בדיקות מכניות קוואזיסטטיות לתכנון וייצור בעזרת מחשב ציפויים אטומים המודבקים לחומר אנלוגי דנטין טחון
20 בדצמבר 2024
פותחה בדיקת עומס לשבר קוואזיסטטית עם כדור נירוסטה לא קבוע כדי לקבוע את חוזק השבר של שחזורי תכנון וייצור זעיר פולשניים אחוריים בעזרת מחשב המודבקים לחומרים אנלוגיים של דנטין. בדיקה זו מדגימה את משטר ההעמסה האופייני האחראי לשבר של שיקום שיניים.
ברצוננו לפתח טכניקת בדיקה מכנית כדי לחקור את העמידות העובדתית וההתנהגות של שחזורים זעיר פולשניים או כל שיקום שיניים קבוע המודבק לחומרים אנלוגיים של שיניים במקום שימוש בשיניים טבעיות ושימוש בבדיקה סטנדרטית כללית, כגון בדיקת כיפוף חד צירית ודו-צירית. ציפויי הסגר בעובי מילימטר אחד שנטחנו מ-CAD/CAM בננו-קרמיקה עם מתח אפקטיבי נמוך יותר הם בעלי עמידות עובדתית טובה יותר מאשר ליתיום דיסיליקט קונבנציונאלי. ובכל זאת, שניהם הפגינו מאמץ עובדתי הולם, שוב, רצוני ולא רצוני, כוח נשיכה מקסימלי ומהווים חומרים מבטיחים לשיקום שיניים אחוריות תחת תוכנית זעיר פולשנית.
זוהי שיטה פשוטה וחוזרת על עצמה עבור חוקר שיניים חדש המעוניין לבדוק חומרים משקמים חדשניים שפותחו. כדי להתחיל, השתמש בגס ומצא קוצי יהלום כדי להפחית אנטומית את פני השטח הסגריים של הלסת התחתונה של טיפודונט תחילה במילימטר אחד ולשפוע את השוליים. לאחר מכן, סרוק את שקל ההקלדה המוכן באמצעות סורק מעבדת שיניים.
פתח את קובץ הסריקה באמצעות OrthoAnalyzer בתוכנת ה-CAD. בחלון ערכת הכלים לפיסול, בחר את כלי סכין השעווה, ולאחר מכן הגדר את הקוטר ל-2.6 מילימטרים ואת הרמה ל-63 מיקרומטר. משוך בהדרגה כל משטח שורש זה כלפי זה כדי למזג את השורשים המפוצלים לשורש יחיד כדי להקל על תהליך הטחינה.
לאחר מכן, טחנו את הצבעים האנלוגיים של השן מחומר למינציה פיברגלס בלחץ גבוה באמצעות מכונת כרסום בעלת חמישה צירים. ב-Autodesk Inventor Professional 2025, תכנן ג'יג שיתאים לחלק השורש של שן הדגם ויישר אותו עם החלל שבתוך מכסי הקצה של פוליוויניל כלוריד. לאחר מכן, הדפיסו ג'יג אחד לכל שן בדיקה בפולימתיל-מתאקרילט או חומר בעל מודול דומה באמצעות מדפסת תלת מימד.
שלב את חלקי השורש והצבעים עם מכסה הקצה של פוליוויניל כלוריד. מערבבים את שרף האפוקסי בעל הצמיגות הנמוכה לריפוי קר ויוצקים אותו לאזור צומת הצמנטו-אמייל של שיני הדגם, תוך הקפדה על זיהום של משטח הסגר. השאירו את שרף האפוקסי להתייצב במלואו בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות לפחות.
ייבא את קובץ הסריקה של אנלוגי השן לתוכנת ה-CAD. בתפריט Directions, קבעו את כיוון ההחדרה של ציפוי הסגר. תחת ממשקים, בחר קו שוליים וסמן את קו השוליים של האנלוגי של שן הסריקה.
