3. Cel, teza i zakres pracy

Transkrypt

1 Open Access Library Volume 3 (9) Cel, teza i zakres pracy 3.1. Geneza pracy Materia y przeznaczone do wykonywania d ugoczasowych mi kkich pod ciele protez s zalecane przede wszystkim pacjentom cierpi cym z powodu ca kowitego bezz bia. Stosuje si je mi dzy innymi w przypadku zmian w obr bie tkanek pod o a protetycznego, przy niskiej tolerancji b ony luzowej na ucisk, przy protezach natychmiastowych, z ej retencji protez, powstawaniu odle yn, nieodpowiednim przyleganiu p yty protezy do pod o a oraz do pod cielania obturatorów protez pooperacyjnych [40, 55-60]. Na krajowym rynku materia ów protetycznych polimery tego typu nie ciesz si, niestety, popularno ci. Sprzyja temu stereotypowa opinia o niskiej trwa o ci tego typu materia ów oraz o niewystarczaj cej jako ci po czenia z akrylow p yt protezy. Jednak na podstawie niezale nych bada [ ] stwierdzono, e ów pogl d nie jest s uszny. Przyk adowo, Schmidt i wsp. [205] wykazali, e mi kkie pod cielenia wykonane z Molloplast-B po 4 latach u ytkowania we wszystkich analizowanych przypadkach, a po 6 latach w a 83 % przypadków, funkcjonowa y w a ciwie. Podkre lono jednocze nie znaczenie dla sukcesu klinicznego zachowania zalecanych procedur wykonawczych i przestrzegania zasad higieny. W trakcie sze cioletnich bada klinicznych [206] wykazano tak e, e praktycznie wszyscy pacjenci, bo a 95,4 %, wyra aj ch ponownego zastosowania mi kkich pod ciele, kiedy stare wymagaj wymiany. Jednocze nie 93 % pacjentów uwa a protezy zaopatrzone w mi kkie pod cielenia za bardziej komfortowe, ni tradycyjne protezy akrylowe. Równocze nie znaczna liczba pacjentów, postrzegaj cych jako komfortowe protezy mi kko pod cielone, wcze niej odczuwa a chroniczny dyskomfort zwi zany z u ytkowaniem tradycyjnych twardych protez akrylowych. Inne badania kliniczne [207], przeprowadzone dla szerokiego spektrum materia ów pod cielaj cych wykaza y, e po pó rocznym okresie u ytkowania, takie cechy, jak: spójno materia u, jako powierzchni, adhezja pod cielenia do p yty protezy, kolor, zapach, liczba z ogów p ytki protez, elastyczno, stan higieny i stan b ony luzowej pod protez s wy mienite lub dobre. Wskazano jednocze nie na szczególnie wysok trwa o silikonów. Natomiast po roku u ytkowania najcz stsz przyczyn ewentualnej z ej oceny stanu pod ciele by o skolonizowanie powierzchni przez grzyby dro d opodobne. Wyniki te s zbie ne z wiedz Autora, opart o do wiadczenia wynikaj ce ze wspó pracy z lekarzami stomatologii. 50 G. Chladek

2 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych Niestety, w Polsce znaczenie mi kkich materia ów pod cielaj cych jest cz sto postrzegane jako marginalne. Nies uszno ci tej obiegowej opinii dowodzi relatywnie du a liczba przytoczonych w rozdziale 2 angloj zycznych pozycji literaturowych z ostatnich lat, co jest tym bardziej buduj ce, i zarówno same materia y pod cielaj ce, jak i problematyka zwi zana z u ytkowaniem tradycyjnych protez akrylowych, nie mog przecie liczy na yczliwo finansow koncernów, zainteresowanych, ze zrozumia ych wzgl dów, promowaniem g ównie rozwi za kosztownych dla pacjentów. Fakty te wydaj si by szczególnie istotne, je li zwa y, e badania [208] wskazuj na przewidywany w nast pnych latach wzrost liczby osób dotkni tych bezz biem ca kowitym. Oczywistym jest jednocze nie, e z przyczyn ekonomicznych, a czasem tak e medycznych i psychologicznych, u zdecydowanej wi kszo ci tych pacjentów, nie b dzie mo liwe zastosowanie nowoczesnego, ale bardzo drogiego [62] i równocze nie niepozbawionego wad, leczenia z wykorzystaniem implantów stomatologicznych. Osoby te b d zmuszone do u ytkowania wielokrotnie ta szych, tradycyjnych protez akrylowych. Protezy te w Polsce raz na 5 lat s refundowane przez Narodowy Fundusz Zdrowia. Jednak bardzo cz sto powoduj dolegliwo ci bólowe i obtarcia b ony luzowej, prowadz c do ograniczenia lub nawet ca kowitego zaprzestania u ytkowania uzupe nie protetycznych [62]. Jednocze nie niezale ne badania naukowe wykaza y korzystny wp yw zastosowania mi kkich materia ów pod cielaj cych na odczuwan przez u ytkowników protez jako ycia [61], zmniejszenie urazowo ci protez i skrócenie okresu adaptacji pacjentów do nowych protez [62]. Z powy szych wzgl dów, z punktu widzenia szerokiej grupy pacjentów mniej zamo nych, jak najbardziej zasadne s badania nad polepszeniem jako ci i trwa o ci mi kkich materia ów pod cielaj cych, umo liwiaj cych znaczne podniesienie komfortu u ytkowania powszechnych w u yciu protez akrylowych. Jednocze nie na podstawie przegl du literaturowego wykazano, e jednym z podstawowych problemów zwi zanych z eksploatacj materia ów mi kkich materia ów pod cielaj cych jest kolonizowanie tego typu tworzyw przez patologiczne bakterie i grzyby. Sprzyja to powstawaniu stanów zapalnych b ony luzowej jamy ustnej, a w dalszej kolejno ci, stomatopatii protetycznych, powoduje wydzia anie si nieprzyjemnego zapachu i przyczynia si do odczuwanego przez u ytkowników protez dyskomfortu psychicznego. Tymczasem liczne prace badawcze, powsta e w ostatnich latach, udowodni y aktywno grzybobójcz i bakteriobójcz srebra w postaci jonowej i cz stkowej, zwanego potocznie nanosrebrem. Cz ciowo rozpoznano tak e mechanizmy niszczenia komórek drobnoustrojów przez jony srebra. Dost pne 3. Cel, teza i zakres pracy 51

