إجراء موحد في المختبر لتقييم تغيرات الصلابة السطحية في مركبات راتنج النانوهجين بعد التعرض لمشروب بروتين مصل اللبن

ملخص

يصف هذا البروتوكول طريقة موحدة في المختبر لتقييم تأثيرات مشروبات بروتين مصل اللبن على صلابة مركب الراتنج. يتيح هذا النهج التقييم المحكم للتعرض الغذائي باستخدام الغمر الدوري واختبار فيكرز، مما يوفر نموذجا قابلا للتكرار للتحقيق في التفاعل بين المشروبات الغذائية والمواد الحيوية الترميمية.

الملخص

كان هدف هذه الدراسة في المختبر هو تقييم تأثير مشروبات بروتين مصل اللبن المختلفة على الصلابة الدقيقة السطحية لثلاثة مركبات راتنج نانوهجينة. تم تحضير ما مجموعه 90 عينة على شكل قرص من ثلاثة مركبات راتنج نانوية هجينة (n = 30 لكل مادة) وتم تقسيمها إلى ثلاث مجموعات (n = 10) حسب وسط الغمر: مركز مصل اللبن، عزل مصل اللبن، والماء المقطر. تم غمر العينات لمدة 10 دقائق مرتين يوميا لمدة 30 يوما. تم قياس الصلابة السطحية عند البداية وبعد الغمر باستخدام جهاز اختبار الصلابة الدقيقة فيكرز، وتم حساب تغير الصلابة ك ΔVHN. تم تحليل البيانات باستخدام قياسات متكررة ثنائية الاتجاه، وتحليل النوفا، والاختبارات بعد الاختبار. كشف التحليل أن نوع المركب، ومحلول الغمر، وتفاعلهما كان له تأثيرات ذات دلالة إحصائية على قيم ΔVHN (p < 0.0001). لوحظ أعلى فقدان في الصلابة في المركب القابل للحقن المتعرض لمركز مصل اللبن (ΔVHN: 10.4 ± 2.1)، بينما تم تسجيل أقل تغير في المركب المملوء بشدة المخزن في الماء المقطر (ΔVHN: 0.9 ± 0.4). أدى الغمر في مركز مصل اللبن إلى فقدان أكبر بكثير في الصلابة في جميع المركبات مقارنة بالماء المقطر (p < 0.05). كما أنتجت عزل مصل اللبن فقدانا أكبر بشكل ملحوظ في الصلابة في جميع المركبات باستثناء المركب الممتلئ بدرجة عالية، حيث لم يلاحظ فرق ذو دلالة إحصائية (p = 0.076). تشير هذه النتائج إلى أن مشروبات بروتين مصل اللبن قد تقلل من صلابة السطح الدقيق لمركبات الراتنج، مع اعتماد مدى التحلل على تركيب المادة وتركيبة المشروب.

المقدمة

يعتمد نجاح ترميمات مركبات الراتنج على المدى الطويل على مقاومتها للتحديات البيئية الفموية المعقدة، بما في ذلك التحميل الميكانيكي، والتعرض الغذائي، والتدهور الكيميائي^1،2. تستخدم مركبات الراتنج النانوي الهجين على نطاق واسع بسبب خصائصها الجمالية والميكانيكية الملائمة، خاصة صلابة السطح الدقيقة، والتي تعد مؤشرا مهما على مقاومة التآكل والتدهور الهيكلي ^3,4.

أظهرت الأبحاث السابقة أن التعرض للمشروبات الحمضية مثل عصائر الفواكه والمشروبات الغازية والمشروبات الطاقة يمكن أن يؤثر سلبا على استعادة المركبات من خلال تقليل الصلابة السطحية وتغيير سلامة السطح ^5,6,7,8. تتأثر هذه التأثيرات التحللية بعوامل متعددة، منها الرقم الهيدروجيني، ووقت التعرض، وتركيب المصفوفة-الحشو. ومع ذلك، تعتمد معظم النماذج التجريبية الحالية على المحاليل شديدة الحموضة، والتي قد لا تعكس بدقة التحديات الكيميائية التي تواجهها العادات الغذائية المعاصرة.

على النقيض من ذلك، اكتسبت مشروبات بروتين مصل اللبن شعبية واسعة بسبب قيمتها الغذائية واستهلاكها المتزايد^{بين المهتمين} باللياقة البدنية^. على الرغم من درجة حموضةها شبه المحايدة، تحتوي هذه المشروبات على اللاكتوز والبروتينات ومكونات عضوية أخرى قد تتفاعل مع مصفوفة الراتنج وتؤثر على استقرار المادة. لذلك، يتطلب تقييم تأثيراتها بروتوكولا يأخذ في الاعتبار ليس فقط الحموضة بل أيضا التركيب العضوي وأنماط التعرض المتكررة.

