Стандартизированный протокол для оценки влияния поверхностных обработок, смазочных цементов и термоциклирования на прочность связей PEEK–композитов
9 июня 2026 г.
Этот протокол направлен на оценку влияния протоколов поверхностной обработки, отбора лютингового цемента и термоциклирования на прочность сдвиговой связи между PEEK и косвенной композитной смолой.
В данном исследовании представлен стандартизированный протокол оценки влияния обработки поверхности, типа цемента и термоциклирования на прочность костных композитов из PEEK. Протокол обеспечивает последовательную оценку методов адгезии, которые могут улучшить долгосрочные характеристики реставраций из PEEK. Для начала подготовьте дискообразные образцы из полиэфирэфиркетона (PEEK).
Проведите обработку поверхности в соответствии с установленными протоколами. Подготовьте стандартизированные непрямые диски из композитной смолы для фиксации к обработанным поверхностям PEEK с использованием различных фиксирующих цементов. Разделите каждую группу обработки поверхности на подгруппы с применением цинкоксидного цемента без эвгенола и самоадгезивного композитного цемента.
Для приготовления цемента на основе оксида цинка без эвгенола выдавите равные порции базовой пасты и катализатора на смесительную площадку. Перемешивайте в течение примерно 20 секунд до достижения однородной консистенции. С помощью шпателя нанесите смешанный цемент на обработанную поверхность PEEK, оказывая легкое давление для минимизации попадания пузырьков воздуха.
Для самоадгезивного композитного цемента прикрепите к шприцу смесительный наконечник и выдавите небольшое начальное количество материала, чтобы обеспечить правильное смешивание. Затем нанесите цемент непосредственно на обработанную поверхность PEEK, удерживая наконечник в контакте с поверхностью для поддержания непрерывного потока и уменьшения захвата воздуха. Покройте всю зону соединения равномерным слоем.
Разместите композитный диск по центру на любой из поверхностей PEEK, покрытых цементом. Затем приложите постоянную вертикальную нагрузку в 500 грамм на 10 секунд, чтобы стандартизировать толщину слоя цемента и обеспечить равномерную адаптацию. Удалите излишки цемента с краев с помощью микрощетки.
Для оксида цинка с бесэвгенольным цементом обеспечьте время отверждения шесть минут под приложенной нагрузкой. Для самоадгезивного композитного цемента проведите полимеризацию с помощью светоотверждающего устройства со всех сторон в течение в общей сложности 80 секунд с расстояния пять миллиметров. Подвергните назначенные образцы термоциклированию в диапазоне от 5 до 55 °C в общей сложности 5 500 циклов в стандартных условиях.
Затем закрепите включенный образец в универсальной испытательной машине и проведите тест на прочность сдвигового соединения. Самоадгезивный композитный цемент продемонстрировал более высокие значения прочности сдвигового соединения, чем цинк-оксидный цемент без эвгенола, во всех группах обработки поверхности. Образцы, фиксированные временным цементом после термоциклирования, показали самые низкие значения прочности сдвигового соединения по сравнению с другими группами.
Термоциклирование привело к снижению показателей прочности сдвига для обоих типов цементов. Наивысшие значения прочности сдвига наблюдались у образцов, подвергнутых пескоструйной обработке и фиксированных композитным цементом без последующего термоциклирования. Образцы, прошедшие травление серной кислотой и лазерную обработку, продемонстрировали промежуточные значения прочности сдвига.
Необработанные поверхности PEEK, зафиксированные временным цементом, продемонстрировали значения прочности сдвига, сопоставимые или более высокие, чем у обработанных поверхностей. Данный протокол может быть использован для измерения долговечности адгезии композита к PEEK в симулированных клинических условиях. Безопасное обращение с серной кислотой и лазерным оборудованием имеет важное значение для обеспечения безопасности оператора и воспроизводимости процедуры.
В будущих исследованиях можно оценить дополнительные методы обработки поверхности, различные цементы, композиты и условия термоциклирования для оптимизации адгезии PEEK.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
Данное исследование посвящено решению проблемы обеспечения долговечной адгезии между полиэфирэфиркетоном (PEEK), химически инертным биоматериалом, используемым в протезировании, и облицовочными композитными материалами. Авторы представляют стандартизированный и воспроизводимый протокол для оценки прочности сдвига (SBS) соединения PEEK с непрямым композитным полимером при различных вариантах обработки поверхности, использовании разных фиксирующих цементов и условиях термоциклирования.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Стоматологическое материаловедение
- Ортопедическая стоматология
- Инженерия биоматериалов
Теоретическая часть
- PEEK все чаще используется в стоматологическом протезировании благодаря своим благоприятным свойствам.
- Его химически инертная структура затрудняет создание связи с композитными смолами.