3 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 w literaturze tematu opracowania w przyt aczaj cej wi kszo ci dotycz skuteczno ci przeciwdrobnoustrojowej zawiesin nanocz stek srebra wykonywanych odmiennymi metodami. Pomimo du ego znaczenia naukowego i poznawczego rezultaty te nie pozwalaj na wyci gni cie daleko id cych wniosków, dotycz cych skuteczno ci przeciwdrobnoustrojowej gotowych ju materia ów, zawieraj cych nanocz stki srebra. Spraw komplikuje fakt, e aktywno nanocz stek srebra zale y do wielu czynników, takich jak rozmiar cz stek lub liczba i rozmiar agregacji cz stek w otrzymywanym materiale. Zatem, ewentualna skuteczno przeciwdrobnoustrojowa nanokompozytu zwieraj cego nanocz stki srebra jest zawsze w pewnym stopniu niewiadom Cel, teza i zakres pracy Z punktu widzenia in yniera tradycyjna akrylowa proteza ca kowita, zaopatrzona w mi kkie pod cielenie, jest kompozytem warstwowym. Cz akrylowa stanowi konstrukcj no n, natomiast mi kkie pod cielenie ma za zadanie eliminowa niekorzystne oddzia ywanie twardego akrylu na tkanki pod p yt protezy. Uzupe nienia protetyczne w jamie ustnej pe ni funkcje rehabilitacyjn i estetyczn, której spe nienie jest uwarunkowane cechami geometrycznymi i materia owymi. O cechach geometrycznych gotowego uzupe nienia protetycznego decyduje przede wszystkim procedura wykonawcza. Niestety, ze wzgl du na ograniczenia technologiczne i ludzkie generuje ona niedoskona o ci wykonawcze, co w przypadku twardych protez akrylowych jest przyczyn niezadowolenia pacjentów. Aktualnie mo liwo ci oddzia ywania in ynierów w tym kierunku s ograniczone. Zaopatrzenie protezy w mi kkie pod cielenia niweluje te niedoskona o ci i zmniejsza ucisk protezy na pod o e protetyczne, przyczyniaj c si znacznie do lepszego spe niania podstawowej rehabilitacyjnej funkcji protez. Niestety, podstawowym problemem, zwi zanym z eksploatacj mi kkich pod ciele, jest wykazywany przez nie brak odporno ci mikrobiologicznej. W zwi zku z powy szym, poprawienie funkcjonalno ci protez akrylowych mo e by osi gni te poprzez wiadome kszta towanie w asno ci materia owych tworzyw polimerowych do wykonywania mi kkich pod ciele w taki sposób, aby zwi kszona zosta a ich odporno na kolonizowanie przez grzyby oraz bakterie, a zachowane zosta y podstawowe w asno ci mechaniczne i u ytkowe. Pomimo oczywistego, medycznego aspektu, zwi zanego z funkcj i przeznaczeniem materia u, jest to typowe zagadnienie z obszaru In ynierii Materia owej. Rozwi zaniem problemu, zdaniem Autora, jest 52 G. Chladek

4 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych wytworzenie kompozytu zawieraj cego nanowype niacz o w asno ciach przeciwdrobnoustrojowych. Takim nanowype niaczem jest nanosrebro. Tymczasem problematyka stosowania nanocz stek srebra w materia ach przeznaczonych dla stomatologii w celu nadania im w asno ci przeciwdrobnoustrojowych jest do tej pory praktycznie nierozpoznana. Najprostsz i najcz ciej opisywan metod otrzymywania kompozytów tego typu jest mechaniczne mieszanie nanowype niaczy z polimerow osnow. Zastosowanie tej technologii powoduje powstawanie du ej liczby agregacji, co wi e si z konieczno ci wprowadzania du ych udzia ów czynnej substancji. W przypadku nanosrebra zwi kszy oby to ryzyko cytotoksyczno ci oraz koszt otrzymania nanokompozytów. Mniejszy stopie agregowania wprowadzanego do polimeru nanomateria u mo na otrzyma np. dzi ki zastosowaniu metody rozpuszczalnikowej. W zwi zku z powy szym, sformu owano nast puj cy g ówny cel pracy: Celem pracy by y badania silikonowych materia ów na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych w kierunku otrzymania nanokompozytu charakteryzuj cego si zwi kszon odporno ci przeciwdrobnoustrojow oraz po danymi w asno ciami mechanicznymi i u ytkowymi. Przyj to, e osi gni cie przedstawionego celu wymaga zweryfikowania nast puj cej tezy: Materia y nanokompozytowe przeznaczone na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych ulepszane nanocz stkami srebra wykazuj korzystne cechy biofunkcjonalne zwi zane z ich aplikacj, zw aszcza zwi kszon odporno mikrobiologiczn. Zakres prac badawczych niezb dnych do osi gni cia za o onego celu i udowodnienia przyj tej tezy przedstawiono w formie schematu blokowego na rysunku Cel, teza i zakres pracy 53

5 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 Rysunek 3.1. Schemat programu bada 54 G. Chladek

6 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych 3.3. Metodyka bada Do testów wybrano dwa komercyjne tworzywa silikonowe przeznaczone do wykonywania d ugoczasowych, mi kkich pod ciele protez stomatologicznych. Ka de z tworzyw reprezentowa o odmienn grup pod wzgl dem sposobu sieciowania. Podstawowymi kryteriami doboru materia ów do bada by y: dost pno w naukowych bazach danych rzetelnych i obiektywnych bada potwierdzaj cych wysok jako analizowanego tworzywa oraz rzeczywista obecno producenta i samego produktu na polskim rynku. Wy ej wymienione kryteria umo liwiaj odniesienie uzyskanych rezultatów do wyników bada innych autorów i zwi kszaj prawdopodobie stwo praktycznego wykorzystania rezultatów bada na krajowym rynku materia ów przeznaczonych dla stomatologii. Jako reprezentanta materia ów sieciuj cych w temperaturze pokojowej wybrano tworzywo Ufi Gel SC (UG), (VOCO GmbH, Niemcy). Tworzywo dostarczane jest przez producenta w specjalnych kartuszach, zawieraj cych umieszczone obok siebie Ufi Gel Baza (UGB) i Ufi Gel Katalizator (UGK). Obydwa sk adniki tworzywa to bezwonne, wysokolepkie ciecze. Baza jest koloru jasnoró owego, a katalizator jest bezbarwny [209]. Reprezentantem tworzyw sieciuj cych pod wp ywem temperatury by Molloplast-B, (DETAX GmbH & Co, Niemcy). Jednosk adnikowe tworzywo ma konsystencj przypominaj c plastelin. Sieciowanie nale y prowadzi w k pieli wodnej o temperaturze 100 C lub mikrofalowo (850 W, 10 min) [210]. Pierwszym etapem bada by o opracowanie skutecznej procedury wprowadzenia nanocz stek srebra do osnowy silikonowej. Badania rozpocz to od rozpoznania sk adu chemicznego wybranych materia ów. Wyniki analiz sk adu chemicznego w trakcie dalszych prac badawczych wykorzystano do oceny wp ywu rozpuszczenia sk adników tworzyw na ich sk ad chemiczny oraz do oceny skuteczno ci procedur usuwania bazy rozpuszczalnikowej z uk adu nanocz stki srebra sk adnik tworzywa rozpuszczalnik. Nast pnie przeprowadzono testy rozpuszczalno ci w celu znalezienia rozpuszczalnika, stanowi cego jednocze nie o rodek dyspersyjny dla nanocz stek srebra i baz rozpuszczalnikow dla sk adników tworzyw. Pozytywne wyniki testów rozpuszczalno ci by y warunkiem koniecznym do przeprowadzania aplikacji nanocz stek srebra do tworzywa, dlatego te negatywny wynik dyskwalifikowa materia z dalszych bada. Nast pnie opracowano skuteczn metod usuwania bazy rozpuszczalnikowej z uk adu nanocz stki srebra sk adnik tworzywa rozpuszczalnik. Koniecznym okaza o si równie dopracowanie procedury sieciowania otrzymanych kompozytów. Potwierdzenia obecno ci nano- 3. Cel, tez i zakres pracy 55

