Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований эмали в атомно-силовом и инвертированном микроскопах

Изобретение относится к медицине, в частности стоматологии и морфологии, и может применяться для морфологических и морфометрических исследований, связанных с установлением особенностей мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы неоднородностей препарата шлифа эмали зуба как при исследованиях структуры интактной эмали зуба, так и в случаях ее деструктивных изменений, например, при кариесе и некариесогенных поражениях и пр. Изучение микро- и ультраструктуры твердых тканей зуба в стоматологии связывается с качеством изготовленных препаратов шлифа эмали зуба (далее - препарат шлифа эмали зуба).

Известные способы изготовления таких препаратов, используют:

- методы шлифования поверхности эмали зуба с последующей ее обработкой для морфологических исследований, преследующих разные исследовательские цели, с использованием оптических и электронных микроскопов [1];

- методы травления тканей зубов кислотосодержащими веществами, например, содержащими ортофосфорную кислоту, выполняемых в ходе решения практических задач стоматологии, для создания адгезии между тканями зуба и пломбировочными материалами [2].

Известен способ изготовления препарата шлифа эмали зуба, представляющий комбинацию методов фиксации тканей и заключения их в плотный компаунд эпоксидной смолы, сочетающийся с известными техническими приемами изготовления шлифов зубов [3].

По данному способу, зуб после экстракции промывают в физиологическом растворе, дегидратируют и помещают в эпоксидную смолу с последующей фиксацией зуба. После полимеризации полученный блок с зубом разрезают сепаровочным диском и шлифуют поверхности реза зуба до получения ровного продольного шлифа. Затем протравливают эмаль в хелатообразующем агенте (трилон Б) и наносят на препарат слой электропроводящего вещества. После выполнения данного этапа, препарат шлифа эмали зуба пригоден для изучения в сканирующем электронном микроскопе. Для морфологических исследований эмали зуба в трансмиссионном электронном микроскопе с изготовленного препарата шлифа эмали зуба с помощью нитроклетчатки снимают отпечатки, на которые в вакууме напыляют спектрально чистый графит. Полученные угольные реплики наносят на предметные сетки и проводят соответствующие исследования [4].

Недостатком способа является то, что его использование предполагает наличие дорогостоящей исследовательской аппаратуры - сканирующего или трансмиссионного электронного микроскопа и высоко квалифицированных специалистов, привлекаемых к изготовлению качественно выполненных препаратов шлифа эмали зуба. Кроме того, способ не пригоден для использования в атомно-силовой микроскопии, так как не позволяет получить исследуемую поверхность препарата шлифа эмали зуба требуемой чистоты.

Известен способ приготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических исследований с применением сканирующего акустического микроскопа [5]. По данному способу зуб распиливают алмазной пилой диаметром 50 мм, толщиной 0,5 мм при скорости 1500 об/мин. Поверхность спила обрабатывают на чугунных планшайбах с применением свободного абразива - корундового порошка со средней величиной зерна 40 мкм (М40).

После предварительного выравнивания поверхности спила, образец препарата шлифа эмали зуба дошлифовывают вручную на стеклянных пластинах с применением абразивных порошков с меньшим размером зерна - вплоть до 5 мкм (М5).

Недостатком способа является то, что он предназначен для изготовления препарата шлифа эмали зуба, используемого лишь для исследования в сканирующем акустическом микроскопе, так как процедура ручной шлифовки поверхности спила препарата шлифа эмали зуба увеличивает вероятность появления искажений структуры поверхности при исследовании в инвертированном микроскопе, а также делает невозможным проведение исследования с использованием атомно-силового микроскопа.

Наиболее близким по назначению, совокупности признаков и достигаемому техническому результату является способ изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических исследований эмалевых призм в атомно-силовом и инвертированном микроскопах [6 - прототип], включающий: помещение препарата (прижизненно сохраненный зуб) в 10% раствор формальдегида на 24 часа; разрезание зуба и получение заготовки препарата эмали зуба с последующей его дегитратацией и фиксированием полимеризацией в смеси эпоксидной смолы и отвердителя полиэтиленполиамина (соотношение 10:1); шлифование поверхности спила препарата эмали зуба шлифовальным кругом с последовательным уменьшением размера абразивного зерна в ряду 65 мкм и 25 мкм и промыванием шлифа, после каждого этапа его шлифования, дистиллятом; полирование поверхности шлифа препарата эмали зуба до 14 класса чистоты полировальными кругами с алмазной суспензией при последовательном уменьшении размера алмазного зерна в ряду от 15 мкм до 1 мкм и промыванием шлифа, после каждого этапа его полирования, струей дистиллята; высушивание блока препарата эмали зуба; травление поверхности шлифа 37% ортофосфорной кислотой в течение 2 секунд и последующим промыванием струей дистиллята в течение 2 секунд для удаления с полированной поверхности шлифа препарата эмали зуба возможных наноразмерных загрязнений.

