خواص مکانیکی مواد ترمیمی دندانپزشکی: سهم نسبی از تست های آزمایشگاهی
چکیده
از آنجایی که طیف گسترده ای از محصولات دندانپزشکی، روانه ی بازار میشوند، انتخاب صحیح این مواد، کاری دشوار به حساب می آید. اگرچه خواص مکانیکی، لزوماً نشان دهنده عملکرد کلینیکی واقعی خود نیستند، اما در جهت هدایت اثرات تغییر در ترکیب خود یا پردازشِ این خصوصیات، از آن ها استفاده می شود . همچنین، این آزمایش ممکن است به نحوی ، برای مقایسهی فرمول های سابق با فرمول های جدید، به متخصص بالینی کمک کند. همچنین، برندی که توسط سازنده ها تولید شده است، به او کمک می کند. این مقاله مروری از مهمترین تست های آزمایشگاهی است . در این حالت، آگاهی از این آزمایشها، یک نظر بحرانی مربوط به ویژگیهای مواد دندانپزشکی مختلف را ارایه می دهد .
کلمات کلیدی: مواد دندانی، خواص؛ تست مواد
مقدمه
در ادبیات دندانپزشکی فعلی ، چندین مطالعه، به ارزیابی ویژگیهای متمایز مواد دندانپزشکی که میتواند در عملکرد آنها تاثیر گذارد یا آن را پیشبینی کند، پرداخته اند. محصولات دندانپزشکی بسیار سریع توسعه یافته است ، و در نتیجه، تعداد مطالعات طراحی شده برای ارزیابی ویژگیهای آنها نیز در حال افزایش است . محققان، پیش از آنکه برای پژوهش، از مواد استفاده کنند، نگران اهمیت آزمایشگاه قبلی و کارآزماییهای بالینی هستند . در این روش، برای حمایت از اصلاح نشانه ای این مواد، دانش و خواص مکانیکی ضروری است تا بتوان عملکردی طولانی مدت از آن انتظار داشت .
زمانی که در حفره دهانی، یک وضعیت پویا ایجاد شده است، شرایط نامطلوبی انتظار می رود. در موقعیت های مختلف ، هر ماده، در یک روش خاص پاسخ خواهد داد . تستِ چندین ماده، در آزمایشگاه برای ارزیابی خواص مختلف پیشنهاد شده است . هر تست، طراحی و ارزیابی خاص خود را دارد. با وجود اینکه تعداد زیادی از مطالعات به ارزیابی مواد دندانی موجود در ادبیات می پردازند ، در برخی موارد، برای مقایسه نتایج، کمی با مشکل مواجه می شویم . به منظور جستجوی پروتکلهای آزمون استاندارد ، یک سازمان بینالمللی برای اقدام در این مسیر شکل گرفته است. جدول ۱ ، راهنمایی اصلی را که توسط سازمان بینالمللی استاندارسازی (ISO )، برای تست مواد دندانپزشکیِ آزمایشگاهی توصیه شده است، ارائه می دهد. یک بررسی از آزمایش های معمول که خواص مکانیکی مواد دندانپزشکی را ارزیابی می کند، در تلاش برای نشان دادن قابلیت ها کاربردهای آنها ارائه شده است.
ویژگی های مکانیکی
در محیط دهانی ، ترمیم ها، به منظور تنش زایی در جویدن بکار گرفته می شوند. . این نیروها در دندانها ، واکنشهای متفاوتی در مواد تولید می کند که منجر به تغییر شکل آن ها می شود ، که میتواند نهایتاً در طول زمان، باعث افزایش دوام آنها شود. ضروری است که برای درک عملکرد ارایه شده توسط این قبیل موادِ تحت شرایط خاص آزمایشی، به معرفی برخی از مفاهیم مربوط به آن بپردازیم . این اطلاعات، برای تحلیل واکنش های احتمالی این موادِ ترمیمیِ دندانپزشکی، در خدمات بالینی، مفید خواهد بود.
