностями, в результате чего исключается питательная среда жизнедеятельности микроорганизмов.

Гидрофобные мономеры предотвращают набухание прослойки адгезива и сохраняют прочностные и адгезионные свойства технологической прослойки между пломбировочным материалом и дентином, а также эмалью зуба.

Универсальные свойства и характеристики описанного адгезивного материала обеспечивают ему широкое практическое применение в стоматологии.

По числу совпадающих признаков и технической сущности вышеописанный адгезионный материал выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.

Однако, основным недостатком известного адгезионного материала является то, что он не обладает антибактериальными свойствами против микрофлоры зубного налета и характеризуется неудовлетворительной стойкостью крепления пломбы в пролеченной полости зуба из-за того, что через 6-12 месяцев, как показала практика, в результате жизнедеятельности микроорганизмов и бактерий возникает краевая проницаемость в межлойных соединениях, нарушающая адгезионную их сцепляемость в монолит, возобновляется кариес и пломба выпадает.

Техническим результатом, достигаемым в настоящем изобретении, является повышение функциональной надежности крепления пломбы в обработанной полости зубов при лечении кариеса.

Требуемый технический результат достигается тем, что известная коллоидная взвесь для пломбирования зубов, содержащая гидрофильные и гидрофобные мономеры и смесь (50/50) этанола и ацетона, согласно изобретению, дополнительно включает наночастицы металла или оксида металла размером 0,5-50 нм в массовой концентрации 0,01-20 мг/л, которыми предварительно насыщается этанол посредством электродуговых разрядов, при этом в качестве дисперсной фазы взвесь содержит наночастицы серебра, оксида железа, алюминия или оксида алюминия.

Отличительные признаки предложенного технического решения кратно повысили срок службы пломбированных зубов за счет бактерицидного действия адгезионного материала соединительной прослойки, связывающей пломбировочный материал с дентином и с эмалью зуба.

Предложенный по изобретению адгезионный материал обладает бактерицидными и бактериостатическими свойствами, которые обусловлены наличием в коллоидной взвеси наночастиц металла или оксида металла размером 0,5-50 нм.

Материалы предложенного ряда металлов и оксидов металлов для формирования наночастиц дисперсной фазы технологической взвеси имеют длительный поверхностный и объемный бактерицидный и бактериостатический эффект.

Металлы и оксиды металлов заявленного ряда в адгезионной коллоидной взвеси выполняют функции бикатализаторов, ускоряющих действие ферментов бактерий, приводя к разрушению стенок и мембран клеток, то есть к полному лизису содержимого клетки, в результате чего происходит гибель микроорганизмов.

Наночастицы металлов и оксидов металлов предложенного ряда обеспечивают угнетение (включая полную гибель) микроорганизмов и бактерий зубного налета, предотвращая разрушение адгезионного соединения пломбы с дентином и эмалью зуба.

Наночастицы металлов и оксидов металлов размером меньше 0,5 нм не формируются посредством электро-дуговых разрядов; размер наночастиц дисперсной фазы 0,5 нм является техническим минимумом их устойчивого образования при электродуговых разрядах.

Наночастицы металлов и оксидов металлов размером больше 50 нм характеризуются недостаточной поверхностной энергией для эффективного бактерицидного и бактериостатического действия адгезионного материала технологической прослойки пломбирования.

При содержании в коллоидной взвеси наночастиц металлов и оксидов металлов массовой концентрацией больше 20 мг/л возникает их агломерация и агрегирование, что резко снижает удельную поверхностную энергию до уровня прототипа и не создает видимого улучшения показателей назначения адгезивного материала.

При массовой концентрации в адгезионной коллоидной взвеси наночастиц металлов или оксидов металлов меньше 0,01 мг/л снижается функциональная надежность материала из-за того, что уменьшается его бактерицидное действие, которое преобразуется в бактериостатическое, не приводящее к полной гибели микроорганизмов.

Процесс регулируемого насыщения этанола наночастицами металлов или оксидов металлов заданной дисперсности посредством электродуговых разрядов является промышленно используемой технологией, простой и эффективной.

Следовательно, каждый признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Установка для приготовления биоцидной взвеси содержит два серебряных электрода, помещенных в камере и связанных посредством тоководов через параллельно подключенный накопительный конденсатор, имеющий скорость зарядки 1-10 мкс и емкость которого составляет 0,004 мкф., с регулируемым блоком электропитания.