Однако, данный способ также имеет сложности, связанные с получением требуемой чистоты, не только исследуемого поверхностного слоя препарата шлифа эмали зуба, но и подповерхностных ее слоев, представляющих собой мезопористое пространство, где макро- и ультраструктурная (далее - макро- и микрокапиллярная) неоднородность эмали зуба представлена в виде макро- и микрокапиллярных сложно организованных «тоннелей», «коллате-ралей», микрополостей, трещин и пр. Именно в них силовые компоненты, реализующие процессы шлифовки и полировки препарата шлифа эмали зуба, могут импрегнировать на большую или меньшую глубину, не только наноразмерные частицы материала самих разрушенных призм эмали, но также и наноразмерные частицы шлифующих и полирующих компонентов. Их полное удаление, при травлении поверхности шлифа 37% ортофосфорной кислотой с последующим кратковременным отмыванием струей дистиллята, не может быть гарантированным из-за малых экспозиций процедур и их явно недостаточных гидродинамических силовых характеристик. Это увеличивает вероятность искажений рельефа поверхностных и подповерхностных макро- и микрокапиллярных неоднородностей шлифа эмали зуба из-за их плакирования указанными загрязнениями (далее - технологические загрязнения) в виде наноразмерных частиц, могущих служить артефактами при микроскопировании. Это может существенно повлиять на качество и достоверность морфологических и морфометрических оценок и показателей в определении конфигурации макро- и микрокапиллярно-пористой системы в поверхностных и подповерхностных неоднородностях шлифа интактной эмали зуба, а также на корректность оценки деструктивных ее изменений в случаях кариеса и некариесоген-ных поражений, протекающих между поверхностью эмали зуба и дентином, изучаемых атомно-силовой и инвертированной микроскопией.

Техническим результатом изобретения является - оптимизация способа изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований эмали зуба в атомно-силовом и инвертированном микроскопах, позволяющего повысить качество и достоверность морфологических и морфометрических оценок микро- и ультраструктурных неоднородностей, изучаемых и исследуемых атомно-силовой и инвертированной микроскопией как в интактной эмали зуба, так и при оценке деструктивных ее изменений в случаях кариеса и некариесогенных поражений.

Технический результат изобретения достигается тем, что способ изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований эмали при атомно-силовом и инвертированном микроскопировании, включающий этапы: помещение нативного зуба в 10% раствор формальдегида; разрезание зуба и получение заготовки препарата шлифа эмали зуба; дегитратации и фиксирования заготовки препарата шлифа эмали зуба полимеризацией в смеси эпоксидной смолы и отвердителя; шлифование поверхности спила препарата шлифа эмали зуба и ее полирование до 14 класса чистоты с промыванием шлифа дистиллятом после выполнения этапов шлифования и полирования; высушивание препарата шлифа эмали зуба; травление поверхности шлифа 37% ортофосфорной кислотой и его промывание дистиллятом, отличающийся тем, что дополнительно проводят финишную обработку-очистку макро- и микрокапиллярно-пористой системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба от технологических загрязнений в виде наноразмерных частиц диспергированного материала эмали зуба, шлифующих и полирующих материалов, путем трехэтапной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба, где:

- на первом этапе осуществляют - дистантное озвучивание, через промежуточный моющий раствор, продольно колеблющимся излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента, полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, погруженного в кювету с водным раствором поверхностно-активного вещества «Неонол» в соотношении 1:100.

Параметры и режимы дистантного озвучивания полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, реализующего первый этап финишной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба от технологических загрязнений:

- частота ультразвуковых колебаний цилиндрического волновода-инструмента, f - 26,5 кГц;

- амплитуда ультразвуковых колебаний излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента, ξ - 60 мкм;

- расстояние между излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента и поверхностью препарата шлифа эмали зуба, L₁ - не менее 10 мм;

- угол разворота излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента по отношению к нормали озвучиваемой поверхности шлифа эмали зуба, α - 30-45°;

- время ультразвукового воздействия на поверхность препарата шлифа эмали зуба, τ - не менее 30 секунд;

- расход циркулирующего раствора поверхностно-активного вещества «Неонол», Q - не менее 2 л/мин.

- на втором этапе осуществляют - дистантную ультразвуковую экстракцию дренированием остаточных технологических загрязнений - влагосодержащих наноразмерных частиц из кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, за счет инициирования «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта, реализуемого волноводом-инструментом «излучающий диск» с изгибно-колеблющимся излучающим диском, в области газового промежутка, определяемого акустическим пограничным слоем между его излучающим торцом и полированной поверхностью препарата шлифа эмали зуба при размещении между ними сорбирующего элемента.