الهدف العام لهذا البروتوكول هو توفير طريقة موحدة وقابلة للتكرار في المختبر لتقييم تأثيرات مشروبات بروتين مصل اللبن، وخاصة تركيبات مركز ومعزولة، على الصلابة الدقيقة السطحية لمركبات راتنج النانو الهجين. تتيح هذه الطريقة محاكاة محكومة للتعرض اليومي للغذاء من خلال الغمر الدوري، مما يحسن الصلة التجريبية لظروف الاختبار في المختبر .

مقارنة بنماذج التعرض التقليدية للمشروبات الحمضية، يقدم هذا البروتوكول عدة مزايا. أولا، يسمح بدراسة تحلل المواد تحت ظروف pH شبه محايدة، مما يسمح بتقييم استجابات المواد بما يتجاوز تأثيرات الحمض. ثانيا، تصميم الغمر الدوري يعكس بشكل أفضل أنماط الاستهلاك الواقعية. ثالثا، تسهل الطريقة التقييم المقارن لتركيبات المركبات المختلفة بناء على خصائص هيكلية مثل محتوى الحشو وتركيب مصفوفة الراتنج.

هذا البروتوكول مناسب بشكل خاص للباحثين الذين يهدفون إلى تقييم الاستقرار الكيميائي للمواد الترميمية في الظروف الغذائية ذات الصلة، وكذلك للدراسات التي تحقق في التفاعل بين المكونات الغذائية والمواد الحيوية للأسنان. يمكن أيضا تكييفها لاختبار تركيبات المشروبات البديلة، أو المعالجات السطحية، أو المواد المركبة المطورة حديثا.

البروتوكول

المواد المستخدمة والمواد المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. تحضير العينة

1. جهز ما مجموعه 90 عينة على شكل قرص من ثلاثة مركبات راتنج نانوية هجينة (n = 30 لكل مادة).
2. تصنيع عينات باستخدام قوالب سيليكون شفافة أسطوانية (قطر 6 مم × 2 مم) لضمان أبعاد موحدة.
3. ضع المادة المركبة داخل القوالب بزيادة واحدة (سمك 2 مم) وغط السطح بشريحة مجهرية شفافة للحصول على سطح مستو.
4. قم بتقليص العينة باستخدام وحدة معالجة ضوء LED زرقاء (≈440–480 نانومتر طيف الانبعاث) موضوعة على بعد حوالي 1 مم من السطح بكثافة خرج 1000 mW/cm² لمدة 20 ثانية.
5. تحقق من معالجة شدة الضوء باستخدام مقياس الإشعاع قبل كل دورة بلمرة لضمان تعرض الضوء بشكل مستمر.
6. تخزين العينات المحضرة في ماء مقطر عند درجة حرارة 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة للسماح بعملية ما بعد البلمرة ومحاكاة الظروف الفموية الأولية.
   ملاحظة: يمكن تخزين العينات في ماء مقطر عند درجة حرارة 37 درجة مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة قبل المعالجة الإضافية.

2. إجراءات التشطيب والتلميع

1. يتم إنهاء وتلميع الأسطح العلوية لجميع العينات باستخدام أقراص تلميع مشبعة بأكسيد الألمنيوم. يجب أن يتم تنفيذ جميع إجراءات التلميع بواسطة مشغل واحد لضمان توحيد السطح.
2. طبق التلميع بشكل متسلسل باستخدام أقراص متوسطة ودقيقة وفائقة النقة لمدة 10 ثوان لكل منها تحت الماء يبرد بسرعة تقارب 10,000 دورة في الدقيقة مع ضغط خفيف وحركة دوران أحادية الاتجاه.
3. استبدل أقراص التلميع بعد كل خمس عينات للحفاظ على كفاءة الكاشط المتسقة وضمان توحيد السطح.
4. بعد كل خطوة تلميع، اشطف العينات بالماء المقطر لمدة 10 ثوان لإزالة الحطام وجففها بلطف في الهواء لمدة 5 ثوان قبل الانتقال إلى القرص التالي.
5. ضع علامة على سطح كل عينة غير المصقول برمز تعريف فريد لضمان اتساق التوجيه أثناء الاختبارات اللاحقة.
6. تخزين العينات في ماء مقطر عند درجة حرارة 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل اختبار الصلابة الدقيقة الأساسي.
   ملاحظة: يمكن تخزين العينات في ماء مقطر عند درجة حرارة 37 درجة مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة قبل الاختبار الأساسي.