Камера оснащена насосом циркулирования обрабатываемой жидкости.

Датчик разрядного тока связан с осциллографом для активного контроля процесса насыщения этанола наночастицами серебра.

Электроды через разрядный конденсатор связаны с блоком управления генератором импульсов напряжения, которые характеризуются коротким передним фронтом (несколько мкс) для того, чтобы обеспечить сравнительно малый период их следования.

Генератор импульсов обеспечивает выходное напряжение в диапазоне 1-10 кВ, энергию импульсов тока 1-10 Дж амплитудой 0,5-5 кА и частотой следования 1-10 Гц.

Второй выход блока подключен к накопителю энергии, который через высоковольтный трансформатор связан с блоком, регулирующим электрическое напряжение (ЛАТР, питающийся от сети).

Резонансная частота разрядного контура, составленного из накопительного конденсатора, тоководов и электродов установлена равной 30 МГц.

Предложенная коллоидная взвесь приготавливается следующим образом.

В вышеописанной электродуговой импульсной установке, рабочая камера которой наполнена этанолом, посредством высокочастотных разрядов между электродами из серебра инициируются электродуговые пробои, под действием которых происходит эрозия их торцевой поверхности, сопровождающиеся отделением наноразмерных (0,5-50 нм) частиц серебра, образующих дисперсную фазу взвеси в этаноле.

При подаче напряжения на электроды от источника питания, когда пробивное напряжение в межэлектродном промежутке (величиной 200 мкм) составляет в среднем 8 кВ, происходит разряд его емкости через тоководы, электроды и разрядный промежуток между ними.

Контроль за величиной межэлектродного промежутка осуществляется во время технологического процесса по показаниям бесконтактного датчика, посредством регулированной микрометрической подачи реверсивного электропривода.

При этом частота следования разрядных импульсов составляет 50 Гц, а длительность одного разрядного импульса -3⋅10⁸ с.

Размеры наночастиц серебра в приготовленной взвеси, измеренные электронным микроскопом, составили 20-30 нм.

По достижении заданной контролируемой массовой концентрации наночастиц серебра в этаноле, приготовленную взвесь смешивают с равной по массе долей ацетона.

Затем в дисперсионную фазу этанола с ацетоном, содержащую распределенные в объеме наночастицы серебра, вводятся в расчетном количестве гидрофильные и гидрофобные мономеры, преимущественно метакрилаты.

Параметры приготовления коллоидной взвеси наночастиц заявленного ряда металлов или оксидов металлов контролируются измерениями затухания оптического луча и опалесценции.

Седиментационная устойчивость приготовленной взвеси контролируется путем измерения характеристик оптического поглощения в дипазоне 316-980 нм. Контроль проводился в промежутке времени 36 месяцев и подтвердил неизменность оптического поглощения, то есть отсутствие расслоения в приготовленной коллоидной взвеси по изобретению, отсутствие оседания наночастиц серебра.

Готовую адгезионную коллоидную взвесь, обладающую антимикробным и антибактериальным действием, разливают в медицинские емкости с дозирующей крышкой для поставки потребителям.

Достижение улучшенных показателей назначения нижеприведенными данными исследований и опытов.

Опытной проверкой было установлено адгезионное сцепление предложенного материала с примыкающими поверхностями не ниже 20 МПа.

Приготовленная коллоидная взвесь устойчива, не расслаивается при длительном хранении, не меняя при этом адгезионные и антибактериальные свойства и пригодность для образования технологической прослойки между пломбировочным материалом и дентином и эмалью зубов при лечении кариеса.

Эффективность действия по назначению адгезионных коллоидных взвесей, в которых использованы наночастицы серебра, оксида железа, алюминия, или оксида алюминия, иллюстрируется таблицами 1 и 2.

Как показали испытания на образцах после нанесения прослойки из коллоидной взвеси, содержащей наночастицы разных металлов и оксидов металлов, полностью погибает микрофлора в питательной смеси:

- в первые сутки с использованием наночастиц серебра, оксида железа, алюминия, оксида алюминия;

- на вторые сутки с использованием наночастиц меди и ванадия;

- на третьи сутки с использованием наночастиц тантала и диоксида тантала.