Параметры и режимы озвучивания, реализующего второй этап финишной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки путем дистантной ультразвуковой экстракции дренированием технологических загрязнений из кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба:

- частота ультразвуковых колебаний волновода-инструмента «излучающий диск», f - 26,5 кГц;

- звуковое давление, Р - 120-130 Дб, развиваемое в слое газового промежутка между излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск» и поверхностью препарата шлифа эмали зуба, в области акустического пограничного слоя, величиной, L₂ - не менее 2-3 мм;

- время ультразвукового воздействия на поверхность препарата шлифа эмали зуба при дистантной ультразвуковой экстракции дренированием, τ - не менее 30 секунд;

- сорбирующий элемент - капиллярно-пористая прокладка из сорбционно-бактерицидного нетканого волокнистого материала «ВитаВаллис» толщиной, δ - не менее 2 мм с размером пор, ∅ - 2-5 мкм, размещаемый между излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск» и озвучиваемой поверхностью препарата шлифа эмали зуба.

- на третьем этапе осуществляют - дистантное озвучивание, через промежуточный моющий раствор, продольно колеблющимся излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента, полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, погруженного в кювету с дистиллятом, а затем препарат шлифа эмали зуба высушивают при температуре 36°С в течение 60 минут.

Параметры и режимы озвучивания полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, реализующего третий этап финишной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба от возможных остатков технологических загрязнений:

- частота ультразвуковых колебаний цилиндрического волновода-инструмента, f - 26,5 кГц;

- амплитуда ультразвуковых колебаний излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента, ξ - 50 мкм;

- расстояние между излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента и поверхностью препарата шлифа эмали зуба, L₃ - не менее 20 мм;

- время ультразвукового воздействия на поверхность препарата шлифа эмали зуба, τ - не более 20 секунд;

- расход циркулирующего раствора дистиллята, Q - не менее 2 л/мин.

Предлагаемый способ изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований, при выбранных параметрах и режимах дистантного ультразвукового воздействия, на этапе его финишной очистки высокоамплитудным ультразвуком низкочастотного диапазона позволяет обеспечить:

1) качественную очистку кратероподобных устьев капиллярно-пористой системы мезопористого пространства, имеющих выход на полированную поверхность препарата шлифа эмали зуба, а также самой поверхности шлифа от технологических загрязнений через промежуточные моющие растворы поверхностно-активного вещества «Неонол», а также дистиллята (на заключительном этапе) трехэтапной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба, продольно-колеблющимся излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента. При этом, интенсификация разрушения, отделения и растворения адгезионно - и механически связанных с эмалью зуба неорганических и органических наноразмерных частиц и пленок технологических загрязнений под действием ультразвука, реализуются при совместном действии химически активируемой ультразвуком среды и силовых факторов акустического поля: кавитации, акустических течений, переменного звукового давления, микровибраций, звукокапиллярного эффекта и пр.) [7];

2) качественную очистку подповерхностно расположенных мезопористых пространств макро- и микрокапиллярной системы препарата шлифа эмали зуба от технологических загрязнений в виде влагосодержащих наноразмерных диспергированных частиц как материала эмали зуба, так и шлифующих и полирующих материалов, реализуемую дистантным озвучиванием поверхности шлифа изгибно-колеблющимся излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск», инициирующим ультразвуковую экстракцию дренированием влагосодержащих наноразмерных частиц загрязнений, за счет «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта, возникающего в слое газового промежутка между излучающим торцом указанного волновода-инструмента и полированной поверхностью шлифа препарата эмали зуба, определяемого областью акустического пограничного слоя. При этом, сорбирующий элемент, помещаемый между излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск» и поверхностью препарата шлифа эмали зуба депонирует технологические наноразмерные влагосодержащие загрязнения, дистантно экстрагируемые ультразвуковым дренированием [8-11].

Анализ патентной информации показал, что на дату подачи заявки на изобретение не известен способ изготовления препарата шлифа эмали зуба, позволяющего обеспечить достоверность морфологических и морфометрических оценок микро- и ультраструктурных неоднородностей зубной эмали как в норме, так и при патологиях, изучаемых и исследуемых атомно-силовой и инвертированной микроскопией путем повышения качества его очистки от технологических загрязнений в виде наноразмерных частиц диспергированного материала эмали зуба, а также материалов, используемых при его шлифовании и полировании, за счет осуществления трехэтапной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба, реализуемых серийно выпускаемым аппаратом ультразвуковым для обработки раневых поверхностей Кавитон^® (далее - аппарат Кавитон^® с набором соответствующих, дистантно воздействующих, на объект обработки-очистки, волноводов-инструментов.