وقتی یک نیرو یا فشار خاص به یک بدن اعمال شده است ، یک واکنش با همان شدت و خلاف جهت تولید شده است. در نتیجه، یک تنش داخلی صورت می پذیرد . به تعبیر ساده ، ممکن است با اعمال بار خارجی، بتوانیم کمیت واکنش را تعیین کنیم. شکل و ابعاد نمونههای تحت آزمایش را میتوان اندازهگیری کرد ، و نیز میتوان نیروی تنش بین واحد و منطقه را محاسبه نمود.
بسته به بار اعمال شده، خصوصیات و نتیجه استرس، ممکن است واکنشهای متفاوتی از مواد آزمایش رخ دهد. این استرس میتواند منجر به تغییر ساختاری ابعاد اصلی شود . این نرخ، از دگرگونی ابعاد اصلی در تغییر حاصل می شود ، که به عنوان فشار تعریف شده است . اگرچه یک فرآیند پیچیده تر توسعه می یابد، اما باید اظهار داشت که واکنش در بدن، به طور یکنواخت در هر لایه صورت می پذیرد . این، بعنوان اصل یکنواختی تعریف شده است .
این نسبت فشاری-کششیِ یک ماده، به رفتار مکانیکی آن مربوط می شود. برای هر ماده، یک رابطه ی فشاری-کششیِ متناسب وجود دارد، که به ایجاد یک منحنی کششی – فشاری منجر می شود . اگر یک تنش در طول بارگیری وجود داشته باشد و دگردیسی دائمی رخ ندهد، کشش خود را نشان داده است . این تناسب، تا حد تعریف شده ای رخ می دهد و به عنوان تناسب و تغییر شکل الاستیکی صورت می پذیرد ( شکل ۱ ). در این نقطه، حداکثرِ فشارِ یک ماده بدون تغییر دائمی ایستادگی و مقاومت خواهد کرد . همانطور که نسبت فشاری-کششی، متناسب است تا در این نقطه ، ثابت تناسب وجود داشته باشد. کشش یک ماده را تعیین میکند و توسط نسبت فشاری-کششی در حد الاستیکی، محاسبه شده است . که این تناسب، بعنوان مدل الاستیسیته یا مدل یانگ تعریف میشود ( شکل ۲ ). این مقدار، استحکام این قبیل مواد را اندازهگیری می کند . با این حال، زمانی که بار اعمال شده از این حد تحاوز می کند، تغییر ناپذیری دگردیسی رخ میدهد، در نتیجه تغییر شکل دائمی یا پلاستیکی ایجاد می شود . هر ماده، در برابر تغییر شکل، از خود یک مقاومت نشان می دهد ، و پس از این نقطه ، در نتیجه منجر به قطع شدن آن می شود . در این نقطه، ارزش نهایی، بدست آمده است.
سایر مفاهیم میتواند توسط منحنی فشار تغییرشکل یک ماده، مشخص شود . ناحیه ی تحت بخش الاستیکی ماده ی فشاری-کششی، نشان دهنده حالت ارتجاعی ماده است( شکل ۳ ). این، به یک ماده مقاوم دربرابر دگرشکلی پایدار اشاره دارد و مقدار انرژی مورد نیاز برای تغییر شکل مصالح به حد نسبی خود را نشان میدهد. وقتی ناحیه ی بخش های تحت الاستیک و پلاستیک از یک منحنی تنشی – فشاری محاسبه شده است ، این، سختیِ یک ماده را نشان میدهد . در نتیجه نانوتیوپی ، یک ماده مقاوم دربرابر شکستگی و وابسته به مقدار انرژی مورد نیاز برای ایجاد آن است.