7 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 cz stek srebra w nanokompozytach wraz z ocen stopnia agregowania nanocz stek srebra dokonano w oparciu o badania przeprowadzone na skaningowym mikroskopie elektronowym. Analiz sk adu chemicznego przeprowadzono metodami spektroskopii magnetycznego rezonansu j drowego 1 H NMR oraz spektroskopii w podczerwieni FT IR. Widma 1 H NMR rejestrowano przy u yciu spektroskopu magnetycznego rezonansu j drowego UNITY/INOVA (VARIAN, FT, 300 MHz). Jako rozpuszczalnik zastosowano deuterowany chloroform (CDCl 3 ). Po wprowadzeniu próbki badanego materia u do rozpuszczalnika otrzymano opalizuj c zawiesin, któr przed pomiarem przes czono. Przesuni cia chemiczne mierzono wzgl dem tetrametylosilanu (TMS). Widma FT IR rejestrowano przy u yciu spektrofotometru Bio-Rad, FTS 175 C. Próbki materia ów zosta y naniesione na pastylki KBr w postaci filmu. Badania rozpuszczalno ci próbek tworzyw Molloplast-B oraz UG prowadzono w temperaturze pokojowej. Do bada wykorzystano próbki polimeru Molloplast-B w postaci nieusieciowanej oraz obydwóch sk adników tworzywa UG. Masa próbek wynosi a 0,25±0,01 g. Próbki wrzucano do kolby, w której znajdowa o si 50 g rozpuszczalnika. W przypadku udanej próby rozpuszczenia dawa o to roztwór o udziale masowym wynosz cym 0,5 %. Po umieszczeniu testowanego materia u w rozpuszczalniku uk ad poddawano intensywnemu mieszaniu za pomoc mieszad a magnetycznego. Czas mieszania wynosi do 24 h. Zastosowano 21 ró nych rozpuszczalników. W przypadku pozytywnego wyniku próby rozpuszczalno ci roztwór przelewano do szalki Petriego i pozostawiano do odparowania rozpuszczalnika. Dokonywano oceny organoleptycznej pozosta ego na szalce tworzywa. Je li nie obserwowano zmian w konsystencji materia u, wykonywano analiz 1 H NMR i porównywano otrzymane widmo z widmem uzyskanym dla tworzywa w stanie pierwotnym. Warunkiem zakwalifikowania pary rozpuszczalnik-tworzywo lub rozpuszczalnik-sk adnik tworzywa do dalszych testów by o uzyskanie satysfakcjonuj cej rozpuszczalno ci tworzywa, przy jednoczesnym braku zmian w sk adzie chemicznym materia u. Wytypowane w ten sposób rozpuszczalniki szeregowano, kieruj c si takimi kryteriami jak: polarno (preferowane by y rozpuszczalniki niepolarne, w których atwiej jest wytworzy stabilne zawiesiny nanocz stek srebra) i temperatura wrzenia (istotna podczas odparowywania rozpuszczalnika). Dodatkowym kryterium oceny by a toksyczno rozpuszczalnika (zarówno dla cz owieka podczas prac laboratoryjnych jak i dla rodowiska). Na tej podstawie wybrano rozpuszczalnik do dalszych bada, w którym rozpuszczano próbki materia u o wi kszej masie, a do momentu, w którym nie obserwowano organoleptycznie 56 G. Chladek

8 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych wyra nego podwy szenia lepko ci roztworu. Celem tego testu by o dobranie udzia u tworzywa w rozpuszczalniku, który umo liwi dok adne wymieszanie roztworu rozpuszczalnik-tworzywo z zawiesin nanocz stek srebra w rozpuszczalniku. Nast pnie dla zakwalifikowanego na podstawie testów rozpuszczalno ci do dalszych bada materia u UG opracowano procedur sporz dzania nanokompozytów. Zaproponowana rozpuszczalnikowa metoda aplikacji nanocz stek srebra do tworzywa silikonowego polega na rozpuszczeniu sk adnika tworzywa, po czeniu uzyskanego roztworu z koloidem nanocz stek srebra i ca kowitym odparowaniu rozpuszczalnika z uk adu. Procedur odparowania bazy rozpuszczalnikowej z uk adu rozpuszczalnik-sk adnik tworzywa-nanocz stki srebra opracowano dla UGB. Kieruj c si obserwacjami poczynionymi podczas testów rozpuszczalno ci za o ono, e ustalona procedura mo e by z powodzeniem stosowana w trakcie wprowadzania nanocz stek srebra do drugiego sk adnika tworzywa. S uszno tego za o enia potwierdzono w ko cowej fazie eksperymentu. Procedur odparowywania bazy rozpuszczalnikowej opracowano dla udzia u nanosrebra w tworzywie (u AgT ) wynosz cego 20 ppm. W trakcie bada wykorzystywano zawiesin nanocz stek srebra o udziale masowym 1000 ppm w heksanie (rys. 3.2a), wykonan przez Amepox, ód. Aby u atwi równomierne wymieszanie sk adników i dozowanie koloidu nanocz stek srebra, zawiesin o udziale 1000 ppm rozcie czono w 95 % heksanem (POCH S.A.) do udzia u masowego wynosz cego 30 ppm, uzyskuj c stabiln, klarowna, ó to-br zow zawiesin (rys. 3.2b). Pomiaru wielko ci cz steczek a) b) Rysunek 3.2. Zawiesina nanocz stek srebra w heksanie o udziale 1000 ppm (a) i po rozcie czeniu do udzia u30 ppm (b) 3. Cel, tez i zakres pracy 57

9 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 w zawiesinie o udziale masowym nanocz stek srebra wynosz cym 30 ppm dokonano metod dynamicznego rozpraszania wiat a (DLS dynamic light scattering). Zastosowano goniometr Brookhaven BI-200 z autokorelatorem PCI BI-9000AT, wyposa ony w laser He-Ne ( =632,8 nm) o mocy 35 mw. Rozmiary cz steczek zosta y okre lone dla jednego k ta =90. Mas zawiesiny o okre lonym udziale cz steczek srebra (m Aghex ), niezb dnej do otrzymania po danego udzia u nanocz stek srebra w nanokompozycie (u AgT ), wyliczano w oparciu o zale no (3.1) wyra aj c udzia nanocz stek srebra zawieszonego w heksanie (u Aghex ): wi c m AgT 6 u Aghex 10 (3.1.) m Aghex m Aghex m u AgT 6 10 Aghex (3.2) gdzie: m Aghex masa zawiesiny nanocz stek srebra niezb dna do uzyskania sk adnika tworzywa o okre lonym udziale [g], m AgT masa nanocz stek srebra niezb dna do uzyskania okre lonej masy tworzywa o po danym udziale masowym nanocz stek [g], u Aghex udzia masowy zawiesiny nanocz stek srebra w haksanie [ppm]. Mas m AgT mo na wyliczy w oparciu o wyra enie okre laj ce udzia nanocz stek srebra w otrzymywanym kompozycie: z czego wynika: u m AgT m AgT m m T u AgT AgT 6 AgT m 10 u T AgT 6 10 (3.3) (3.4) gdzie: u AgT udzia masowy nanocz stek srebra otrzymywanym nanokompozycie (lub w jego sk adniku) [ppm], m T masa sk adnika tworzywa [g]. Podstawiaj c wyra enie (3.3) do (3.4), otrzymujemy: m Aghex u u AgT Aghex 6 m 10 T 6 (10 u AgT ) (3.5) Równanie to w przypadku stosowania zawiesiny o udziale masowym nanocz stek srebra wynosz cym 30 ppm przyjmuje posta : 58 G. Chladek