- Обработка поверхности и выбор цемента имеют решающее значение для повышения адгезии.
- Для воспроизводимой оценки прочности связи необходимы стандартизированные протоколы тестирования.
Цель исследования
- Разработать и валидировать стандартизированный протокол оценки прочности сдвига (SBS) между PEEK и композитной смолой.
- Сравнить влияние различных методов обработки поверхности и люцирующих цементов на прочность соединения.
- Оценить влияние термоциклирования на долговечность соединения.
Используемые методы
- Подготовка 240 дисков из PEEK, разделенных на четыре группы по типу обработки поверхности: без обработки, пескоструйная обработка, травление серной кислотой и лазерное облучение.
- Анализ морфологии поверхности с помощью атомно-силовой микроскопии.
- Разделение по типу фиксирующего цемента: оксид цинка без эвгенола или самоадгезивный композитный цемент.
- Дальнейшее разделение на группы с термоциклированием и без него.
- Измерение SBS с использованием универсальной испытательной машины.
- Анализ характера разрушения под стереомикроскопом.
Основные результаты
- Самоадгезивный композитный цемент без термоциклирования продемонстрировал самые высокие значения SBS (25.134 ± 1.665 MPa).
- Оксидцинковый цемент без эвгенола с термоциклированием показал самые низкие значения SBS (1.958 ± 0.345 MPa).
- Самоадгезивный композитный цемент значительно превзошел оксидцинковый цемент без эвгенола во всех группах обработки поверхности (p < 0.001).
- Термоциклирование значительно снизило значения SBS во всех группах (p < 0.001).
Выводы
- Обработка поверхности и тип цемента являются критическими факторами, влияющими на прочность соединения PEEK с композитом.
- Термоциклирование отрицательно сказывается на долговечности связи.
- Представленный протокол предлагает воспроизводимую основу для оценки и оптимизации адгезии PEEK к композиту в стоматологических целях.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Стандартизированная оценка прочности связи PEEK-композита решает критическую задачу в инженерии биоматериалов, обеспечивая более точную прогностическую оценку долговечности адгезии в клинически значимых условиях. Данный протокол способствует подбору материалов на ранних этапах и снижению рисков при разработке стоматологических и медицинских изделий. Надежные, воспроизводимые рабочие процессы по обработке поверхности и выбору цемента обосновывают решения по формированию портфеля продуктов и обеспечивают преемственность трансляционных исследований в области инноваций в протезировании.
Стратегические области применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Обеспечивает систематическое исследование механизмов адгезии между инертными биоматериалами и композитами.
- Поддерживает функциональную валидацию стратегий модификации поверхности для улучшения связывания.
- Повышает прогностическую уверенность при выборе материалов для последующей разработки устройств.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает воспроизводимую основу для количественного измерения прочности сдвига при соединении.
- Стандартизирует оценку способов обработки поверхности и типов цемента для обеспечения сопоставимости результатов анализа.
- Позволяет проводить масштабируемый скрининг новых составов биоматериалов и адгезивов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Обеспечивает соответствие лабораторных испытаний клинически значимым показателям долговечности с помощью термоциклирования.
- Поддерживает продвижение перспективных материалов с учетом рисков на основе количественного анализа отказов.
- Обеспечивает преемственность между валидацией на лабораторном этапе и доклинической оценкой устройства.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный протокол интегрируется в континуум от этапа поиска до доклинических исследований в области разработки стоматологических и медицинских изделий, связывая первичный скрининг материалов с трансляционной оценкой долговечности.
- Фундаментальная биология: позволяет уточнить влияние химии поверхности и обработки на механизмы адгезии.
- Скрининг: обеспечивает стандартизированные количественные результаты для сравнительного анализа стратегий связывания.
- Аналитика: предоставляет надежные данные о прочности сдвига и анализе характера разрушения для принятия решений.
- Трансляционные исследования: включают термоциклирование для имитации клинического старения и обоснования доклинической оценки рисков.
- Корпоративное повторное использование: устанавливает валидированный рабочий процесс, адаптируемый к новым кандидатам в биоматериалы и адгезивы.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность показателей адгезии и совместимости материалов.
- Операционная ценность: Улучшает воспроизводимость и стандартизацию в различных исследовательских группах и центрах.
- Стратегическая ценность: Служит основой для принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки материалов и снижает риск сбоев на поздних этапах.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритизацию комбинаций биоматериалов и адгезивов с учетом оценки рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с биоматериалами и проведения количественных механических испытаний.
- Необходим доступ к атомно-силовой микроскопии и универсальному испытательному оборудованию.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов обработки поверхности и нанесения цемента.
- Метод может быть адаптирован к различным системам «биоматериал — адгезив» путем модификации протокола.
- Термоциклирование вносит практические аспекты, необходимые для имитации клинического старения.