Подтверждением достижения оптимального для целей морфологических и морфометрических исследований качества препарата шлифа эмали зуба, предлагаемым способом, является возможность осуществления трехэтапной финишной очистки его полированной поверхности и подповерхностных капиллярно-пористых структур мезопористого пространства эмали зуба, а также результаты успешного внедрения и использования на клинической базе кафедры онкологии ОмГМУ и в Центре ИТВЛ «Эллитар» (г. Омск) технологий низкочастотной ультразвуковой обработки гнойных ран, где содержимое капиллярно-пористой системы раневых тканей, включающего патогенную микрофлору и эндотоксины, успешно очищается дистантно как за счет высокоамплитудного ультразвукового их санирования через промежуточный лекарственный раствор, так и за счет последующей дистантной ультразвуковой экстракции дренированием содержимого из очага инфекции [8]. Указанное подтверждает возможность очистки капиллярно-пористых структур мезопористого пространства эмали зуба, предложенным способом, от влагосодержащих наноразмерных частиц технологических загрязнений. Также, вышеуказанная возможность подтверждается примером физического моделирования развитого процесса дистантной ультразвуковой экстракции дренированием растворов технологических сред (модельная жидкость - 50% раствор желатина) из макро- и микрокапиллярно-пористой системы «Т-Ж», за счет инициирования «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта, реализуемого волноводом-инструментом «излучающий диск» с расстояния, определяемого областью акустического пограничного слоя (f - 26,5 кГц, Р - 110-130 Дб; L₃ - 2-3 мм), с исключением контакта с поверхностью модели «препарата шлифа эмали зуба» (Фиг. 1). Модель капиллярно-пористой системы «препарата шлифа эмали зуба» - высокопористый ячеистый материал ВПЯМ-МН, гигиенический сертификат №002741/№59 от 24.11.1997 г. Размеры капилляров и пор - 20-100 мкм (при деформировании модели по высоте).

Сущность изобретения поясняется графически и фотограммами следующим образом:

- на Фиг. 1 - фотограмма, показывающая возможность реализации процесса ультразвуковой экстракции дренированием из макро- и микрокапиллярно-пористой системы модели «препарата шлифа эмали зуба» (высокопористый ячеистый материал ВПЯМ-МН, обводненный технологической средой (модельная жидкость - 50% раствор желатина) путем инициирования «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта;

- на Фиг. 2 - изображение блока препарата шлифа эмали зуба с полированной поверхностью 14 класса чистоты до реализации первого этапа его финишной низкочастотной ультразвукоковой обработки-очистки от технологических загрязнений;

- на Фиг. 3а, б - схематичное изображение процесса дистантного озвучивания полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, через промежуточный моющий раствор, излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента (Фиг. 3а), реализующего первый этап финишной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, а также изображение фотограммы полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба после проведения первого этапа его финишной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки от технологических загрязнений (Фиг. 3б);

- на Фиг. 4а, б - схематичное изображение процесса дистантной ультразвуковой экстракции дренированием остаточных технологических загрязнений из кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы в поверхностных и подповерхностных неоднородностях препарата шлифа эмали зуба, за счет инициирования «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта, реализуемого волноводом-инструментом «излучающий диск» являющегося вторым этапом финишной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба (Фиг. 4а), а также фотограммы полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба после проведения второго этапа его финишной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки от технологических загрязнений путем дистантной ультразвуковой экстракции дренированием, а также последующего проведения завершающего третьего этапа, выполняемого аналогично первому этапу финишной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба (Фиг. 4б);

- на Фиг. 5 - изображен - аппарат Кавитон^®, содержащий низкочастотный ультразвуковой генератор с набором волноводов-инструментов, включающим: продольно-колеблющиеся цилиндрические волноводы-инструменты с цилиндрическим излучающим торцом или скошенным под углом 45° излучающим торцом, а также волноводы-инструменты «излучающий диск» с изгибно-колеблющимся излучающим диском;

- на Фиг. 6 - изображены цилиндрические волноводы-инструменты (n=1 и n=2), используемые при дистантном озвучивании, через промежуточный моющий раствор, полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба на первом и третьем этапах его финишной ультразвуковой обработки-очистки (Фиг. 3а);

- на Фиг. 7а, б - изображены волноводы-инструменты «излучающий диск» с изгибно-колеблющимся излучающим диском (n=1), используемые на втором этапе дистантного озвучивания полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба (Фиг. 4а, Фиг. 7а), а также результаты конечно-элементного моделирования распределения изгибных колебаний их излучающих дисков (Фиг. 7б);

- на Фиг. 8 - фотограмма рельефа поверхности интактной зубной эмали. Углубления внутри головок эмалевых призм. Атомно-силовая микроскопия в полуконтактном режиме сканирования. Разрешение 30 мкм и 30 мкм;

- на Фиг. 9 - фотограмма, регистрирующая расширенные кратероподобные устья полостей эмали зуба I порядка (диаметр в поперечнике до 17 мкм). Стрелками показаны стенки полости I порядка;

- на Фиг. 10 - фотограмма, регистрирующая полости эмали зуба I порядка на границе эмалево-дентинного соединения. Горизонтальными стрелками показаны стенки полости I порядка. Вертикальными стрелками показаны дентинные канальцы;