10 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych m Aghex 6 uagt mt (10 u ) 3. Cel, tez i zakres pracy 59 AgT (3.6) Przed wprowadzeniem zawiesiny nanocz stek srebra do tworzywa w kolbach Erlenmeyera sporz dzano 7 % (masowo) roztwór 2,5 g UGB w 95 % heksanie (POCH S.A). Mieszanie prowadzono za pomoc mieszad a magnetycznego w temperaturze pokojowej przez 2 h. Nast pnie zawiesin nanocz stek srebra o udziale 30 ppm mieszano za pomoc mieszad a magnetycznego przez 15 min, odmierzano wyliczon wed ug równania 3.6 mas potrzebn do sporz dzania kompozycji o po danym udziale masowym nanosrebra i wprowadzano j do roztworu sk adnika tworzywa. Kompozycj mieszano za pomoc mieszad a magnetycznego przez 15 min. Do odparowania rozpuszczalnika pod obni onym ci nieniem zastosowano wypark rotacyjn IKA RV-10 i miernik pró ni Vacuubrand DVR 2. Sprawdzono cztery procedury odparowania bazy rozpuszczalnikowej z kompozycji: odparowanie heksanu na wyparce rotacyjnej w temperaturze 50 C w pró ni 0,001 MPa przy u yciu pompy olejowej (przygotowany roztwór przelewano do kolby okr g odennej o pojemno ci 250 ml, przez pierwsze 30 min rozpuszczalnik odparowywano z uk adu pod ci nieniem 0,01 MPa, nast pnie zastosowano pomp olejow i obni ono ci nienie do 0,001 MPa), odparowanie na wyparce rotacyjnej w temperaturze pokojowej pod obni onym ci nieniem do 0,01 MPa przy u yciu pompki wodnej (roztwór kompozycji wprowadzono do kolby okr g odennej o pojemno ci 250 ml, odparowanie prowadzono przez 6 godzin), odparowanie na wyparce rotacyjnej w temperaturze 50 C pod obni onym ci nieniem do 0,01 MPa przy u yciu pompki wodnej (roztwór kompozycji wprowadzono do kolby okr g odennej o pojemno ci 250 ml, odparowanie prowadzono przez 6 godzin), odparowanie w suszarce w temperaturze 50 C przez 2 h i opcjonalnie przez 24 h (roztwór wprowadzono do zlewki o pojemno ci 150 ml oraz rednicy 60 mm i umieszczono w suszarce w temperaturze 50 C; zastosowano opcjonalnie dwa czasy odparowywania: 6 h lub 24 h). Uzyskane rezultaty stanowi y podstaw do opracowania finalnych procedur usuwania bazy rozpuszczalnikowej z uk adu. Procedury te pozwala y na wykonywanie przeznaczonych do dalszych eksperymentów sk adników nanokompozytów (bazy i katalizatora) o udzia ach masowych nanocz stek srebra 10, 20, 40, 80, 120, 200 ppm. Skuteczno ka dej z procedur oceniono na podstawie analizy widm 1 H NMR (spektrometr UNITY INOVA, Varian, 300 MHz, rozpuszczalnik do pomiarów CDCl 3, Aldrich). Na widmie

11 Open Access Library Volume 3 (9) H NMR 95 % heksanu stosowanego w trakcie eksperymentu obecne by y: sygna y: przy =0,89 ppm, pochodz cy od grupy CH 3 i przy =1,28 ppm, pochodz cy od grupy CH 2. Nast pnie dopracowano procedury sieciowania otrzymanych nanokompozytów. Badanie przeprowadzono w oparciu o w asn metodyk. Eksperyment podzielono na dwa etapy. Testy ka dego materia u (w stanie wyj ciowym i nanokopmpoztytów) wykonywano w pi ciu niezale nych próbach. W pierwszym etapie r cznie mieszano ze sob sk adniki uzyskanych kompozytów (1,5 g UGB z 1,5 g UGK) i okre lano czas pracy (t p ) z materia em lub opcjonalnie czas wst pnego sieciowania próbek w suszarce w temperaturze 45 C (t 45 ). Czasy sieciowania próbek dobrane w tej cz ci eksperymentu odpowiadaj pierwszej fazie sieciowania tworzywa podczas wykonywania mi kkich pod ciele protez zalecan przez producenta procedur laboratoryjn. Czas t p okre lano w temperaturze pokojowej. Za t p przyjmowano czas, po którym tworzywo by o usieciowane w stopniu uniemo liwiaj cym mieszanie i prawid owe formowanie materia u. Deklarowany przez producenta czas pracy tworzywa w stanie wyj ciowym wynosi oko o 1 min 45 s [222]. Je eli okre lony w eksperymencie t p wynosi poni ej 10 min, próbki przed przej ciem do etapu 2 pozostawiano w temperaturze pokojowej na kolejne 5 min. Je eli czas pracy kompozytu wynosi powy ej 10 min, zamiast t p wyznaczano czas t 45, po którym próbki zwieraj ce nanocz stki srebra osi ga y konsystencj zbli on do konsystencji próbek tworzywa UG po 7 min (7 min to suma zalecanego przez producenta czasu pracy i czasu sieciowania do momentu przeniesienia do garnka ci nieniowego). Próbki nanokompozytów bezpo rednio po wymieszaniu umieszczano w suszarce w temperaturze 45 C na 5 min, po czym sprawdzono organoleptycznie stopie usieciowania, oceniaj c konsystencj materia ów i ewentualn, zauwa aln lepko powierzchni próbek. Je eli stopie usieciowania by niezadowalaj cy, próbki umieszczano w suszarce na kolejne 5 min. W przypadku pozytywnej oceny, przechodzono do etapu 2. Wed ug wskaza producenta sieciowanie nale y kontynuowa w garnku ci nieniowym w temperaturze 45 C przez 15 min. Czas sieciowania w garnku ci nieniowym (t d ) okre lono w drugiej fazie eksperymentu. Polega a ona na ocenie zmian twardo ci w czasie w skali Shore a A. Próbki do bada o grubo 6 mm i rednicy 40 mm wykonywano w formie ze stali nierdzewnej, przeznaczonej do wykonywania próbek do bada twardo ci mi kkich tworzyw do wykonywania pod ciele protez prowadzonych zgodnie z Norm Europejsk [223]. Materia do bada mieszano r czne, umieszczano w formie, po czym form zamykano i ciskano na r cznej prasie pneumatycznej. Zgodnie z wynikami uzyskanymi w trakcie etapu pierwszego 60 G. Chladek

12 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych przeprowadzano wst pne sieciowane. Nast pnie próbk razem z form umieszczano w garnku ci nieniowym wype nionym wod o temperaturze 45 C. Po up ywie 5 min próbki wyjmowano z wody i z form oraz osuszano bibu k filtracyjn z widocznej wilgoci. Mo liwie szybko mierzono pi ciokrotnie twardo w ró nych punktach. Nast pnie próbki umieszczano powtórnie w garnku ci nieniowym. Pomiary twardo ci wykonywano w pi ciominutowych odst pach czasu, a do momentu uzyskania powtarzalnych rezultatów w czterech kolejnych seriach (brak zarejestrowanego wzrostu twardo ci przez 20 min). Za t d przyjmowano czas od umieszczenia próbki w garnku ci nieniowym, do uzyskania pierwszego stabilnego rezultatu (ca kowity czas przebywania próbki w garnku ci nieniowym 20 min). Nast pnie próbki wyci gano z garnka ci nieniowego i przetrzymywano w komorze wype nionej wod destylowan o 37±1 C przez 24 h, po czym wykonywano kontrolny pomiar twardo ci. Przeznaczone do dalszych bada próbki wykonywane z otrzymanych nanokompozytów o udziale masowym nanocz stek srebra 10, 20, 40, 80, 120 i 200 ppm sieciowano wed ug opracowanych procedur, a próbki z materia u UG wed ug wskaza producenta. Ocen skuteczno ci wprowadzenia nanocz stek srebra do osnowy silikonowej przeprowadzono na podstawie bada mikroskopowych. Próbki do bada wykonywano z usieciowanych nanokompozytów oraz materia u UG stanowi cego prób kontroln. Próbki materia ów o wymiarach mm i grubo ci 2,5 mm zamra ano w ciek ym azocie i montowano bezpo rednio w uchwycie w kriokomorze ultramikrotomu (Leica, EM UC7), któr sch adzano do -120 C. Próbki ci to z pr dko ci 5 mm/sec na folie o grubo ci 100 nm i nast pnie umieszczano je przy pomocy rz sy na miedzianej siatce, klasycznej w transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Badania przeprowadzono na wysokorozdzielczym rodowiskowym skaningowym mikroskopie elektronowym Quanta 250 ESEM FEG (FEI Company). Zastosowano napi cie przyspieszaj ce 30 kv w trybie rodowiskowym. W trakcie bada zastosowano detektor elektronów przechodz cych (wet-stem) umo liwiaj cy badania rodowiskowe cienkich folii wykonanych z próbek nieprzewodz cych, nasyconych wod lub emituj cych gazy w trybie rozszerzonej niskiej pró ni (ESEM ) oraz gazowy detektor elektronów wtórnych (GSED Gaseous Secondary Electron Detector). Podstawowym zadaniem nanocz stek srebra w otrzymanych nanokompozytach jest podwy szenie odporno ci mikrobiologicznej mi kkich materia ów pod cielaj cych. Mikroorganizmem w znacznej mierze odpowiadaj cym za powstawanie powierzchniowej p ytki 3. Cel, tez i zakres pracy 61