تمام این مفاهیم را میتوان در شرایط بالینی اعمال کرد . از آنجا که بسیاری از نیروهای پیچیده، تمایل به تغییر شکل مواد ( کشش، نیروهای فشاری برشی ، خم شدن ) دارند، دانستن و تفسیر اینکه این مواد تحت چنین نیروهایی، چه رفتارهایی دارند، برای درک عملکرد این مواد، الزامیست.
| 1559: 1995
1564: 1995 1942-2: 1989 6876: 2001 7405: 1997
7491: 2000 9333: 1990 10271: 2001 11245: 1999 TS 11405: 2003 TS 14569-1: 1999 TS 14569-2: 2001 |
مواد دندانپزشکی – برای آلیاژهای آمالگام
مواد دندانپزشکی ، محلول تاثیرگذار بر اساس آگار لغات دندانپزشکی – قسمت 2: مواد دندانی مواد کانال ریشه دندان آب بندی دندانپزشکی – ارزیابی بالینی زیستی سازگاری با دستگاه های پزشکی مورد استفاده در دندانپزشکی – روش های آزمون برای مواد دندانی
دندانپزشکی مواد، – تعیین ثبات رنگ مواد دندانپزشکی –محکم کاری مواد فلزی دندانپزشکی – روش آزمون خوردگی ترمیم دندان – مواد قالب نسوز فسفات پیوند مواد دندانپزشکی – تست چسبندگی به دندان (موجود در فقط انگلیسی) دندانپزشکی مواد، – راهنمای تست سایش – قسمت 1: پوشیدن توسط مسواک زدن دندانپزشکی مواد، – راهنمای تست سایش – قسمت 2: پوشیدن توسط دو و / یا سه تماس با بدن
|
جدول 1– مشخصات ISO برای هدایت آزمون دندانپزشکی
مقاومت کششی
وقتی که یک بدن در معرض نیروهای محوری در یک خط مستقیم و در جهات مخالف قرار می گیرد، نتیجه این است که در آن، تنش ایجاد می شود . مقاومت مواد، این بار، مقاومت کششی نامیده میشود . طول این دگرگونی که نتیجه ی حاصل از کاربرد نیروی کششی بر روی بدن است، قبل از قطع شدنش، کشیدگی نامیده می شود . ارزش اسمیِ مقاومت کششی، مشهود است و توسط معادله ی سطح مقطع عرضی ( Kg f/cm2 ) بدست می آید. مقادیر تنشی – فشاری، در تعیین عملکرد مواد تحت تست کششی به ما کمک می کند . این منحنی، می تواند به عنوان مدل الاستیک ، مقاومت کششی نهایی ، انعطاف پذیری و مقاومت این محصول، ثبت شود .
شکل ۱ – منحنی فشاری- کششی برای ماده ی فرضی در محدوده ی مختلف العرض : (A)، تغییر شکل الاستیک ( نقطه A )و تغییر شکل پلاستیک (بین امتیاز یک A e B). نقطه B نشان دهندة لحظه از هم گسیختگی مواد تحت شرایط کششی است .
شکل 2 – منحنی فشاری- کششی برای ماده ی فرضی در محدوده ی مختلف العرض
(B e A) نشان میدهد که A ( GPa ۳۰ ) ، مدل الاستیک تری را نسبت به B ( GPa ۱۵ ) ، ارائه می دهد.
آزمون فشار قطری
از هم گسیختگی، تحت تنش کم، مواد شکننده را توصیف می کند .در این موارد ، مقاومت کششی، به دلیل ارزیابی مادی نیست ، بلکه دلیل آن، پایین بودن شرایط منسجم در آزمایشگاه است . یک روش جایگزین از مقاومت کششی ، در آزمایش های فشرده، محاسبه شده است که نسبتاً ساده و قابل تکرار است. این آزمایش، تراکم قطری را برای تنش مستقیم یا تنش غیر مستقیم ، تعریف می کند . نمونه ی دیسک برای انجام این آزمایش، لازم است؛ خصوصاً جایی که برای معرفی تنش کششی فشرده شده در مواد هواپیما، بکار می رود ( شکل ۴ ) .این مورد، با فرمول زیر محاسبه میشود :
جایی که :
=Pاعمال بار ،
=Dقطر دیسک،
=Tضخامت دیسک ،
=pثابت
قدرت فشاری
از آنجا که بسیاری از نیروهای جویدنی، در طبیعت، از نوعِ فشاری هستند ، مهم این است که به بررسی مواد، تحت این شرایط بپردازیم . این تست ، برای مقایسه مواد شکننده ای که به موضوع تنش اشاره دارند ، مناسب است . بنابراین، این آزمایش، در جهت مقایسه ی ترکیب دندان ، تاثیر مواد ، سرمایهگذاری، اعمال شده است . موادی که تحت نیروهای فشاری، مقاومت بیشتری نسبت به نیروهای کششیِ دیگر دارند، چکش خور نامیده میشوند .
