Summary
Руб и Roll может имитировать жевательный цикл, позволяя вариации жевательная сила, раздвижные расстояние, жуя скорости, число циклов, и частоту и с сочетанием эрозивный и абразивные проблем может привести к сложной симуляции устные старения.
Abstract
Жевание, пить и иногда Зуб шлифовка приведет к износу физиологических зубов в течение всей жизни. Экстремальных задач, таких как бруксизм или обычное жевать посторонние предметы, может привести к чрезмерно износа. Недавно была признана роль эрозии в ускорении износ механических зуб, но взаимодействие между процессами химических и механических износ широко не изучены. Наша лаборатория недавно представила устройство моделирования Роман устные износа, руб & ролл, который позволяет пользователю выполнять износа и загрузки исследования отдельно или одновременно в эрозивный и/или абразивной среде. Эта рукопись описывает приложение устройства: Комбинированные механические и эрозивные загрузки моляров извлеченные человека (pre) в имитируемых жевательные движения, с контролируемой применение силы, скорости, жидкости, и время и применение profilometry-контакт в визуализации и измерения результате износа. Окклюзионные морфологии, который был создан в эксперименте с самым высоким уровнем загрузки очень похож на клинических проявлений эрозионному износу.
Introduction
Ротовой полости может рассматриваться в суровых условиях: влажность, изменения температуры благодаря горячей и холодной пищи и механические нагрузки с некоторыми из сильных мышц в теле человека. Однако, зубы, высшей оснащены противостоять этим вызовам. Эмали очень тяжело, и дентина под предотвращает пласта относительно хрупкий эмали. Минеральный компонент обоих материалов, гидроксиапатита является очень низкой растворимости и в равновесии с пересыщенных слюны. Жевание, пить и иногда Зуб шлифовка приведет к износу физиологических зубов во время жизни1,2,3. Экстремальных задач, таких как бруксизм или обычное жевать посторонние предметы, может привести к чрезмерно износа. Недавно была признана роль эрозии в ускорении износ механических зуб. Эрозии зубов был широко изучены в пробирке, но модели, используемые обычно были простыми, и механических факторов в значительной мере проигнорированы. Таким образом, клинические взаимосвязи процессов химического и механического износа не полностью понял4.
Многие в пробирке эрозии и эрозионного износа исследования использовали простые кислотные погружения плоских полированных эмали или дентин образцов, используя потери твердости или profilometry как измерение подход5. Внедрение абразивных компонентов обычно участвуют действий, чистки зубов или иногда язык или эмаль параболических, скользящие контакты6. Такие исследования показали что эмаль эрозии результаты в размягченное поверхностного слоя, который легко скрепляемые. Плоские поверхности обычно необходимы, потому что механические загрузочного устройства не может обрабатывать неровных поверхностей, и методов измерения для неровных поверхностей также являются более сложными. Однако наиболее эрозионному износу зубов у подростков рассматривается на жевательные бугорки, и истиранию, жевания пищи, как ожидается, будет наиболее релевантные механический фактор в окклюзионной эрозионному износу. Не существует идеальной устные износа машины, которая имитирует устные окружающей среды во всех деталях, и большинство моделей в vitro не позволит природные жевательные поверхности зубов будет либо открытые или измеренные в7,8.
Наша лаборатория недавно представила устройство роман, который соответствует многие из Хайнце в7 спецификации и допуски устные износа имитационных моделей, и который позволяет пользователю выполнять исследования износ и загрузки отдельно или одновременно в эрозивный и/или абразивной среды. Новое устройство (руб & Roll) состоит из перемешивания машины и контейнер (рис. 1a). В контейнере может быть установлен цилиндр с образцами. Между цилиндром и внутренней стенки контейнера, один из более стержней размещены (рис. 1b). Запустив двигатель перемешивания, стержень вращается за образцы в цилиндр (рис. 1С). С помощью прокладок, различные силы могут быть применены на образцы. Всестороннее описание конструкции строительство, механизма функционирования и особенностей устройства ссылаются на документ, представление и обсуждение устройства9. Устройство является надежной, требуя не технически и может применяться нагрузок 32 образцов одновременно. Антагонист сила движется над поверхностью образца при сохранении гладкая, непрерывный контакт, что сравнимо с обычной жевательной10. Здесь мы представляем приложения к эрозионному износу модель окклюзионной поверхности естественных зубов, и мы показываем клинической значимости и универсальность метода.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
В соответствии с руководящими принципами Комитета по медицинской этике регионального осуществлялся сбор зубов, используемые в этом эксперименте.