13 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 bakteryjnej jest Streptococcus Mutans, a organizmem najsilniej kolonizuj cym mi kkie pod cielenia jest grzyb dro d opodobny Candida albicans [133, 137, 143, 145]. W zwi zku z powy szym przeanalizowano wp yw wprowadzenia nanocz stek srebra do mi kkiego materia u pod cielaj cego na aktywno bakterio i grzybobójcz in vitro otrzymanych kompozytów. Reprezentantem bakterii w przeprowadzonych testach by Streptococcus Mutans, a grzybów Candida albicans. Badania aktywno ci przeciwdrobnoustrojowej otrzymanych nanokompozytów przeprowadzono, bazuj c na metodzie przedstawionej w pracy [224]. W badaniach aktywno ci grzybobójczej testowanych materia ów wykorzystano wzorcowy szczep grzybów Candida albicans ATCC Wysterylizowane plazmowo próbki ka dego z badanych kompozytów o rozmiarach mm umieszczano w 4 ml zawiesiny wzorcowego szczepu grzybów o ko cowej g sto ci 1, CFU/ml (jednostek tworz cych kolonie bakterii w 1 ml) w wodzie tryptonowej. Jako kontrol ujemn zastosowano próbk tworzywa UG w 4 ml wody tryptonowej oraz 4 ml wody tryptonowej, a jako kontrol dodatni 4 ml zawiesiny wzorcowego szczepu drobnoustroju o g sto ci 1, CFU/ml. Próby badan i kontroln wykonano w 2 powtórzeniach. Po 17 h inkubacji w temperaturze 37 C w warunkach tlenowych z ka dej próby wysiewano obj to 20 l na sta e pod o e do hodowli grzybów agar Sabourauda. Po 48 h inkubacji w temperaturze 37 C w warunkach tlenowych oceniano liczb wyhodowanych kolonii grzybów w celu okre lenia skuteczno ci grzybobójczej (AFE ang. anti-fungal efficacy). AFE badanych próbek obliczano wed ug zale no ci (3.7): Vc Vt AFE [%] 100 % V gdzie: V c g sto zawiesiny drobnoustroju w kontroli dodatniej (blanc), V t g sto testowej zawiesiny drobnoustroju. c (3.7) W badaniach aktywno ci bakteriobójczej wykorzystano wzorcowy szczep bakterii Streptococcus mutans ATCC Wysterylizowane plazmowo próbki ka dego z badanych nanokompozytów i materia u UG umieszczano w 4 ml zawiesiny wzorcowego szczepu bakterii o ko cowej g sto ci 1, CFU/ml w wodzie tryptonowej. Kontrol ujemn stanowi a próbka tworzywa UG w 4 ml wody tryptonowej oraz 4 ml wody tryptonowej, a kontrol dodatni stanowi y 4 ml zawiesiny wzorcowego szczepu drobnoustroju o g sto ci 1, CFU/ml (bez próbek materia u). 62 G. Chladek

14 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych Prób badan i kontroln wykonano w 2 powtórzeniach. Po 17 godzinach inkubacji w temperaturze 37 C w warunkach mikroaerofilnych z ka dej próby badanej i kontrolnej wysiewano obj to 20 l na sta e pod o e do hodowli bakterii agar Columbia z 5 % dodatkiem krwi baraniej. Po 48 h inkubacji w temperaturze 37 C w warunkach mikroaerofilnych oceniano liczb wyhodowanych kolonii bakterii w celu okre lenia skuteczno ci bakteriobójczej (ABE ang. anti-bacterial efficacy). ABE badanych próbek obliczano wed ug zale no ci (3.8): Vc Vt ABE [%] 100 % V c (3.8) gdzie: V c g sto zawiesiny drobnoustroju w kontroli dodatniej (blanc), V t g sto testowej zawiesiny drobnoustroju Sukces bada mikrobiologicznych sta si podstaw zakwalifikowania wszystkich nanokompozytów do bada podstawowych w asno ci mechanicznych i u ytkowych. W pierwszej fazie testów przeprowadzono badania twardo ci w skali Shore a A, wytrzyma o ci po czenia nanokompozytów z materia ami przeznaczonymi na akrylowe p yty protez oraz pomiary nasi kliwo ci i rozpuszczalno ci nanokompozytów. Uzyskane rezultaty zestawiono z wynikami otrzymanymi dla tworzywa UG. Badania naukowe wskazuj, e materia y do wykonywania d ugoczasowych pod ciele protez mog, wraz z up ywem czasu, wykazywa znaczne zmiany twardo ci oraz zmniejszon wytrzyma o po czenia wytworzonego z materia ami akrylowymi przeznaczonymi na p yty protez [90]. Zmiany te s spowodowane mi dzy innymi nasi kliwo ci, rozpuszczalno ci, dehydratacj i utlenianiem tworzyw [109]. Utrata pierwotnych w asno ci u ytkowych tworzyw, w tym ich elastyczno ci, prowadzi do zwi kszenia dolegliwo ci odczuwanych przez pacjentów, powoduje bowiem wzrost obci enia b ony luzowej znajduj cej si pod pod cielon protez [83]. Dlatego te w trakcie bada uwzgl dniono d ugoczasowy wp yw rodowiska wodnego na mierzone w asno ci. Badania zmian twardo ci w skali Shore a A w czasie przeprowadzono zgodnie z norm [223] ze zmianami dotycz cymi czasu trwania eksperymentu. Próbki do bada wykonano w stalowej, polerowanej formie o rednicy 40 mm i g boko ci gniazda 6 mm. Przed wymieszaniem materia u gniazdo formy i przykrywk zabezpieczano cienk warstw substancji izoluj cej (spray teflonowy). Nast pnie r cznie mieszano ze sob sk adniki tworzywa. Materia umieszczano w formie, po czym ca o przykrywano wieczkiem i ciskano na r cznej prasie 3. Cel, tez i zakres pracy 63