- на Фиг. 11 - фотограмма, регистрирующая особенности ориентации сообщающихся полостей эмали зуба I и II порядка в толще эмали;

- на Фиг. 12 - фотограмма, регистрирующая особенности ориентации сообщающихся полостей эмали зуба I и II порядка у поверхности эмали;

- на Фиг. 13 - фотограмма, регистрирующая ритмичное расположение полостей II порядка, соединяющих полости эмали зуба I порядка;

- на Фиг. 14 - фотограмма поперечного АСМ-сканирования поверхности полированного шлифа эмали зуба с разрешением 30×30 мкм с применением атомно-силового микроскопа «N-TEGRA». Участок цилиндрической полости, размером в поперечнике до 5 мкм с «рукавными» коническими ответвлениями, размером в поперечнике до 1 мкм;

- на Фиг. 15 - фотограмма поперечного АСМ-сканирования поверхности полированного шлифа эмали зуба с разрешением 5×5 мкм с применением атомно-силового микроскопа «N-TEGRA». Участки поверхности с коническими полостями, размером в поперечнике до 0,3 мкм с расширениями в виде «устьев», размером в поперечнике до 1,5 мкм.

Устройство для осуществления способа изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований эмали в атомно-силовом и инвертированном микроскопах, в части касающейся, реализации отличительной части заявляемого технического решения содержит (Фиг. 1; Фиг. 2; Фиг. 3а, б; Фиг. 4а, б; Фиг. 5; Фиг. 6; Фиг. 7а, б;

Фиг. 8 - Фиг. 15): генератор ультразвуковой низкочастотный 1 от аппарата Кавитон^® (Рег. удостоверение № ФСР 2010/08673, 2013 г.; «НПП «Метромед», г. Омск), имеющего в своем составе (Фиг. 5) - ультразвуковую колебательную систему (далее - УЗКС) 2; набор волноводов-инструментов, используемых в данном техническом решении, включающий: цилиндрический волновод-инструмент 3 с цилиндрическим излучающим торцом (Фиг. 5; Фиг. 6 и Фиг. 3а), применяемом на этапе дистантного озвучивания. поверхности препарата шлифа эмали зуба 4 через промежуточный моющий раствор поверхностно-активного вещества «Неонол» 5 и, реализующего первый этап финишной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба 4 от технологических загрязнений; кювету 6, заполненную циркулирующим моющим раствором поверхностно-активного вещества «Неонол» 5 или дистиллята с помещаемым в них, на соответствующих этапах, препаратом шлифа эмали зуба 4, подлежащим финишной низкочастотной ультразвуковой обработке-очистке: первый или третий этапы финишной очистки (Фиг. 3а); волновод-инструмент «излучающий диск» 7 с изгибно-колеблющимся излучающим диском (Фиг. 5; Фиг. 7а, б; Фиг. 4а), применяемого на этапе дистантной ультразвуковой экстракции дренированием влагосодержащих остатков технологических загрязнений из кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы в поверхностных и подповерхностных неоднородностях препарата шлифа эмали зуба 4 и, реализующего второй этап финишной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба 4 от технологических загрязнений (Фиг. 4а); сорбирующий элемент 8 в виде капиллярно-пористой прокладки толщиной порядка 2-3 мм и размером пор - 2-5 мкм) из сорбционно-бактерицидного нетканого волокнистого материала, например, повязка раневая антимикробная «ВитаВаллис» (Рег. удостоверение № РЗН 2013/561, «Аквелит», г. Томск), размещаемый между торцом излучающего диска волновода-инструмента «излучающий диск» 7 и полированной поверхностью препарата шлифа эмали зуба 4 (в области акустического пограничного слоя - L₃); пинцет медицинский 9, предназначенный для удержания и ориентирования препарата шлифа эмали зуба 4 относительно излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента 3, осуществляющего озвучивание полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба 4 в процессе реализации первого и третьего этапов его финишной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки от технологических загрязнений (Фиг. 3а).

Предлагаемый способ изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований эмали в атомно-силовом и инвертированном микроскопах осуществляют следующим образом.

Первоначально, изготовление препарата шлифа эмали зуба осуществляют согласно технологии, изложенной в способе-прототипе [6], включающей: помещение прижизненно сохраненного зуба в 10% раствор формальдегида; разрезание его и получение заготовки препарата эмали зуба с последующей его дегитратацией и фиксированием полимеризацией в смеси эпоксидной смолы и отвердителя полиэтиленполиамина; шлифование поверхности спила препарата эмали зуба шлифовальным кругом с последовательным уменьшением размера абразивного зерна в ряду 65 мкм и 25 мкм и промыванием шлифа дистиллятом, после каждого этапа его шлифования; полирование поверхности шлифа препарата эмали зуба до 14 класса чистоты полировальными кругами с алмазной суспензией при последовательном уменьшении размера алмазного зерна в ряду от 15 мкм до 1 мкм с промыванием шлифа струей дистиллята, после каждого этапа его полирования; высушивание препарата эмали зуба; травление поверхности шлифа 37% ортофосфорной кислотой с последующим промыванием струей дистиллята для удаление с полированной поверхности шлифа препарата эмали зуба возможных технологических загрязнений.