3. قياس الصلابة الدقيقة الأساسية

1. قم بإجراء اختبار الصلابة الدقيقة Vickers الأساسي (VHN) وفقا للبروتوكولات المنشورة سابقا باستخدام جهاز اختبار الصلابة الدقيقة Vickers¹¹.
2. ضع حمولة بمقدار 200 جرام لمدة 15 ثانية من البداية.
3. اصنع ثلاث انبعاجات لكل عينة مع تباعد لا يقل عن 1 مم. قم بإجراء انبعاجات على مساحة السطح المركزية لكل عينة لتجنب تأثيرات الحواف.
4. احسب متوسط VHN الأساسي في الخط.
5. إجراء القياسات بواسطة مشغل معاير واحد لتقليل التغير.
   ملاحظة: يمكن تخزين العينات في ماء مقطر عند درجة حرارة 37 درجة مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة قبل الغمر.

4. تحضير وسائط الغمر

1. حضر تركيبتين لبروتين مصل اللبن: مركز بروتين مصل اللبن (WC) وعزل بروتين مصل اللبن (WI) باستخدام مسطحات متوفرة تجاريا.
2. قم بإذابة 25 جراما من مسحوق بروتين مصل اللبن في 200 مل من الماء المقطر (0.125 جم/مل) لتحضير محاليل الغمر.
3. اخلط المحاليل باستخدام هزاز مختبر لمدة 60 ثانية حتى يتم الذوبان الكامل.
4. اترك المحاليل تتوازن في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق لتقليل تكوين الرغوة وضمان التجانس.
5. قم بقياس وتسجيل درجة الحموضة لكل محلول باستخدام جهاز قياس رقم الهيدروجينة الرقمي المعاير قبل الغمر.
6. حضر محاليل مصل اللبن الطازجة قبل كل دورة غمر لضمان تركيب كيميائي متسق وتجنب تحلل البروتين.
7. استخدم 10 مل من محلول الغمر لكل عينة لضمان الغمر الكامل خلال كل دورة.

5. إجراء الغمر

1. قسم كل مجموعة مركبة إلى ثلاث مجموعات فرعية (n = 10).
2. اغمر العينات في المحلول المخصصة لمدة 10 دقائق، مرتين يوميا. اختر مدة وتكرار الغمر بناء على نماذج تعرض المشروبات المختبرية التي تم تأسيسها سابقا مصممة لمحاكاة أنماط الاستهلاك اليومية المتكررة⁷.
3. بعد كل دورة غمر، اشطف العينات بالماء المقطر وضعها في لعاب صناعي لمدة 10 دقائق لمحاكاة التعرض اللعاب قصير الأمد.
4. تخزين العينات في ماء مقطر بين دورات الغمر عند درجة حرارة 37 درجة مئوية حتى دورة التعرض التالية.
5. طبق هذا الإجراء فقط على مجموعات مصل اللبن المعرضة. الحفاظ على مجموعة الضابط بشكل مستمر في الماء المقطر (DW) عند 37 درجة مئوية طوال فترة التجارب.
   ملاحظة: يمكن إيقاف بروتوكول الغمر بين الدورات واستئنافه في اليوم التالي دون التأثير على اتساق التجربة.
6. استمر في بروتوكول الغمر لمدة 30 يوما.

6. قياس الصلابة الدقيقة بعد الغمر

1. اشطف العينات بالماء المقطر وجففها بلطف.
2. قم بإجراء اختبار الصلابة الدقيقة من فيكرز باستخدام نفس المعايير (200 جم، 15 ثانية).
3. سجل ثلاث مسافات واحسب متوسط VHN بعد الغمر.
4. حدد ΔVHN لكل عينة.

7. التحليل الإحصائي

1. تحليل قيم الصلابة الدقيقة لفيكرز باستخدام نموذج ANOVA بمقاييس متكررة، مع نقطة زمنية (الأساس وما بعد الغمر) كعامل داخل الموضوع، ونوع المركب وحل الغمر كعوامل بين الموضوعات.
2. عند الاقتضاء، يحسب قيم ΔVHN كمقاييس وصفية للنتائج للتعبير عن مقدار تغير الصلابة الدقيقة لكل عينة.
3. قم بإجراء مقارنات زوجية بعد الوقوع باستخدام اختبار الفرق الدلالي الصادق (HSD) لتوكي.
4. احسب فواصل ثقة بنسبة 95٪ لجميع متوسطات المجموعات.
5. أبلغ عن أحجام التأثير باستخدام تربيع جزئي من ETA (η²p) لنتائج ANOVA.
6. قارن قيم الرقم الهيدروجيني بين محاليل بروتين مصل اللبن باستخدام اختبار t الخاص بويلش.
7. اضبط مستوى الدلالة الإحصائية عند p < 0.05.
8. بالإضافة إلى قيم ΔVHN المطلقة، احسب نسبة تغير الصلابة الدقيقة باستخدام الصيغة التالية: [(VHN الأساسي − VHN بعد الغمر) / VHN الأساسي] × 100.