شکل ۳ – نواحیِ نشان دهنده ی انعطاف پذیری (A) و ( A+B ) سختی یک ماده
برای آزمایش مقاومت فشاری یک ماده ، دو مجموعه از نیروهای محوری، به منظور تقریب زدن ساختار مولکولی، به یک نمونه، در جهت مخالف اعمال می شود . بر اساس ۹۹۱۷۱۱ ISO ، نمونههای استوانه ای شکل، آزمایش شده اند . ابعاد نمونه، باید یک رابطه با طولی به قطر ۲ : ۱ داشته باشد . وقتی این نسبت، از این مقدار تجاوز کند ، میتواند منجر به خم شدنِ نامطلوبِ نمونه شود .
منحنی تنشی-کششی مواد ، با همان شیوه ای که به عنوان آزمایش کششی تعیین شد، بررسی شده است. بنابراین، نمونه ی الاستیک، همچنین می تواند توسط نسبت تنشی-کششی، در منطقه الاستیک، تعیین شود.
نسبت پواسون
به عنوان آزمایش کشش و یا فشرده سازی، وقتی یک ماده تحت بارمحوری قرار می گیرد، باید اظهار داشت که استرس، باعث فشار در جهت محوریِ ماده شده است. با این حال، کرنش جانبی نیز رخ می دهد. سپس، نتایج نیروی کششی در طول مواد در جهت محوری زیاد و سطح مقطع کاهش میابد. از سوی دیگر، نیروی فشاری منجر به افزایش مواد در مقطع و کاهش طول اولیه می شود. اگر این واکنش ها در حد الاستیک رخ دهد، نسبت بین فشار جانبی و محوری از نسبت پواسون گرانتر است.و نسبت پواسون نشان می دهد که تغییر در طول مقطع محدوده الاستیک متناسب با شکل تغییر می کند. در مواد شکننده، کاهش دائمی، در مقطع شرایط کمّی آزمایش کشش مواد انعطاف پذیر مشاهده می .شود
استحکام خمشی
استحکام خمشی توانایی یک ماده به خم شدن قبل از شکستن است. انعطاف پذیری نهایی یک ماده قبل از حد تناسب آنبه دست می اید. نیروهای خمشی نتیجه نیروهای تولید شده در موقعیت های بالینی هستند و مواد دندانپزشکی نیاز مند به مقاومت در برابر تکرار خم شدگی، خم شدن، و پیچش هستند.ممکن است نقطه قوت خمشی مورد نظر این باشد که یک بار این مواد تحت عمل استرس جویدن تغییر شکل دائمی می دهند.
شکل 4- تصویر شماتیک از آزمون فشار قطری
به منظور بررسی استحکام خمشی مواد دندان پزشکی، به طور کلی نمونه میله مانندی با ابعاد 25 میلی متر در طول X 2 میلی متر در عرض X 2 میلی متر ارتفاع (212 استاندارد 9917ISO) استفاده می شود. و نمونه ها در دو تکیه ، یک بار در مرکز قرار می گیرند . این آزمون، به عنوان آزمون خمش سه نقطه ای (شکل 5 ) شناخته شده است . در عملکرد استحکام خمشی بار نمونه ی مواد با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:
جایی که:
P = بار نهایی شکست
L = فاصله از قطب ها
B = عرض نمونه
D = ضخامت نمونه است.