Затем, согласно заявляемого технического решения, путем применения генератора ульразвукового низкочастотного 1 от аппарата Кавитон^®, УЗКС 2 и набора специализированных волноводов-инструментов, содержащего: продольноно-колеблющийся цилиндрический волновод-инструмент 3 с цилиндрическим излучающим торцом (далее - излучающий торец цилиндрического волновода-инструмента 3) и волновод-инструмент «излучающий диск» 7 с изгибно-колеблющимся излучающим диском (далее - волновод-инструмент «излучающий диск» 7), осуществляют трехэтапную финишную высокоамплитудную низкочастотную ультразвуковую обработку-очистку непосредственно кратерообразных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба 4 от наноразмерных технологических загрязнений.

Для этого, на первом этапе реализации предложенного технического решения (Фиг. 3а), представляющего собой финишную ультразвуковую обработку-очистку препарата шлифа эмали зуба 4, указанный препарат, фиксируют медицинским пинцетом 9, погружают в кювету 6 объемом порядка 0,5 литра, заполненную циркулирующим водным раствором поверхностно-активного вещества «Неонол» (в соотношении 1:100) и осуществляют, с расстояния не менее 10 мм (для исключения кавитационного разрушения материала эмали зуба), дистантное озвучивание его полированной поверхности в поле высокоамплитудного ультразвука, создаваемого излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента 3 с обеспечением его кругового разворота на угол α=30-45° по отношению к нормали озвучиваемой поверхности препарата шлифа эмали зуба 4 (Фиг. 3а). Варьирование углом а обосновывается возможностью получения не только нормальной, но и касательной составляющих высокоскоростных потоков кавитирующих струй, инициируемых излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента 3, воздействующих на очищаемую поверхность шлифа 4, способствующих лучшим условиям «вымывания» технологических загрязнений из зияющих кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей в препарате шлифа эмали зуба 4, имеющих выход на его полированную поверхность при минимизации возможной импрегнации в них технологических загрязнений.

Оптимальные параметры и режимы озвучивания на первом этапе финишной ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба 4, от технологических загрязнений:

- частота ультразвуковых колебаний цилиндрического волновода-инструмента, f - 26,5 кГц;

- амплитуда ультразвуковых колебаний излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента, ξ - 60 мкм;

- расстояние между излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента и полированной поверхностью препарата шлифа эмали зуба, L₁ - не менее 10 мм (для исключения кавитационного нарушения структуры эмали);

- угол разворота излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента в отношении нормали к озвучиваемой поверхности шлифа, α - 30-45°;

- время ультразвукового воздействия на полированную поверхность препарата шлифа эмали зуба, τ - не менее 30 секунд;

- расход циркулирующего раствора поверхностно-активного вещества «Неонол», Q - не менее 2 л/минуту.

После этого, проводят второй этап реализации предложенного технического решения (Фиг. 4а), представляющего собой финишную ультразвуковую обработку-очистку препарата шлифа эмали зуба 4, заключающегося в осуществлении процесса дистантной ультразвуковой экстракции дренированием остаточных технологических загрязнений, в виде влагосодержащих наноразмерных частиц, из кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба 4, за счет инициирования «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта, безконтактно реализуемого волноводом-инструментом «излучающий диск» 7 с изгибно-колеблющимся излучающим диском в области газового промежутка, определяемого акустическим пограничным слоем, возникающим между торцом излучающего диска и полированной поверхностью препарата шлифа эмали зуба 4, размер которого L₂ составляет порядка 2-3 мм. Для этого, осушенный препарат шлифа эмали зуба 4, прошедший первый этап финишной ультразвуковой обработки-очистки от технологических загрязнений, размещают и фиксируют на предметном столике, укладывают на его поверхность сорбирующий элемент 8 в виде капиллярно-пористой прокладки из сорбционно-бактерицидного нетканого волокнистого материала «ВитаВаллис» толщиной 6 порядка 2-3 мм и размером пор ∅ - 2-5 мкм. Волновод-инструмент «излучающий диск» 7 подводят к сорбирующему элементу 8, размещенному между поверхностью шлифа препарата эмали зуба 4 и дискообразным торцом волновода-инструмента «излучающий диск» 7. Включают генератор ультразвуковой низкочастотный 1 от аппарата Кавитон^® с присоединенным к нему УЗКС 2, связанным с волноводом-инструментом «излучающий диск» 7 и осуществляют дистантное озвучивание поверхности препарата шлифа эмали зуба 4, исключая непосредственный его контакт с поверхностью шлифа препарата эмали зуба 4, обеспечиваемого расположением капиллярно-пористой прокладки 8 между излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск» 7 и поверхностью препарата шлифа эмали зуба 4. Этим обеспечивается реализация процесса ультразвуковой экстракции дренированием остаточных технологических загрязнений - влагосодержащих наноразмерных частиц из кратерообразных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы в поверхностных и подповерхностных неоднородностях препарата шлифа эмали зуба 4, за счет инициирования «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта, реализуемого волноводом-инструментом «излучающий диск» 7 с изгибно-колеблющимся излучающим диском в области газового промежутка, определяемого акустическим пограничным слоем между его излучающим торцом и полированной поверхностью препарата шлифа эмали зуба 4 при размещении между ними сорбирующего элемента 8.