15 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 pneumatycznej i sieciowano próbki. Z ka dego z materia ów wykonano po 3 próbki ( cznie wykonano 21 próbek z siedmiu materia ów). Twardo Shore a A po 5 s obci enia mierzono przed umieszczeniem próbek w k pieli wodnej oraz po 24 h, 7, 14, 28, 45, 60, 75 i 90 dniach starzenia (t st ) w komorze wype nionej wod destylowan o temperaturze 37±1 C. Pomiary wykonywano w ci gu 2±1 min od wyj cia próbki z k pieli. Twardo dla ka dej z próbek mierzono w pi ciu punktach pomiarowych, które by y oddalone od brzegu próbki o co najmniej 5 mm i o co najmniej 2 mm od siebie nawzajem. Po zako czeniu pomiaru próbk niezw ocznie umieszczano z powrotem w k pieli wodnej. Zbadano wp yw wprowadzenia nanocz stek srebra na twardo oraz stabilno twardo ci próbek w czasie starzenia w wodzie destylowanej oraz okre lono stopie spe nienia wskaza normy europejskiej [223] przez otrzymane kompozyty. Norma, na podstawie wyników pomiarów twardo ci, dzieli mi kkie materia y do wykonywania d ugoczasowych pod ciele protez na: typ A mi kkie lub typ B super mi kkie. Kryteria klasyfikacji przedstawiono w tablicy 3.1, przy czym co najmniej dwie spo ród trzech przebadanych próbek musz spe nia wymagania przewidziane dla danego typu materia u. Tablica 3.1. Zestawianie wymaga normy [223] dotycz cych twardo ci mi kkich materia ów do wykonywania d ugoczasowych pod ciele protez Typ Shore A (24 h -5s) Shore A (28 dni -5s) A (mi kki) 25<Shore A 50 Shore A 55 B (super mi kki) Shore A 25 Shore A 35 Wytrzyma o na rozci ganie po czenia mi kkiego materia u pod cielaj cego z materia ami przeznaczonymi na akrylowe protezy badano metod przedstawion w [223] z niewielkimi zmianami, dotycz cymi wykonawstwa próbek oraz czasu prowadzenia eksperymentu. W trakcie bada zastosowano dwie ywice akrylowe. Vertex Rapid Simplified, Vertex-Dental B.V., Holandia (VRS) reprezentowa grup ywic akrylowych polimeryzuj cych pod wp ywem ciep a ( na gor co ). VRS jest przeznaczony do wykonywania protez ca kowitych i cz ciowych. Polimeryzacj tworzywa prowadzi si przez 20 min w temperaturze 100 C (gotowanie w wodzie). Vertex Castapress, Vertex-Dental B.V., Holandia (VC) reprezentowa grup ywic akrylowych polimeryzuj cych na zimno. VC jest samopolimeryzuj cym tworzywem akrylowym, przeznaczonym do wykonywania protez ca kowitych i cz ciowych, napraw, pod cielenia, rebazacji i uzupe niania protez szkieletowych. Polimeryzacj prowadzi si przez 30 min pod ci nieniem 0,25 MPa w temperaturze 55 C. 64 G. Chladek

16 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych Z ywic wykonywano p ytki o wymiarach cm i grubo ci 3,5±0,3 mm. P ytki z obu stron poddawano wst pnemu szlifowaniu (na p asko) ruchem posuwisto zwrotnym na papierze ciernym o ziarnisto ci 120 (Struers A/S, Kopenhaga, Dania) w celu usuni cie ewentualnych nierówno ci. P ytki zeszlifowywano do grubo ci 3,2±0,3 mm. Na powierzchni przygotowywanej do bada uzyskiwano rysy przebiegaj ce tylko w jednym kierunku. Po zako czeniu szlifowania p ytki dok adnie p ukano, a nast pnie obracano o 90 i ponownie szlifowano i p ukano przygotowywan powierzchni. Zastosowano kolejno papiery cierne ogrubo ci ziarna 220 i 320 (a do znikni cia rys z poprzedniego papieru), po czym kontrolowano grubo p ytek w 5 miejscach (3,2±0,3 mm). Z p ytek wycinano kwadratowe próbki o d ugo ci boku 25±0,3 mm i zeszlifowywano powsta e na kraw dziach nierówno ci. Próbki dok adnie p ukano, po czym powierzchni robocz próbek szlifowano na mokro na papierze ciernym o ziarnisto ci 500, a do znikni cia rys z poprzedniego papieru. Próbki ponownie p ukano, zwracaj c szczególn uwag na to, aby nie dotyka przygotowywanej powierzchni, po czym umieszczano je w wodzie destylowanej i starzono w temperaturze 37±1 C przez 28 dni ±5 h. Po 28 dniach próbki wyjmowano z k pieli parami i powierzchni osuszano bibu z widocznej wilgoci. Na powierzchni robocz nanoszono p dzelkiem rodek wi cy o nazwie handlowej adehesiv przeznaczony do tworzywa UG. Pierwsz p ytk k adziono na zamontowanym w maszynie wytrzyma o ciowej (Zwick/Roel, Niemcy) stoliku przeznaczonym do ciskania. Po rodku p ytki umieszczano polietylenowy pier cie o rednicy wewn trznej 11 mm i wysoko ci 3 mm, w którym umieszczano wymieszany materia do bada. Nak adano drug p ytk akrylow i dociskano j drugim stemplem z si 30 N. Po usieciowaniu materia u do próbek do czano przy pomocy autopolimeru uchwyty. Skalpelem delikatnie usuwano ewentualne wyp ywki materia u. Dodatkowo po obydwóch stronach PE pier cienia ostro nie wsuwano skalpel mi dzy pier cie a p ytk i delikatnie podwa ano p ytk, powoduj c odklejenie si od siebie z czonych wyciskanym silikonem elementów. Próbki umieszczano w komorze wype nionej wod destylowan o temperaturze 37±1 C. Zastosowano trzy czasy starzenia próbek: 24 h±1h, 7 dni ±1h i 28 dni ±2h. Wykonano po 10 próbek dla ka dego ze skojarze testowany materia ywica akrylowa czas starzenia ( cznie 420 próbek). Po wyj ciu z k pieli próbki niezw ocznie mocowano w szcz kach maszyny wytrzyma o ciowej wyposa onej w specjalnie przygotowane uchwyty i rozci gano z pr dko ci 10 mm/mim, a do ca kowitego rozerwania próbki. Sposób przeprowadzania testu przedstawiono na rys Cel, tez i zakres pracy 65

17 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 Rysunek 3.3. Próbka rozci gana w trakcie testu wytrzyma o ci po czenia mi kkiego materia u pod cielaj cego z ywic akrylow oraz schematyczne przedstawienie poszczególnych typów zniszczenia próbek Dla ka dej z zerwanych próbek okre lano wizualnie rodzaj powsta ego w trakcie eksperymentu zniszczenia (rys. 3.3) [95]: zniszczenie mi dzypowierzchniowe, nazywane adhezyjnym (A); polega na oddzieleniu od siebie materia u pod cielaj cego i akrylu, cz sto z cienk warstewk materia u pod cielaj cego na akrylu; zniszczenie kohezyjne (K), polega na zerwaniu mi kkiego materia u pod cielaj cego cz cego akrylowe p ytki; zniszczenie mieszane, adhezyjno-kohezyjne (AK). Nast pnie obliczano wytrzyma o po czenia B (MPa) na podstawie zale no ci: Fmax B (3.9) A gdzie: F max maksymalna zarejestrowana w trakcie testu si a [N], A pocz tkowe pole powierzchni po czenia silikonu z akrylem [mm 2 ] Na podstawie rezultatów uzyskanych dla próbek starzonych przez 24 h oceniano otrzymane materia y pod k tem spe nienia wymaga normy [223]. Wytrzyma o po czenia dla o miu z dziesi ciu przebadanych próbek, powinna wynosi : 66 G. Chladek