مقاومت دربرابر خستگی
پیچیدگی محیط دهان و تنوع هندسی حفرههای پر شده ترمیم آن را دشوارتر و دقت فرآیندهای شکست بالینی را بیشتر و به طور معمولاندازه گیری عملکرد خواص مکانیکی مواد دندانی را تعریف می کند. رفتار این مواد تحت عمل تنش، که نسبتا کم است اما تناوب مقاومت به خستگی را نشان می دهد. این روش اجازه می دهد که اندازه گیری حد خستگی، بدون شکستگی، و در یک عدد در چرخه استرس نشان داده شود . منحنی خستگی فشاری از مواد مختلف ارائه شده به چرخه تنش فشاری تولید می شوند. آزمون عملیات دستگاه ساخته شده ، تست ان در یک فرکانس بارگذاری شده است.
حضور نقص در ساختار ترمیم یا نمونه های ارائه شده به تنش بالا و یا پایین منجر به توسعه ترک ها می شود. عوامل تأثیرات مهم محیط بالینی به دلیل استرس نسبتا کم، به نوبه خود منجربه به شکسته شدن ترک های این مواد می شوند.
شکل 5- تصویر شماتیک از آزمون استحکام خمشی از یک ماده
آزمون سختی
تست های آزمایشگاهی عمده به منظور بررسی محصولات بر اساس ویژگی های خاص شان انجام می شود. با این حال، ویژگی های سطح نیز، یک عامل تعیین کننده هستند که مواد را در خدمت محیط دهان قرار می دهند. ویژگی های سطوح می تواند بر روی پرداخت توانایی، بر بروز خارش و مقاومت برنامه بارگذاری شده را تحت تاثیر قرار دهد. سختی سطحی یک پارامتری که بیشتر برای ارزیابی مقاومت سطح مواد ،نفوذ تغییر شکل پلاستیک استفاده می شود. سختی یک خاصیت ذاتی مواد است که با تعاریف دقیقی در واحد بنیادی جرم، طول و زمان دیکته نمی شود. در نتیجه مقدار اموال سختی یک روش اندازه گیری تعریف شده است.
روش معمول برای رسیدن به مقدار سختی این است که برای اندازه گیری عمق و یا منطقه از یک دندانه جا مانده ،از یک گوه از یک شکل خاص با یک نیروی خاص اعمال شده برای یک زمان خاص انجام می شود. چهار روش رایج استاندارد آزمون برای بیان سختی مواد وجود دارد: برینل، راکول، ویکرز، نوپ . هر کدام از این روش ها توسط ترکیب گستره از بارها تعریف شده ،مقیاس اعمال شده و هندسه گوه تقسیم می شوند.
روش آزمون سختی برینل شامل تو رفتگی مواد با قطر 10 میلی متر فولاد سخت و یا یک بار در معرض کاربید توپ قرار گرفتن است. این قدیمی ترین روش برای اندازه گیری سختی سطحی است و قابل اجرا برای فلزات و آلیاژهای آنها است. روش آزمون سختی راکول شامل تورفتگی مواد با الماس مخروطی و یا توپ گوه سخت فولادی است. این روش مفید برای ارزیابی سختی سطحی مواد پلاستیکی در دندانپزشکی ها مورد استفاده قرار گرفته است.
روش آزمون سختی ویکرز شامل تورفتگی مواد با الماس گوه ای ، در شکل یک هرم راست با پایه مربعی و زاویه 136 درجه بین دو ضلع مخالف ،در معرض یک باری بین 1 تا 100 کیلوگرم نیرو است . بار به طور معمول برای 10 تا 15 ثانیه اعمال می شود. دو قطر دندانه در سطح سمت چپ ماده استفاده و پس از حذف بار با میکروسکوپ اندازه و میانگین آن ها محاسبه می شود. این منطقه دندانه از سطح شیب دار محاسبه شده است. برای تعیین سختی این مناسب است که از مناطق کوچک برای مواد بسیار سخت بکار گرفته شود.