לאחר מכן, בחר ממשק צבע. ומההגדרות המתקדמות, כוונן את מרווח המלט ל-0.025 מילימטרים ואת פער המלט הנוסף ל-0.050 מילימטרים. לאחר מכן, תחת עיצוב אנטומיה, צור פורניר אוקלוזלי בעובי מילימטר אחד באמצעות תבנית מספריית החיוך.
התאם את הפורניר לפי הצורך באמצעות כלים ופיסול. כדי להתחיל, הנח את השחזור על צבעי המאסטר המוכנים על ידי העמסתו מתחת לראש דחיסה מלא סיליקון במכונת הבדיקה האוניברסלית בעומס של 40 ניוטון. רפא את השחזור באמצעות דיודה פולטת אור בעוצמת אור של 1,000 עד 1,200 מילי-וואט לסנטימטר מרובע במצב רגיל למשך שנייה עד שתיים.
הסר עודפי מלט והמשך לרפא כל משטח למשך 20 שניות. לאחר הריפוי, הסר את השחזור ממכונת הבדיקה האוניברסלית והנח אותו במים מזוקקים בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות כדי לאפשר למלט להחלים במלואו. לפני הבדיקה, השתמש בסמנים קבועים עדינים כדי לצייר שלושה קווי ייחוס רוחביים מדיאליים ושלושה קווי ייחוס אחוריים קדמיים בצבעים שונים על שחזורים.
מקם את דגימת הבדיקה במרכז המשטח התחתון של מכונת בדיקה מכנית המצוידת בתא עומס של חמישה קילוניוטון המוגדר לבדיקת דחיסה. לאחר מכן, הניחו כדור נירוסטה בקוטר 5.5 מילימטר בפוסה המרכזית של השחזור, ויישרו אותו בצומת קווי הייחוס המרכזיים. הנח טבעת אקרילית מגן סביב הדגימה ומגן פסולת מול מכונת הבדיקה כדי להכיל כל פסולת מעופפת פוטנציאלית.
הורד את ראש הצלב עד שהוא כמעט במגע עם כדור הפלדה. לאחר מכן, הגדר גם את העומס וגם את התזוזה לאפס. לאחר מכן, הפעל דחיסה בקצב של מילימטר לדקה עד לשברי השיקום מאותתים על ידי ירידה פתאומית בעומס.
רשום את עומס השבר. לאחר השבר, הסר את מגן הפסולת ואת טבעת האקריליק. אסוף בזהירות את דגימת הבדיקה ושבריה.
התקן את מצלמת העינית על מיקרוסקופ הסטריאו. באמצעות תוכנת מיקרוסקופיה סטריאו, צלם תמונות אוויריות וצדדיות של הדגימות בהגדלה של פי 20. לסריקת מיקרוסקופ אלקטרונים, חותכים את הדגימה בצומת הצמנטו-אמייל ומניחים אותה באמבט אצטון בחומר ניקוי קולי.
לאחר ייבוש הדגימה באוויר, יש למרוח ציפוי זהב על פני השטח. צלם תמונות של תצוגות האוויר והצד בהגדלה של 250 עד 300x. תמונות מיקרוסקופ סטריאו של ציפויי סגר שבורים מ-LD ו-RNC הראו סדק בצורת טבעת פני השטח בצומת קווי הייחוס המרכזיים בפוסה המרכזית.
סדק זה, חלק ממערכת סדקי החרוט ההרציאני, נמשך לשכבות השיקום העמוקות יותר. ניתוח פרקטוגרפי גילה שגם LD וגם RNC נשברו באופן עקבי בהיבט הלשוני הדיסטלי למעט דגימת RNC אחת עם שבר בוקולינגואלי. סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים הראתה כי משטחי השבר של RNC נראו מחוספסים וסיביים עקב הספגת מילוי ננו קרמי המעידה על עיוות פלסטי.
לעומת זאת, שברי LD התפשטו בצורה ישירה, ויצרו מספר חלקי שבר נפרדים.
סקירה
מחקר זה מציג טכניקת בדיקה מכנית שנועדה להעריך את עמידות השבר של שיקומי שיניים פולשניים מינימלית. השיטה מתמקדת בשיקומים מודבקים לחומרי אנלוגים של דנטין, ומספקת סביבת בדיקה רלוונטית יותר בהשוואה לשיטות מסורתיות.