1. забор анализов и подготовки проб
- Собирать 24 моляров звук извлеченные человека (pre) от стоматологической практики и кисти с пемзы в низкой скорости рукоятки к чистой (без мусора, без десневой остатки) и гладкой поверхности и наконец промойте 15 s под струей водопроводной воды.
- Внедрить образцы, чтобы они вписываются в тайниках (12 x 15 x 27,5 мм) цилиндра устройства.
- Растопить впечатление соединения (один stick 113 g) на плитой (50 ° C) для примерно 10 минут и окунуть окклюзионной частью моляра в расплавленном веществе, охватывающих окклюзионной поверхности. Переверните молярной на микроскопа и нажмите вниз до тех пор, пока все Кубок советы связи стекла и ждать ± 30 s до тех пор, пока соединение впечатление остыл и набор, фиксации зуб.
- Использовать шприц залить 10 мл смеси полиметилметакрилата (PMMA) в силиконовые формы с внутри размеры 12 мм x 15 мм x 27,5 мм. Mix ПММА в Зонта (соотношение 13 g полимер: 10 мл мономера) для примерно 25 s с помощью шпателя. Оставьте постоять 15 s так, что воздушные пузыри могут бежать перед использованием.
- Переверните микроскопа и приостановить моляра в кремний плесень, наполненный ПММА. Нажмите слайд вниз, пока он не коснется плесень. Лить фаза длится около 1,5 мин при комнатной температуре.
- После установки ПММА при комнатной температуре и 1000 гПа для 20 минут, удалите микроскопа и встраиваемых зуба из силиконовой формы.
- Мера Общая высота встраиваемых молярной и отрегулируйте высоту точно 27.3 мм, постепенно удаляя вылечить ПММА снизу с фрезерный станок оснащен Фрезы диаметром 16 мм.
2. Подготовка деминерализации решения
- Добавьте 0,1 М молочной кислоты (50 г), 1,5 мм (1.103 g), CaCl2 0,9 мм х2PO4 (0.612 g), 10 мл 1% хлорамина, 0.5 ppm F (2,5 мл 1000 ppm стандарт Fluorid раствор) в 4900 мл деионизованной воды на тарелку, помешивая.
- Титруйте с 10 М Кох (± 50 мл) до pH 4.8 с калиброванной рН Стеклянный электрод.
3. Пример монтажа и параметры руб компьютера & рулон (рис. 1)
- Снимите цилиндр из контейнера и место 24 образцов в тайниках в цилиндре руб & ролл.
- Для регулировки силы нагрузки, отрегулируйте выступ образца из цилиндра, поставив прокладки в нишу под образца. Без нагрузки (0 N) 8 образцов, использовать не прокладку и для 30 N (8 образцов) и 50 N (8 образцов), используйте прокладку 1 и 1,5 мм, соответственно.
- Подключить 2 части баллона и обеспечьте его с болт M6 и место цилиндр в контейнере.
- Заполните контейнер с 500 мл раствора деминерализации.
- Место погрузки стержня: ПВХ трубка (73 твердость по Шору A) с наружным диаметром 14 мм и внутренним диаметром 10 мм с вставкой из нержавеющей стали 316 стержня (130-150 Твёрдость HB) с диаметром 9 мм.
- Задать скорость вращения до 20 об/мин, для имитации клинических жевательной частоты и пусть устройства работать непрерывно.
