Розробили нову методику виробництва композитного матеріалу для створення зубних протезів

204 Views Comment Off

Найміцніші і тверді природні матеріали – тканини зуба і раковини морських молюсків.

Незважаючи на те, що існуючі методи дозволяють створювати матеріали, що в точності імітують перламутр на поверхні черепашок, до недавнього моменту не вдавалося виготовити структуру, яка б в точності відповідала багатошаровій структурі раковини молюска і володіла б схожими властивостями.

Нещодавно група дослідників на чолі з професором кафедри Комплексних матеріалів Андре Стюдартом розробила нову методику, що дозволяє створювати штучні зразки, що імітують властивості природних матеріалів. Вченим вдалося створити міцний багатошаровий матеріал, за структурою аналогічний матеріалу зубів і морських раковин. Дослідники з Швейцарської вищої технічної школи Цюріха вперше створили структуру з безлічі шарів з мікропластинки, що мають різну орієнтацію в одному зразку.

Процедура виробництва структури отримала назву «шлікерного формування з елементами магнітного методу» (magnetically assisted slip casting або MASC). «Найбільш дивна особливість нової методики полягає в тому, що вона створена на основі 100-річної технології, поліпшеної за допомогою результатів сучасних досліджень в галузі матеріалознавства», – говорить співавтор роботи, Тобіас Нібель.

Відродження 100-річної технології

Розглянемо докладніше інноваційну методику MASC. Спочатку в якості форми вчені підготували гіпсовий зліпок. Далі форму наповнили суспензією, що містить магнітоактивні керамічні пластини, такі як частки оксиду алюмінію. Завдяки пористій структурі гіпсової форми стінки форми поступово поглинають рідину зі складу суспензії, що призводить до зміцнення і затвердіння матеріалу від поверхні до центру.

Щоб створити багатошарову структуру матеріалу, вчені також застосували магнітний метод, що дозволяє змінювати орієнтацію частинок через рівні інтервали. До тих пір, поки матеріал зберігає рідку форму, пластини кераміки шикуються в певної орієнтації під впливом магнітного поля. У затверділому матеріалі пластини зберігають задану орієнтацію.

Таким чином, завдяки певному складу суспензії і можливості впливати на орієнтацію пластин, в ході формовки можна виробляти матеріал, що складається з різних шарів з заданими властивостями. Подібна методика дозволяє створювати комплексні матеріали, що імітують властивості природних матеріалів, таких як перламутр або емаль зуба. «Наша технологія порівнянна з печаткою на 3D-принтері, тільки процес формовки займає в 10 разів менше часу і обходиться дешевше», – говорить один з авторів дослідження, д-р Флоріан Бувілль.

Створення штучних зубів шляхом формувань

Щоб продемонструвати можливості нової технології, автори праці створили штучний зуб, мікроструктура якого повторює структуру природного зуба. Поверхневий шар виготовленого зразка являє собою твердий і складний за структурою матеріал, тоді як внутрішні шари мають більш м’яку структуру, за аналогією з твердою емаллю зуба і «м’яким» дентином.

Одна із співавторів роботи, аспірант гортензії Леферранд в рамках лабораторного експерименту виготовила гіпсову форму, взявши за зразок зуб мудрості. Далі форму заповнили суспензією, що містить оксид алюмінію і наночастинки скла. За допомогою магнітного методу вчені змінили орієнтацію частинок, розташувавши їх перпендикулярно до поверхні зразка. Після того, як перший шар затвердів, вони залили в ту ж саму форму іншу суспензію, що не містить частинки скла. Частинки оксиду алюмінію у складі другої суспензії під впливом магнітного поля були впорядковані горизонтально по відношенню до поверхні зразка.

Далі отриману двошарову структуру піддали процедурі спікання при температурі 1600 градусів, щоб ущільнити і зміцнити матеріал. Потім заповнили порожнечі, що утворилися в процесі спікання, синтетичним мономером, який згодом полімеризовано.

Властивості штучних зубів повторюють властивості природних

Дослідники повідомляють, що результати експерименту перевершили їхні очікування. «Отриманий зразок за показниками міцності і твердості відповідає матеріалу природного зуба», – говорить д-р Стюдарт. Процедура виготовлення матеріалу з даними властивостями може бути використана в стоматології.

Тим не менш, вчений підкреслив, що наукова робота знаходиться на початковому етапі, і зразки штучних зубів поки можна лише відтворити в лабораторних умовах. «Перш ніж матеріал можна буде використовувати для виготовлення зубних протезів, потрібно значно поліпшити його естетичні властивості. Проте виготовлення експериментального зразка доводить той факт, що створити композитний матеріал із заданими властивостями цілком можливо».

Вчені отримали патент на методику магнітного впливу і орієнтації керамічних частинок в процесі формування за технологією MASC.

Як кажуть дослідники, інноваційна методика також може застосовуватися і в інших областях. Приміром, якщо замінити частинки оксиду алюмінію на частинки міді, то отриманий композитний матеріал може бути затребуваний в галузі електроніки. «Склад суспензії і орієнтація частинок може бути задана в залежності від необхідних властивостей матеріалу таким чином, що за допомогою даної методики можна виготовити різні типи композитних матеріалів із заданими властивостями», – стверджує д-р Стюдарт.

... ... .

Related Articles

404