18 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych w przypadku materia ów sklasyfikowanych jako typ A (tablica 3.1), co najmniej 1 MPa, w przypadku materia ów sklasyfikowanych jako typ B, co najmniej 0,5 MPa. Dodatkowo na skaningowym mikroskopie elektronowym Hitachi S-3400N przeprowadzono obserwacje strefy po czenia ywicy akrylowej VC z tworzywem UG i nanokompozytem o u AgT wynosz cym 40 ppm. Przed badaniem próbki nacinano lekko (zarówno akryl, jak i silikon), po czym zanurzano je w ciek ym azocie i udarowo amano. Nasi kliwo i rozpuszczalno kompozytów okre lono w oparciu o dwie, ró ni ce si mi dzy sob metody obliczeniowe (sposób prowadzenia eksperymentu jest taki sam). Metoda przedstawiona w Normie Europejskiej [223] nakazuje wyliczenie obj to ciowych zmian mas próbek, a wed ug metody najcz ciej spotykanej w literaturze [110], wyznaczana jest wzgl dna zmiana masy próbek. Narzucony w normie sposób pomiaru wymiarów próbek przy pomocy suwmiarki budzi pewne zastrze enia. Materia y pod cielaj ce nale do tworzyw elastycznych, za próbki do bada s szerokie i cienkie, co utrudnia przeprowadzenie pomiaru bez ugi cia próbki suwmiark. Metod t jednak zastosowano ze wzgl du na ci le okre lone w dokumencie standardy dotycz ce nasi kliwo ci i rozpuszczalno ci. Próbki do bada rednicy 50 mm i grubo ci 0,5 mm wykonywano w formach ze stali nierdzewnej (rys. 3.4). Mieszanie materia ów odbywa o si r cznie. Ka d próbk wykonywano z oddzielnej mieszanki. Po wymieszaniu materia umieszczano w formie, przykrywano izoluj cym kawa kiem foli poliestrowej o grubo ci 23 m (DuPont Teijin Films, USA) i rednicy 80 mm, nakrywano przykrywk i ciskano na r cznej prasie pneumatycznej. Po zako czeniu procedury sieciowania wyjmowano próbki z formy, a nast pnie sprawdzano ich jako, zwracaj c uwag na to, czy powierzchnie górna oraz dolna s p askie i czy w próbkach s p cherze. cznie wykonano 70 próbek, po 10 z ka dego materia u (rys. 3.4b). Próbki wa ono na wadze analitycznej (Radwag, AS 110/C/2) z dok adno ci do 0,1 mg, umieszczano na porcelitowych pó kach i wk adano do eksykatorów zawieraj cych wie o suszony przez 5 h w temperaturze 130 C silica gel (POCH, Gliwice). Eksykatory umieszczano w suszarce w temperaturze 37±1 C. Po 23±1 h eksykatory wyjmowano z suszarki. Po godzinie próbki kolejno wa ono na wadze analitycznej z dok adno ci do 0,1 mg. Po zwa eniu wszystkich próbek znajduj cych si w danym eksykatorze, pó ki z próbkami przek adano do przetrzymywanych w temperaturze pokojowej eksykatorów, zawieraj cych wie o wysuszony silica gel. W pierwszym eksykatorze zmieniano silica gel na wie o wysuszony, przek adano do niego pó k z próbkami i eksykator umieszczano z powrotem w suszarce. 3. Cel, tez i zakres pracy 67

19 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 a) b) Rysunek 3.4. Forma s u ca do wykonania próbek do bada nasi kliwo ci i rozpuszczalno ci mi kkich tworzyw do pod cielania protez (a) oraz próbki do testów (b) Dwudziestoczterogodzinne cykle powtarzano a do momentu, w którym dzienne zmiany masy by y nie wi ksze ni 0,2 mg. Stabilne warto ci osi gano po od 7 do 8 dni i zapisywano je jako mas kondycjonowan m 1. W tym momencie eksperymentu mierzono suwmiark trzykrotnie rednic i pi ciokrotnie grubo próbek z dok adno ci do 0,01 mm. Wyliczano rednie i obliczano obj to próbek (V). Po zako czeniu pomiarów próbki umieszczano w komorze rodowiskowej wype nionej wod destylowan (POCH, Gliwice) o temperaturze 37±1 C. Próbki starzono przez 7 lub 28 dni. Po starzeniu próbki wyjmowano pojedynczo z komory, osuszano przy pomocy bibu y filtracyjnej z widocznej wilgoci, falowano nimi na powietrzu przez oko o 15 s i po oko o minucie od wyj cia z wody wa ono je. Zarejestrowan mas zapisywano jako m 2. Próbki umieszczano ponownie w eksykatorach zawieraj cych wie o wysuszony silica gel i suszono, zgodnie z procedur przedstawion powy ej, do uzyskania stabilnej masy, po czym wa ono je i rezultat zapisywano jako m 3. Sprawdzono, czy próbki spe niaj wymogi Normy Europejskej [223], obliczaj c nasi kliwo i rozpuszczalno po 7 dniach starzenia w wodzie destylowanej wed ug zale no ci: m2 m V w sp 3 (3.10) 68 G. Chladek

20 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych m1 m V w sl 3 (3.11) gdzie: w sp nasi kliwo, w sl rozpuszczalno, m 1 masa wyj ciowa wysuszonych próbek, m 2 masa po starzeniu, m 3 masa po drugim suszeniu, V obj to. Do wzorów mas podstawiano w g i obj to w mm 3. Uzyskany rezultat zaokr glano do g 0,1 3 mm Wed ug normy [223] nasi kliwo i rozpuszczalno nie mog przekracza. g odpowiednio 20 3 mm g i 3 3 mm dla przynajmniej czterech z pi ciu próbek. Nasi kliwo i rozpuszczalno najcz ciej s jednak okre lane jako wzgl dne zmiany masy próbek na podstawie zale no ci: m2 m3 w sp 100% m1 (3.12) m1 m3 w sl 100% m1 (3.13) Zdaniem autora Powy szy sposób przeprowadzenia oblicze jest nieco prostszy w realizacji i dok adniejszy. W zwi zku z powy szym, obj to ciowe zmiany masy obliczono tylko po 7 dniach w celu sprawdzenia stopnia spe nienia wymaga normy przez otrzymane nanokompozyty, natomiast do dalszych analiz (starzenie przez 7 i 28 dni) wykorzystywano zale no ci 3.12 oraz W drugiej fazie testów przeprowadzono badania wybranych w asno ci zwi zanych z cechami lepkospr ystymi mi kkich materia ów pod cielaj cych. Protezy stomatologiczne w trakcie u ytkowania s poddawane cyklicznemu oddzia ywaniu si ucia. Jak nadmieniono w rozdziale 2, za podstawowe zadanie mi kkich pod ciele uwa a si zmniejszenie obci enia b ony luzowej i zapobieganie urazom mechanicznym. Dlatego te w a ciwe funkcjonowanie mi kkich pod ciele jest w naturalny sposób zwi zane z w asno ciami elastycznymi i lepkospr ystymi materia ów. W zwi zku z powy szym, przeprowadzono badania charakterystyk odkszta ceniowo-czasowych oraz wyznaczono prac dyssypowan przez próbki testowanych materia ów w trakcie cyklicznego ciskania. Rozwa aj c zastosowanie nanokompozytów do wykonywania elastycznych z czy ciernych, analizuj c zmiany napr e relaksacji podczas ciskania, wyznaczono czas, po jakim osi gana jest stabilna warto napr enia, determinuj ca si retencji z cza. 3. Cel, tez i zakres pracy 69