- В ходе эксперимента замените деминерализации решения и трубки ПВХ и проверить рН с калиброванной Стеклянный электрод дважды в неделю.
- После 3 месяцев (что соответствует около 1500000 циклов) отсоедините цилиндр из контейнера и удалить образец, Разборка 2 части цилиндра и хранить образца в деионизированной воде.
Примечание: Все образцы проверяются до и после погрузки в руб & ролл, с помощью бесконтактного профилометра.
4. профилометрическийанализ Сканирование, анализ и вычитание
- Создание топографических измерений образца с помощью профилометра.
- Перейти на оборудование: компьютер, модуль питания и датчиком контроллера. Поместите соответствующий датчик и закрепите с винт. Затем осторожно вставьте оптического волокна в контроллер датчика.
- Выберите правильный датчик датчик контроллера. Контроллер датчика покажет 4 варианта (F1 - F4). Нажмите F4 дважды и конфокальный датчик меню отображается.
- Нажмите клавишу F3 (выбор датчиков) и прокрутите до 2-10 000 мкм. Выберите (10 мм) и нажмите клавишу F4. Нажмите клавишу F1 и выберите F4 (да), чтобы сохранить параметры в EEPROM. Выберите индикатор интенсивности и повернуть в положение «± 9 часов» и нажмите клавишу F4 - F2 - F4 принимая «темные ссылку» датчика.
- Откройте программу и выберите опцию «Коннект» к устройству. Имейте в виду, что измерения таблицы автоматически перейдет к поиску «исходное положение». Домашний экран появляется на дисплее. Нажмите кнопку Сервис в строке меню, после чего выбор датчика и выберите датчик S29 | 10 - 10 000 мкм.
- Нажмите Сервис в строке меню, затем дискретизации и выберите 300 Hz. Пресс сервис в строке меню, а затем датчик скорости и выберите 0 - 100%.
- В строке меню выберите пункт Проверка. Выберите ключ переместить стадии. Желтая пресса в середине экрана, чтобы переместить таблицу измерения в центр.
- Положение образца в центре измерения таблицы, а затем, установив нужную высоту в пределах диапазона датчика. Поместите датчик выше области интересов образца и отрегулировать расстояние датчика таким образом, что сканируемой области полный образец расположен в диапазон фокусировки датчика. Контроллер датчика указывает, является ли высота в пределах диапазона датчика, показаны зеленой зоне на высоте интерактивных данных.
- Выберите параметры. Установите Средний 2, чтобы каждая точка записанных данных в среднем 2 измерений. Это будет замедлять скорость сканирования, но увеличить качество сканирования. После завершения настройки нажмите кнопку ОК, чтобы вернуться к основной установки сканирования.
- Поместите датчик света в верхнем левом углу образца. Задать область общей проверки до 15 мм x 12 мм с размером шага в X и Y направлении 40 мкм (0,04 мм), число шагов в X = 375 и Y = 300. Опять же более мелкие шаги будет увеличить разрешение сканирования, но также время сканирования. Нажмите кнопку Сканировать сейчас, чтобы начать сканирование.
- Когда проверка завершается после около 10 мин, выберите файл в строке меню, а затем, выбрав Сохранить как. Таким образом, что весы всегда находятся на тех же уровнях стандартизированы сканирования.
- Выберите файл в строке меню, а затем выбрав Открыть файл. В строке меню выберите коробление. Примените фильтр щелочек 1 чтобы устранить шум датчика и сканирование таблицы. Выберите высшей точки в строке меню и найти самую высокую точку на моляра.
- Выберите сервис в строке меню, а затем, выбрав параметр масштаба для конфигурации сканирования. В конфигурации сканирования установите смещение рассчитывается по Z высокая точка значение (измеряется в 4.10) - 3500 мм. Установите диапазон в руководстве, от 0 до 3,6 мм и нажмите кнопку ОК.
- Выберите область загрузки в строке меню, чтобы сбросить масштаба. Выберите файл в строке меню, а затем, выбрав Сохранить как.
- Вычитание сканов, принятые на двух различных моментов времени.