Из данных экспериментов следует, что по активности антибактериального действия ряд металлов и оксидов металлов для электродов, эродирующих при высокочастотных электродуговых разрядах в вакууме, наиболее пригодным в качестве источника наночастиц - дисперсной фазы приготавливаемой адгезионной коллоидной взвеси медицинского назначения, являются: серебро, оксид железа, алюминий и оксид алюминия.

При контроле обработанных образцов через месяц микрофлоры в них не обнаружено, что свидетельствует об эффективности адгезионного материала по угнетению биоорганизмов зубного налета.

Бактерицидный эффект проверялся суспензионным методом по штаммам зубного налета.

Бактерицидная активность проявляется, когда число колониеобразующих единиц (КОЕ) снизились с 1⋅10⁶ до 0, и в течение месяца сохранялась, что свидетельствует о длительности антимикробного действия предложенного материала.

Для исследований использовали бульонную культуру бактерий зубного налета, выращенную при температуре 37°С. Суспензию бактерий готовили на изотоническом растворе хлорида натрия, конечная концентрация бактерий в суспензии, внесенной в ячейки планшетов, составила 1⋅10⁶ КОЕ/мл.

Содержание бактерий в суспензиях (в том числе в ячейках планшетов) определяли путем высева десятикратных серийных разведений на плотную питательную среду АГВ в чашках Петри и инкубирования посевов при температуре 37°С.

Был исследован стоматологический адгезивный материал по изобретению. Массовая концентрация наночастиц серебра, оксида железа, алюминия и оксида алюминия в коллоидной взвеси составила 1-3⋅10^-6%.

Этот адгезивный материал проверялся при параллельном исследовании шести образцов и контрольного образца без покрытия (плацебо).

Образцы материала были помещены в автономные лунки планшетов, после чего туда вносили бактериальную суспензию (на изотоническом растворе хлорида натрия) микроорганизмов зубного налета. Концентрация бактерий составила 10000000 клеток в 1 мл высевом суспензий на плотную питательную среду в начале эксперимента с последующим определением жизнеспособных бактерий, что подтверждено наличие указанного их количества в лунках планшета.

Через 24 часа инкубирования планшетов в термостате в исследуемых суспензиях с образцами органозоля наночастиц металлов и оксидов металлов посредством серийных разбавлений жизнеспособных клеток выявлено не было.

При этом в планшете с плацебо количество жизнеспособных бактерий составило 10⁴-10⁵ в 1 мл.

Через 48 часов инкубирования планшетов жизнеспособных бактерий в исследуемых суспензиях также обнаружено не было, а в лунках с образцами плацебо -составило (7,0-7,8)⋅10⁴.

Эксперимент продолжали в течение месяца - жизнеспособные бактерии в исследуемых суспензиях обнаружено так и не было.

Для плацебо количество жизнеспособных бактерий менялось следующим образом (срнеднеарифметическое значение из шести опытов): на третьи сутки - 7,5⋅10⁴, на 4-е сутки - 3⋅10⁴, на 5-е сутки - 8,6⋅10⁴, на 6-7-е сутки - 9,2⋅10⁴, на 10-12-е сутки - 2,4⋅10⁴, на 13-е сутки - 2,85⋅10⁴, на 18-е сутки - 1,3⋅10³, на 19-е сутки - 3⋅10³, на 24-е сутки 2,3⋅10³.

По фактическим данным эксперимента можно сделать вывод о том, что бактерицидный эффект предложенного адгезивного материала наступает в течение 24 часов и продолжается не менее месяца.

Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.

Предложенные отличия коллоидной взвеси наночастиц металлов и оксидов металлов в смеси этанола с ацетоном, содержащей монокрилаты, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по санированию полости рта.

Изготовление предложенного адгезивного материала в форме органозоля, содержащего наночастицы металлов и оксидов металлов, возможно приготавливать на действующем в отрасли электродуговом оборудовании с регулированием технологических параметров в широком диапазоне.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Испытания опытных образцов предложенного антимикробного материала в форме коллоидного раствора для адгезионной прослойки между пломбировочным материалом и дентином, и эмалью зуба, показали высокую эффективность бактерицидного и бактериостатического действия, угнетающего микроорганизмы, что позволяет рекомендовать его серийный выпуск для поставки в лечебные учреждения.