21 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 Przeznaczone do wszystkich bada próbki mia y rednice 15 mm i grubo 2,25 mm. Wymiary dobrano w taki sposób, aby by y zbli one do geometrii spotykanej w pod cieleniach protez. Próbki wycinano wykrojnikiem z usieciowanych p ytek o wymiarach ,25 mm. Ka d p ytk wykonywano z oddzielnej mieszanki baza katalizator. Z jednej p ytki wycinano nie wi cej ni 1 próbk przeznaczon do jednego typu badania ( cznie wykonano 210 próbek). Badania realizowano na uniwersalnej maszynie wytrzyma o ciowej Zwick. Przed wykonaniem ka dej próby na stemple i próbki nanoszono cienk warstewk oliwy z oliwek, aby wyeliminowa przywieranie czo owych powierzchni próbek do powierzchni stempli. Analiz charakterystyk czasowych przeprowadzono w trakcie obci enia i odci enia próbek. Próbki poddawano natychmiastowemu obci eniu (jednoosiowe ciskanie). Zadawano wynosz ce 0,1; 0,2; 0,4 i 0,6 MPa napr enia umowne, okre lone zale no ci [226]: gdzie A 0 pocz tkowe pole przekroju poprzecznego próbki. F u A 0 (3.14) Zastosowane warto ci napr e odpowiadaj obci eniom wyst puj cym pod protez w czasie u ytkowania, przy czym warto ci 0,4-0,6 MPa odpowiadaj napr eniom powoduj cym lokalne doznania bólowe [ ]. Obci enie próbek utrzymywano przez 120 s, rejestruj c zmiany odkszta cenia. Po 120 s od momentu zrealizowania pe nego obci enia, próbki odci ano natychmiastowo, pozostawiaj c resztkowe obci enie 0,5 N i rejestrowano zmiany odkszta cenia przez kolejne 120 s. Analiz wyników przeprowadzono w oparciu o wybrane punkty charakterystyk odkszta cenie czas oraz wspó czynniki okre laj ce wielko zmian odkszta cenia w czasie. Dla obci onych próbek odczytywano warto odkszta cenia w chwili zrealizowania maksymalnego obci enia próbki ( 0 ), wyznaczano wspó czynnik opisuj cy wzrost odkszta cenia po pierwszych pi ciu sekundach obci enia próbki 5/0 (stosunek odkszta cenia 5 po 5 s do 0 ) oraz wspó czynnik opisuj cy wzrost odkszta cenia w kolejnych 25 s obci enia próbki 30/5 (stosunek odkszta cenia 30 po 30 s do 5 ). Czasy dobrano kieruj c si danymi literaturowymi oraz przebiegiem samych charakterystyk. Pierwszych pi sekund, odwzorowywa o pierwsz faz cyklu ucia. Pomiar odkszta cenia po 30 s odpowiada w przybli eniu reakcji materia u na obci enie podczas ucia: wykazano, e rozdrabnianie pokarmu trwa przeci tnie od 10 do 40 cykli [231, 232] przy czym czas trwania 35 cykli ucia u u ytkowników protez ca kowitych wynosi oko o 30 s [233]. Analizuj c przebieg charakterystyk uznano, e przyrost odkszta cenia w kolejnych 90 s nie wymaga 70 G. Chladek

22 Materia y nanokompozytowe ulepszane nanosrebrem na d ugoczasowe mi kkie pod cielenia protez stomatologicznych analizy, ze wzgl du na nieznaczne zmiany odkszta ce przy niskim prawdopodobie stwie tak d ugiego cyklu ucia. Na podstawie krzywej odwzorowuj cej zmiany odkszta cenia podczas odci ania okre lano odkszta cenia po 1 s od zdj cia obci enia ( 1od ) oraz odkszta cenia po 30 s od zdj cia obci enia ( 30od ). Wyznaczono tak e wspó czynnik 1od/120 (stosunek odkszta cenia 1od do odkszta cenia poprzedzaj cego rozpocz cie odci ania), który opisuje zdolno próbek do odzyskania pierwotnej postaci tu po rozpocz ciu odci ania. Energi dyssypowan przez próbki wyznaczono na podstawie badania polegaj cego na jednoosiowym, cyklicznym ciskaniu. W próbkach wywo ywano obliczane wed ug zale no ci 3.14 napr enie umowne o warto ci 0,15 MPa Wykonywano 7 pe nych cykli. Liczb wykonywanych cykli ustalono eksperymentalnie w siódmym cyklu otrzymywano nak adaj ce si na siebie p tle nawet dla najgorszego pod tym wzgl dem materia u. P tle histerezy mechanicznej zapisywano w uk adzie napr enie-odkszta cenie [234]. Wyznaczone do wiadczalnie p tle histerezy (rys. 3.5) s prost metod zbadania energii dyssypacji w otrzymanych kompozytach [235], a ich powierzchnia jest miar energii dyssypowanej w jednym pe nym cyklu odkszta cenia (obci enie-odci enie) [236], która zostaje zamieniona g ównie na ciep o [236, 239, 240]. Energi dyssypacji (w d ) oblicza si jako ró nic pracy L ob w o onej w odkszta cenie próbki (pole pod krzyw obci ania) i pracy L od oddanej podczas odci ania (pole pod krzyw odci ania) charakterystyk w uk adzie si a-przemieszczenie [226, 234, 237, 238]. Wyznaczono w d dla pierwszego i siódmego cyklu. W trakcie oceny napr e relaksacji podczas ciskania próbki poddawano natychmiastowemu, sta emu odkszta ceniu odpowiadaj cemu zaprojektowanemu podwymiarowi Rysunek 3.5. P tla histerezy krzywej zale no ci si y od przemieszczenia 3. Cel, tez i zakres pracy 71

23 Open Access Library Volume 3 (9) 2012 z czy w stosunku do rednicy implantu, wynosz cemu 20 % [64]. W trakcie trwaj cej 120 min próby rejestrowano zmiany napr enia. Na podstawie otrzymanych rezultatów sporz dzono krzywe relaksacji, wyznaczaj c procentowe zmiany napr enia w czasie: t w max 100% (3.15) gdzie: w napr enie wzgl dne relaksacji, t napr enie po czasie t, max napr enie maksymalne [225, 241]. Rezultaty bada podstawowych w asno ci mechanicznych i u ytkowych poddano analizie statystycznej. Wyniki bada twardo ci, wytrzyma o ci po czenia nanokompozytów z materia ami akrylowymi przeznaczonymi na p yty protez, nasi kliwo ci, rozpuszczalno ci, analiz charakterystyk czasowych, pracy dyssypowanej podczas cyklicznego ciskania i napr e relaksacji podczas ciskania poddano analizie wariancji (ANOVA) dla uk adów jednoczynnikowych lub wieloczynnikowych ( =0,05). Testy poprzedzano sprawdzeniem za o enia o jednorodno ci wariancji testem Bartela (p>0,05, wariancje by y jednorodne). W przypadku bada twardo ci, wytrzyma o ci po czenia nanokompozytów z materia ami akrylowymi przeznaczonymi na p yty protez, nasi kliwo ci i rozpuszczalno ci przeprowadzano analiz wariancji dla uk adów wieloczynnikowych, weryfikuj c nast puj ce hipotezy zerowe: czas starzenia w wodzie destylowanej w temperaturze 37 C nie ró nicuje rednich; udzia masowy nanocz stek srebra w nanokompozytach nie ró nicuje rednich; nie wyst puje wspó dzia anie mi dzy poziomami czasu starzenia w wodzie destylowanej i udzia u masowego nanocz stek srebra, czyli reakcja badanej zmiennej na jeden czynnik jest jednakowa przy wszystkich poziomach drugiego czynnika. Wyniki bada charakterystyk czasowych poddano analizie wariancji dla uk adów jednoczynnikowych ( 0, 5/0, 30/5 ) i wieloczynnikowych ( 1od/120, 1od, 30od ), weryfikuj c nast puj ce hipotezy zerowe: zastosowany udzia masowy nanocz stek srebra nie ró nicuje rednich warto ci ( 0, 5/0, 30/5, 1od/120, 1od, 30od ); warto przy o onego napr enia umownego nie ró nicuje rednich warto ci 1od/120, 1od, 30od ); nie wyst puje wspó dzia anie mi dzy poziomami udzia u masowego nanocz stek i napr enia umownego ( 1od/120, 1od, 30od ). 72 G. Chladek