מרכיבי המחקר העיקריים
תחום המדע
- חומרי שיניים
- בדיקות מכניות
- רפואת שיניים שיקומיית
רקע
- שיקומים פולשניים מינימלית משמשים יותר ויותר ברפואת השיניים.
- שיטות בדיקה מסורתיות עשויות שלא לשקף במדויק את התנאים הקליניים.
- טכנולוגיית CAD/CAM מאפשרת יצירת שיקומי שיניים מדויקים.
- הבנת עמידות השבר חיונית לאורך החיים של חומרי שיניים.
מטרת המחקר
- לפתח שיטת בדיקה להערכת חוזק השבר של שיקומי שיניים.
- להשוות את הביצועים של חומרים שיקומיים שונים.
- לספק שיטה חוזרת וניתנת לחזרה למחקרים עתידיים ברפואת השיניים.
שיטות ששימשו
- בדיקת עומס כמעט סטטי עד לשבר עם כדור נירוסטה לא קבוע.
- שימוש בחומרי אנלוגים של דנטין לצורך הדבקה.
- הכנת ציפויי אוקלוזיה באמצעות טכנולוגיית CAD/CAM.
- הערכת עמידות השבר תחת תנאי עומס מדומים.
תוצאות עיקריות
- שיקומים פולשניים מינימלית הראו עמידות שבר טובה יותר בהשוואה לחומרים קונבנציונליים.
- שני החומרים שנבדקו הפגינו מאמץ נאות תחת כוח נשיכה מרבי.
- השיטה שפותחה היא פשוטה וניתנת לחזרה עבור חוקרים.
- התוצאות תומכות בשימוש בחומרים של CAD/CAM בשיקומים אחוריים.
מסקנות
- שיטת הבדיקה החדשה מדגמת ביעילות את תנאי העומס הקליניים.
- שיקומים פולשניים מינימלית מבטיחים עבור יישומים דנטליים.
- מחקר נוסף יכול לבנות על השיטה הזו כדי לחקור חומרים חדשים.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Reliable mechanical testing of biomimetic dental materials is critical for translational research and product development in restorative dentistry. This protocol enables standardized, repeatable assessment of fracture resistance for CAD/CAM occlusal veneers cemented to dentin analogs, supporting predictive confidence in material selection and design. The approach addresses the need for clinically relevant, reproducible data to inform early-stage material triage and downstream workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven evaluation of new restorative material performance under simulated clinical loads.
- Supports mechanistic de-risking by isolating material-dependent fracture behaviors in a controlled analog system.
- Facilitates functional validation of CAD/CAM ceramics and composites for minimally invasive applications.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, repeatable protocol for quantitative fracture strength measurement.
- Enables reproducible comparison of novel and established dental materials using consistent test conditions.
- Supports assay scalability and platform reuse for high-throughput material screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns laboratory testing with clinically relevant loading scenarios using dentin analog substrates.
- Enables continuity from material discovery through preclinical validation of restorative performance.
- Supports risk-adjusted advancement of candidate materials based on quantitative mechanical outputs.
Pipeline & Workflow Integration
This monotonic load-to-fracture protocol positions mechanical testing at the interface of material discovery, screening, and preclinical validation for dental biomaterials.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on fracture mechanisms and material failure modes.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible fracture load data for comparative material assessment.
- Analytics: Generates load-displacement curves and statistical outputs for robust condition comparison.
- Translational Research: Bridges laboratory findings to clinical relevance using dentin analogs and simulated occlusal forces.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, adaptable protocol for ongoing material innovation and benchmarking.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material selection and design for restorative applications.
- Operational Value: Standardizes mechanical testing workflows for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage risk in dental material portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidate materials for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in CAD/CAM design, mechanical testing, and dental material handling.
- Needs access to universal testing machines, 3D milling, and imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of specimen preparation and test parameters.
- Adaptable to various restorative materials and analog substrates with protocol adjustments.
- Limitations include reliance on analog models and monotonic loading, not cyclic fatigue.