- Выберите Открыть в строке меню в программном обеспечении. Найти оригинальные сканирования и модифицированных сканирования файлов в каталоге, выберите файлы и нажмите кнопку ОК. Появится экран параметры, выберите параметр выравнивания: руководство выравнивания вариант; и в компенсации офсетная варианты, соответственно, применяются к оригинальной и на изменение.
- Выберите окно в строке меню, а затем опцию создать представление и, наконец, вариант крест разреза.
- Выберите изменение поверхности и переместить изменение поверхности над исходной поверхности в горизонтальные, вертикальные и оси Z (высота), удерживая клавишу control и нажмите клавишу со стрелкой влево и вправо по горизонтали; удерживая клавишу control и нажмите вверх и вниз клавишу со стрелкой для вертикального направления; удерживая клавишу shift и нажмите вверх и вниз стрелки ключ для Z направлении таким образом, что вычитается объем и высота, отображаются в представлении различие как можно более низкой.
- Выберите файл в строке меню, а затем, выбрав Сохранить как вывод читается как средний объем потери и потери средней высоты.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Мы подвержены человека коренных зубов (n = 8 в группе) к кислой водный раствор в pH 4,8 руб & ролл, за 3 месяца. Это соответствует клинической функционирования время около 6 лет. Механические нагрузки применяется был: без нагрузки (0 N), 30 N, или 50 н.
Означает потерю окклюзионной высоты поверхности для трех групп: 76 ± 20 мкм 0 N; 161 ± 40 мкм для 30 N; и 266 ± 101 мкм для 50 N (рис. 2). Эрозионному износу с механической загрузкой привело блюдце форме поражения на окклюзионной параболических советы, напоминающий клиническую явление, связанное с износ эрозивный зуба, под названием «кровопускание» (рис. 3 и рис. 4).
Рисунок 1. Схематическое представление руб & Roll. () обзор аппарата: 1. перемешивание мотор, 2. контейнера. (b) представление внутри контейнера: 3. стержень, 4. цилиндр. (c) стержня, связавшись с образца и вне контейнера: 3. стержень, 5. ШИМ, 6. Встроенный моляра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2. Бар диаграмма, показывающая среднее окклюзионной высоты поверхности потеря человека коренных зубов загружен с 0, 30 или 50 N в растворе деминерализация при pH 4,8 руб & Roll устройства. Планки погрешностей указывают SD. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рис. 3. Типичный пример коренных зубов после 3 месяцев в деминерализации раствор с рН 4.8 в ролл -руб. Слева направо зуб механически был загружен с 0 N, 30 N, или 50 N. верхней строке показывает stereomicroscopic света фотографии (увеличение 10 X), и в нижней строке показывает соответствующие вычитание изображений. Цвета в вычитание изображений указывают потери высоты от без потери (красный) 1500 мкм потери (синий). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4. Примеры профилометрическийанализ Сканирование выбранных образцов, прежде чем (верхняя строка) и после 3 месяцев воздействия (посередине). В нижней строке показывает линии сечения двух накладывается сканирования (красный до и черный после облучения). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5. Клинический пример окклюзионной эрозивный зуб износа. Банки в Примечание бугров (любезно д-р р. Kuijs). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Представленное здесь приложение дает хорошее впечатление о клинической значимости руб & ролл. Окклюзионные морфологии, который был создан в эксперименте с самым высоким уровнем загрузки очень похож на клинических проявлений эрозивный зуб износа (рис. 5)11,12.
Универсальность Настройка лежит прежде всего на решения, используемые. В простой модели может использоваться вода. Загрузка образцов в водной среды может использоваться для образца, старение, например композитных смол реставрации клей, склеивание, до тестирования13прочность. В модели более клинически значимых воды могут быть заменены искусственными слюны. Абразивных компонентов, таких как волокна могут быть добавлены для имитации жевания абразивных продуктов. Даже целые продукты питания может использоваться в ситуациях, где жевательных износа является результатом под следствием. Для чистого эрозионного износа решение может быть сформулирована для имитации безалкогольные напитки или соки.