Параметры и режимы озвучивания, реализующего второй этап финишной высокоамплитудной низкочастотной ультразвуковой обработки-очистки путем дистантной ультразвуковой экстракции дренированием остаточных технологических загрязнений из кратероподобных устьев и мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба:

- частота ультразвуковых колебаний волновода-инструмента «излучающий диск, f - 26,5 кГц;

- звуковое давление, Р - 120-130 Дб, развиваемое в слое газового промежутка между излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск» и поверхностью препарата шлифа эмали зуба, в области акустического пограничного слоя, величиной, L₂ - не менее 2-3 мм;

- время ультразвукового воздействия на поверхность препарата шлифа эмали зуба при дистантной ультразвуковой экстракции дренированием, τ - не менее 30 секунд;

- сорбирующий элемент, размещаемый между излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск» и поверхностью препарата шлифа эмали зуба - капиллярно-пористая прокладка из сорбционно-бактерицидного нетканого волокнистого материала «ВитаВаллис» толщиной, δ - не менее 2 мм и с размером пор, ∅ - 2-5 мкм.

По окончании второго этапа осуществления предложенного технического решения, ультразвук отключают и проводят контроль состояния полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба 4.

Затем, осуществляют заключительный третий этап предложенного технического решения (Фиг. 4а), а именно финишную чистовую ультразвуковую обработку-очистку препарата шлифа эмали зуба 4, заключающуюся в дистантном озвучивании, продольно-колеблющимся излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента, через промежуточный моющий раствор дистиллята, полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба, погруженного в кювету с дистиллятом с последующим высушиванием препарата шлифа эмали зуба при температуре 36°С в течение 60 минут.

Параметры и режимы дистантного озвучивания на третьем этапе финишной ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба от технологических загрязнений следующие:

- частота ультразвуковых колебаний цилиндрического волновода-инструмента, f - 26,5 кГц;

- амплитуда ультразвуковых колебаний излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента, ξ - 50 мкм;

- расстояние между излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента и полированной поверхностью препарата шлифа эмали зуба, L₃ - не менее 20 мм;

- угол разворота излучающего торца цилиндрического волновода-инструмента относительно нормали к озвучиваемой поверхности шлифа, α - 30-45°;

- время ультразвукового воздействия на полированную поверхность препарата шлифа эмали зуба, τ - не более 20 секунд;

- расход циркулирующего дистиллята, Q - не менее 2 л/мин;

- температура высушивания препарата шлифа эмали зуба, t - 36°С в течение 60 минут.

Схема осуществления заключительного третьего этапа чистовой ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба 4, аналогична схеме осуществления первого этапа предложенного технического решения, но параметры и режимы выбираются более «щадящими» для исключения возможного повреждения, кавитирующими струями дистиллята, предварительно очищенных обнаженных структур мезопористого пространства макро- и микрокапиллярной системы поверхностных и подповерхностных неоднородностей препарата шлифа эмали зуба 4, в значительной степени свободных, после реализации первого и второго этапов обработки-очистки, от плакирующих их технологических загрязнений, имеющих демпфирующие к ультразвуку свойства. По окончании третьего этапа чистовой ультразвуковой обработки-очистки препарата шлифа эмали зуба 4, ультразвук отключают и осуществляют высушивание препарата шлифа эмали зуба 4 при температуре 36°С в течение 60 минут, исключающего при микроскопировании проявления артефактов, вызываемых влажной средой. Проводят контроль состояния полированной поверхности препарата шлифа эмали зуба 4.

После высушивания препарата шлифа эмали зуба 4, его укладывают на предметный столик атомно-силового или инвертированного микроскопов и осуществляют, в установленном порядке, морфологические и морфометрические исследования эмалевых призм.

Предлагаемый способ изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований эмали в атомно-силовом и инвертированном микроскопах внедрен в научно-практическую работу кафедры судебной медицины, правоведения Омского государственного медицинского университета.