النتائج

الإحصائيات الوصفية

يتم عرض متوسط قيم ΔVHN (±SD) لتركيبات الحلول المركبة في الجدول 1.

مركب الراتنج	الحل	ΔVHN (متوسط ± SD)	95٪ CI	n
EA	الماء المقطر	0.9 ...

المناقشة

يوفر البروتوكول الحالي نهجا موحدا لتقييم التأثير الكيميائي لمشروبات بروتين مصل اللبن على صلابة مركب الراتنج. تشمل الخطوات الحرجة تصنيع العينات الموحدة، وظروف المعالجة الضوئية المحكمة، ومعايير اختبار فيكرز الموحدة. الحفاظ على أبعاد العينة وكثافة المعالجة ثابتة أمر ضروري، حيث قد تؤثر التغيرات على درجة التحويل والثبات الميكانيكي. بالإضافة إلى ذلك، يضمن التحكم الصارم في مدة الغمر ودرجة الحرارة قابلية التكرار ويقلل من التغير المرتبط بامتصاص الماء وعمليات استرخاء البوليمرات^12...

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
أقراص تلميع أكسيد الألمنيوم	RubyPlaton, Inci Dental Tibbi Malz. San. ve Tic. Ltd. Sti., Istanbul, Turkey	5714	متوسط، ناعم، فائق النعومة، يُستخدم للتشطيب والتلميع
ميزان تحليلي			يُستخدم لوزن المواد
محلول اللعاب الصناعي	DIN 53160-1, Testonic Laboratory, Istanbul, Turkey		يُستخدم للتخزين بين دورات الغمر
متر الرقم الهيدروجيني الرقمي	Hanna Instruments, Woonsocket, RI, USA	HI2211	قياس الرقم الهيدروجيني للمشروبات
الماء المقطر	غير محدد	غير مطبق	يُستخدم كمحلول تحكم وتخزين العينات
شريحة ميكروسكوب زجاجية	Ningbo Trueline Imp. & Exp. Co., Ltd, Zhejiang, China	7102	يُستخدم للحصول على سطح عينة مسطح أثناء وضع المركب
إسطوانة مرقمة	غير محدد	غير مطبق	يُستخدم لقياس أحجام السوائل
مركب راتنج نانوهيبريدي مملوء بشكل كبير (EA)	Estelite Asteria (Tokuyama Dental, Tokyo, Japan)	10942	يُستخدم كمواد تجديد؛ يختلف في محتوى الحشو وتكوين مصفوفة الراتنج
حاضنة	Memmert Universal, Memmert GmbH + Co. KG, Schwabach, Germany	UN55	يُستخدم للتخزين عند 37 درجة مئوية
مركب راتنج نانوهيبريدي قابل للحقن (GUI)	G-ænial Universal Injectable (GC Corporation, Tokyo, Japan)	12365	يُستخدم كمواد تجديد؛ يختلف في محتوى الحشو وتكوين مصفوفة الراتنج
قارورة المختبر	غير محدد	غير مطبق	يُستخدم لتحضير محاليل بروتين مصل اللبن
مختلط المختبر	غير محدد	غير مطبق	يُستخدم لخلط وتجانس المحاليل
وحدة معالجة ضوئية LED ومقياس إشعاع	وحدة معالجة ضوئية LED من Woodpecker (Guilin Woodpecker Medical Instrument Co., Ltd., Guangxi, China)	FD-300	البلمرة والتحقق من شدة الضوء
قطعة يد مجهرية	FX205, NSK Ltd., Kanuma, Japan	C1056002	يُستخدم في إجراء التلميع
مركب راتنج نانوهيبريدي مملوء بشكل معتدل (FU)	Filtek Universal (3M ESPE, St. Paul, MN, USA)	6570A2	يُستخدم كمواد تجديد؛ يختلف في محتوى الحشو وتكوين مصفوفة الراتنج
قالب سيليكون	غير محدد	غير مطبق	على شكل قرص، قطره 6 مم × سمك 2 مم، يُستخدم في تصنيع العينات
مختبر فيكرز للصلابة الدقيقة	HMV, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan	HMV-G31	اختبار رقم فيكرز للصلابة (VHN)
مسحوق تركيز بروتين مصل اللبن	مسحوق بروتين مصل اللبن بنكهة الفراولة، Proteinocean Gida AS., Ankara, Turkey		محتوى اللاكتوز: ~ 1-2٪، محتوى البروتين: ~ 85-90٪
مسحوق عزل بروتين مصل اللبن	عزل بروتين مصل اللبن بنكهة الشوكولاتة، Proteinocean Gida AS., Ankara, Turkey		محتوى اللاكتوز: ~ 4-6٪، محتوى البروتين: ~ 70-80٪