Во-вторых как показано в примере, загрузка может быть скорректирована путем изменения позиции образцов. Загрузка ограничивается около 75 N, но это лежит хорошо в пределах диапазона нормальных жевательной силы14. Выбирая физиологической нагрузки уровнях, темпы процесса старения клинически значимых. Общее время экспериментальных еще уменьшается, из-за постоянной экспозиции в блоком вращающихся и большое количество образцов, которые могут быть представлены в то же время.
Могут быть предусмотрены дополнительные изменения устройства. Добавив терморегулятор, может быть введена аспект thermocycling, еще один важный аспект интраоральные старения. Изменив носитель циклически, рН Велоспорт может быть введена, для моделирования кариозного процесса (де - и реминерализации) эмали. На поверхности стержня могут быть изменены для имитации различных антагонист ситуаций, например фарфора или композитных реставраций. Размещая вязко упругие материал под образцы, может имитировать действие периодонтальной связки. Устройство является относительно простой и легко могут быть настроены пользователем, как хотелось.
Есть некоторые детали, которые необходимо учитывать при эксплуатации устройства. При использовании неравномерным контактных поверхностей, позиционирование образца сложна, как движение стержня по всей поверхности может быть затруднен, выпуклые формы. Это может привести к скольжения стержня и нежелательных вибраций. В начале каждого эксперимента поэтому необходимо внимательно следить за запуск устройства. Примерно через 8 часов он обычно будет работать гладко. Рекомендуется заменить стержня после этого периода, и с этого момента заменить его два раза в неделю.
До зубов внедряются для окклюзионной нагрузки, позиционирование следует тщательно рассматривать таким образом, чтобы направление движения стержня имитирует артикуляции или жевательные движения как можно ближе. Силы на окклюзионной поверхности может привести к износу, который в свою очередь уменьшит нагрузку. Регулярный мониторинг протрузии образца рекомендуется для того, чтобы сохранить загрузку в пределах предполагаемого диапазона. В экспериментах с использованием кислой СМИ, эрозии или кариеса моделирования следует также контролировать значение пэ-аша. Это может измениться в течение больше экспериментов в результате распада эмали.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Авторы имеют без подтверждений.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Low speed handpiece | KAVO, Leutkirch imm Allgau, Germany | Dental equipment | |
| Brush for handpiece | KAVO, Leutkirch imm Allgau, Germany | Dental equipment | |
| Pumish | Dental equipment | ||
| Human third molars | |||
| Impression compound green | Kerr, Bioggio, Switzerland | Art.nr. 00444 | |
| Microscope slide | Menzel, Braunschweig, Germany | 76 x 26 mm | |
| Autoplast Cold curing denture base material | Candulor, Wangen, Switzerland | ||
| Silicone mold with inside dimensions of 12 x 15 x 27.5 | 3M Espe Neuss, Germany | Express STD | |
| Pressure vessel | Al Dente, Meckenbeuren, Germany | 581-009-024/25 | |
| Milling cutter ø16mm | Format, Germany | HSSCo8 nr. 21691600 | |
| Milling machine | Weiss Machine Tools | WMD 20 LV | |
| Rub&Roll | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Rub&Roll container | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Rub&Roll cylinder sample holder | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Rub&Roll motor | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Shim: Silicone plate massive 1 mm/ 1,5mm, 60 ± 5° Shore A, red | Peter van den Berg afdichtingstechniek, Barendrecht | ||
| Lactid acid extra pure 88% | Boom, The Netherlands | CAS nummer: 79-33-4 | |
| Calcium Chloride dihydrate CaCL2 .2H2O | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 10043-52-4 | |