Внедрение предлагаемого технического решения позволило резко повысить качество очистки препарата шлифа эмали зуба от технологических загрязнений, включающих как диспергированный материал эмали зуба, так и шлифующих и полирующих материалов, могущих приводить к искажению реального рельефа поверхностной и подповерхностной структур шлифа, из-за их плакирования диспергированными наноразмерными частицами как материала эмали зуба, так и шлифующими и полирующими материалами, могущих служить артефактами при атомно-силовом и инвертированном микроскопировании и существенно влиять на корректность оценки морфометрических показателей при определении конфигурации и геометрии капиллярно-пористой системы исследуемой эмали зуба. Предлагаемое техническое решение обладает преимуществом перед известными способами изготовления препарата шлифа эмали зуба для морфологических и морфометрических исследований эмали в атомно-силовом и инвертированном микроскопах, т.к. достигаемый уровень чистоты, исследуемых поверхностной и подповерхностной структур препарата шлифа эмали зуба, требуемый при микроскопировании, обеспечивается за счет финишной ультразвуковой очистки его от технологических загрязнений, реализуемой трехэтапной высокоамплитудной ультразвуковой обработкой-очисткой шлифа препарата эмали зуба, осуществляемой:

- во-первых, дистантной высокоамплитудной ультразвуковой обработкой-очисткой поверхностных и частично подповерхностных структур препарата шлифа эмали зуба, путем его озвучивания через промежуточный моющий раствор продольно-колеблющимся излучающим торцом цилиндрического волновода-инструмента (на первом и третьем этапах осуществления способа);

- во-вторых, дистантным озвучиванием поверхности препарата шлифа эмали зуба изгибно-колеблющимся излучающим диском волновода-инструмента «излучающий диск», инициирующим ультразвуковую экстракцию дренированием влагосодержащих наноразмерных частиц технологических загрязнений из подповерхностных структур эмали, за счет реализации «обратного» ультразвукового капиллярного эффекта (на втором этапе осуществления способа).

При этом, возникающий рельеф пригоден для эффективного зондирования поверхности в необходимом, для морфометрии эмалевых призм, нанодиапазоне. Полученные, предлагаемым способом препараты шлифа эмали зуба позволяют значительно улучшить визуализацию контуров кристаллов гидроксиапатита и полостей реального рельефа поверхностной и подповерхностной структур на поперечных шлифах эмали зуба при атомно-силовом и инвертированном микроскопировании.

Приведенные, в предлагаемом техническом решении, примеры получения высокого качества препаратов шлифа эмали зуба показывают, что заявляемый способ соответствует требованию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Марченко А.И., Зелинская Н.А., Даценко В.Я. и др. Изучение ультраструктуры поверхности эмали зубов человека с помощью растровой электронной микроскопии // Стоматология. - 1990. - №3. - С. 6-8;

2. Гутияр С., Родах Б, Хольцмайер М. Практическое применение самокондиционируемого адгезива // Клиническая стоматология. - 2004. - №1. (Кислотное протравливание эмали: http://www.medblog.com.ua/articles/miscellaneous/10863):

3. Костиленко Ю.П., Бойко И.В. Структура зубной эмали и ее связь с дентином // Стоматология. - 2005. - №5. - С. 10-13

4. Костиленко Ю.П., Бойко И.В. Метод изготовления препаратов прижизненно сохранных зубов для многоцелевых исследований // Клиническая анатомия и оперативная хирургия. - 2004. - №3. - С. 63-65.

5. Денисова Л.А. Акустическая гистология тканей зуба, http://www.mediasphera.ru/jo-urnals/stomo/detail/261/3954.

6. Патент РФ №2458675. МПК A61K 6/00. G01N 1/32. Способ изготовления препаратов зубов для морфологических исследований эмалевых призм в атомно-силовом (АСМ) и инвертированном микроскопах /И.Л. Шестель и др., опубл. 20.08.2012 г. (прототип).

7. Келлер О.К. и др. Ультразвуковая очистка. - Л.: Машиностроение, 1977. - 325 с.

8. Патент РФ №2708787. МПК A61N 7/02. Способ дистантной ультразвуковой обработки гнойных ран / В.В. Педдер, В.Н. Хмелев, Р.Н. Голых, С.И. Щукин и др., опубл. 11.12.2019 г.

9. Педдер В.В. Исследование процесса, разработка технологии и оборудования для ультразвуковой сварки разнородных биотканей при слухоулучшающих операциях: Автореф. дис.... канд. техн. наук. - М., 1982. - 16 с.

10. Авторское свидетельство СССР №1461466. М. Кл. А61М 1/00. Устройство для обработки инфицированных ран. / В.В. Педдер и др., опубл. 28.02.1989 г.

11. Педдер В.В., Хмелев В.Н., Педдер А.В. и др. «Обратный» ультразвуковой капиллярный эффект и некоторые направления его клинического применения / Труды X Междунар. конф. (EDM). - Новосибирск: Изд. НГТУ, 2009. - С. 414-420.