سختی توپ به خصوص ویژگی های سطح ماده حساس تر است. فروروندگی نوپ زمین الماس به شکل هرمی است که تولید دندانه الماس شکل تقریبا به داشتن نسبتی بین قطر بلند و کوتاه از 1 تا 7 است. در مورد عمق دندانه طول آن 30/1 است. هنگام اندازه گیری سختی توپ، تنها طولانی ترین قطر دندانه اندازه گیری ،از فرمول زیر با بار مورد نظر برای محاسبه KHN استفاده می شود:
جایی که،
L = بار اعمال شده است
L = طول طولانی، مورب از دندانه است
C = P ثابت مربوط ll به منطقه پیش بینی شده از دندانه است.
برای ارزیابی ساختار مینا و عاج، آزمون سختی نوپ اعمال می شود. یکی از مشکلات عمده مورد نیاز سطح صاف با جلا بالا است که بیشتر وقت گیر و به مراقبت بیشتری نسبت به در نظر گرفتن تست های دیگر است.
مقایسه دندانه ساخته شده با نوپ و ویکرز هرم الماسی بزرگترین اجسام برای یک بار تست مواد داده می شود، برخی از تفاوت های فنی ، در دنباله ی متن وجود دارد:
- جسم ویکرز نفوذ حدودا دو برابری نسبت به عمیق جسم نوپ دارد
- دندانه مورب ویکرز حدودا 3/1 از طول نوپ عمده مورب است
- آزمون ویکرز حساسیت کمتری نسبت به شرایط سطحی آزمون نوپ دارد
- آزمون ویکرز به خطاهای اندازه گیری نسبت به ازمون نوپ حساس تر است
- آزمون ویکرز برای مناطق کوچک گرد بهترین است
- آزمون نوپ برای مناطق کوچک دراز بهترین است
- آزمون نوپ برای مواد بسیار سخت و شکننده خوب بوده و بخش بسیار نازکی دارد.
آزمون سختی ها بسیار مورد استفاده هستند و کاربرد مهمی در دندانپزشکی دارند. آزمون سختی برای مثال می تواند درجه کانی یک زیر لایه دندان را ارزیابی کند. اعمال یک نیروی خاص برای یک زمان خاص و فاصله فراهم شده است که اطلاعات مهمی در مطالعات توانایی ارزیابی مینا و عاج رمینرالیزاسیون پس از درمان های مختلف به عنوان شرایط نامتعادل DES-رمینرالیزاسیون اتفاق می افتد. استفاده مهم دیگر از این آزمایش، به منظور بررسی درجه پلیمریزاسیون رزین کامپوزیت و رزین سیمان است. سخت شدن و عمق درمان این مواد را می توان با استفاده از ویکرز و نوپ، در آزمون میکرو- مقاومت به دست آورد.
نتیجه گیری
از آنجا که بسیاری از محصولات در بازار وجود دارد، تبدیل مواد انتخاب شده دندانی به مواد دندانپزشکان یک کار دشوار است .
آزمون های مکانیکی حتی به فکر شبیه سازی سطح بالینی رسیده اند،آنها نشان دهنده یک پارامتر مهمی از تجزیه و تحلیل هستند. دانش تست های آزمایشگاهی اهمیت بالایی دارند. بسیاری از آزمون های مکانیکی برای ارزیابی مواد دندانی هر یک از آنها با ویژگی ها و پارامترهای خودشان است. این موضوع مورد توجه پژوهشگران و به دنبال ان برای درک تنوع زیاد آزمون در دسترس است. در این روش، این مقاله از اهمیت فوق العاده ایی از نظر در انواع روش علمی برای ارزیابی خواص مکانیکی مواد دندانی مطلع است.