| Pottassium dihydrogen Phosphate KH2PO4 | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 7778-77-0 | |
| Chloramine T (sodium salt) trihydrate for synthesis CH3C6H4SO2NClNa·3H2O | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 7080-50-4 | |
| Natriumfluoride standard solution 1000mg/L F Certipur | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 7681-49-4 | |
| Deionized water | |||
| Kaliumhydroxide, pellets EMSURE analytical reagent KOH | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 1310-58-3 | |
| PVC tube(Hardness73 Shore A)outer diameter 14mm inner diameter 10mm | DEUTSCH & NEUMANN, Germany | Art.nr. 3501014 | |
| Insert of a stainless steel 316 (Hardness 130–150 HB) diameter 9mm | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| pH glass electrode | WTW, Weilheim, Germany | Sentix 61 103640 | |
| Non contact Profilometer Proscan 2100 | Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK | http://www.scantronltd.co.uk | |
| Software version Proscan 2100 2.1.1.15A+ Sensor S29 / 10-10000 microns | Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK | ||
| Software version Proform | Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK | ||
| Stereomicroscope Leica | www.leica-microsystems.com | M50 | |
| Photocamera Canon | Canon Japan | EOS 50D | |
| Syringe | BD Plastipak, Spain | 20 ml. | |
| Hotplate | Schott instruments Mainz | SLK1 | |
| Silone impression material (Vinyl Polysiloxane Expres) | 3M Espe , USA | Regular | |
| Stirring Plate | IKA Werke, Germany | KMO2 Basic |
References
- Anderson, K., Throckmorton, G. S., Buschang, P. H., Hayasaki, H. The effects of bolus hardness on masticatory kinematics. J Oral Rehabil. 29, 689-696 (2002).
- Koolstra, J. H. Dynamics of the human masticatory system. Crit Rev Oral Biol M. 13 (4), 366-376 (2002).
- Lepley, C. R., Throckmorton, G. S., Ceen, R. F., Buschang, P. H. Relative contributions of occlusion, maximum bite force, and chewing cycle kinematics to masticatory performance. Am J Orthod Dentofac. 13, 606-613 (2011).
- Lee, A., He, H., Lyons, K., Swain, M. V. Tooth wear and wear investigations in dentistry. J Oral Rehabil. 39, 217-225 (2012).
- Lussi, A., Megert, B., Shellis, R. P., Wang, X. Analysis of the erosive effect of different dietary substances and medications. Br J Nutr. 107, 252-262 (2012).
- Vieira, A., Overweg, E., Ruben, J. L., Huysmans, M. C. Toothbrush abrasion, simulated tongue friction and attrition of eroded bovine enamel in vitro. J Dent. 34 (5), 336-342 (2006).
- Heintze, S. D. How to qualify and validate wear simulation devices and methods. Dent Mater. 22, 712-734 (2006).
- Lambrechts, P., Dibbles, E., van Landuyt, K., Peumans, M., van Meerbeek, B. How to simulate wear? Overview of existing methods. Dent Mater. 22, 693-701 (2006).
- Ruben, J. L., Roeters, F. J. M., Montagner, A. F., Huysmans, M. C. D. N. J. M. A multifunctional device to simulate oral ageing: the "Rub&Roll". J Mech Behav Biomed Mater. 30, 75-82 (2014).
- Xu, W. L., et al. Review of the human masticatory system and masticatory robotics. Mech Mach Theory. 43, 1353-1375 (2008).
- Abrahamsen, T. C. The worn dentition pathognomonic patterns of abrasion and erosion. Int Dent J. 55, 268-276 (2005).
- Khan, F., Young, W. G., Law, V., Priest, J., Daley, D. J. Cupped lesions of early onset dental erosion in young southeast Queensland adults. Aust Dent J. 46, 100-107 (2001).
- Montagner, A. F., et al. Bonding Efficacy and Fracture Pattern of Adhesives Submitted to Mechanical Aging with the Rub&Roll Device. J Adhes Dent. 19, 59-68 (2017).
- Martinez Choy, S. E., Lenz, J., Schweizerhof, K., Schmitter, M., Schindler, H. J. Realistic kinetic loading of the jaw system during single chewing cycles: a finite element study. J Oral Rehabil. 44, 375-384 (2017).
