Автореферат (1139633), страница 4
Текст из файла (страница 4)
С увеличениемколичества циклов нагружения-разгружения сверхупругое поведение сплавовбыстро совершенствуется: остаточная деформация минимизируется до 0,1% в 3-5циклах в Ti-Nb-Zr и в 10 циклах в Ti-Nb-Ta (Рис. 2).Рисунок 2 – Диаграммы деформации-разгружения Ti-Nb-Taв динамике при механоциклированииАнализ диаграмм деформации-разгружения сплавов Ti-Nb-Zr и Ti-Nb-Taпозволилопределитьхарактерныедлясверхупругихсплавовфизико-механические свойства: модуль упругости (Е), фазовый предел текучести (σtr) имеханический гистерезис (Δσ) (Табл.4).20Таблица 4 – Параметры диаграмм деформации-разгружения сплавовTi-Nb-Ta и Ti-Nb-Zrσtr, МПаTi-Nb-TaTi-Nb-Zr129341,569266,749246,2Цикл1310Δσ, МПаTi-Nb-TaTi-Nb-Zr9549,862,524,9457,7E, ГПаTi-Nb-TaTi-Nb-Zr31,347,231,243,323,640,6При исследовании химического состава оксидной пленки изучаемыхсплавов (Ti-Nb-Ta и Ti-Nb-Zr) методом электронной оже-спектроскопии,толщины пленки и распределения легирующих элементов в приповерхностныхслоях в сравнении с Ti и Ti-Ni установлено, что при экспонировании в раствореХэнка доля компонентов сплавов на поверхности уменьшается за счет осаждениякомпонентов раствора; при этом их суммарное количество на сплавах Ti-Nb-Ta иTi-Nb-Zr – наибольшее, а концентрация Ca и Р выше, чем для образцов Ti и Ti-Ni(Табл.5)Таблица 5 – Состав поверхности исследуемых сплавов в растворе ХэнкаОбразецTi-Nb-TaTi-Nb-ZrTiTi-NiЭлемент, ат.%TiO7,67,38,512,354,654,747,568,4NiNbTa/ZrNaCaClKP11,712,75,74,78,48,511,66,25,96,02,05,3––0,6–4,34,5––1,71,5––7,8Ʃ(примеси)20,320,514,211,5В соответствии с профилями распределения элементов по глубинеобразцов сплавов толщина оксидной пленки варьирует от 11 до 16 нм,увеличиваясь на 2-3 нм после экспозиции в растворе Хэнка; после термическойобработки толщина пленки составляет около одного мкм.Оценкакоррозионныхэлектрохимическимиметодамипроцессовисследованиявмодельныхпоказаларастворахпассивациюиформирование защитных пленок на поверхности сплавов.
Результаты измеренияначальных (Е0) и стационарных значений (Е∞) электропотенциалов сплавов Ti-NbTa, Ti-Nb-Zr, Ti и Ti-Ni и максимальной величины смещения (ΔЕ = Е∞ – Е0) до21завершения формирования защитных оксидных пленок близки у сплавов Ti-Nb-Taи Ti-Nb-Zr, незначительно превышают таковые для титана (Ti-Ni обладает болееПотенциал, мВ (х.с.э.)высоким потенциалом (Рис.3, Табл.6).Время, минРисунок 3 – Графики хронопотенциограмм сплавов Ti-Nb-Ta (1), Ti-Nb-Zr (2), Ti(3) и Ti-Ni (4) в растворах Хэнка (р-р I) искусственной слюны (р-р II).Таблица 6 – Данные обработки хронопотенциограмм сплавов Ti-Nb-Ta, TiNb-Zr, Ti и Ti-Ni в растворе ХэнкаМатериалTi-Nb-TaTi-Nb-ZrTiTi-NiУстойчивостьоксидныхЕ0-594-586-583-422пленокЕ, мВ (х.с.э.)Е∞-218-219-245-158приΔЕ376367338264приложениивнешнегоэлектропотенциала, оцененная на поляризационных диаграммах по зависимоститока растворения (iп) от приложенного потенциала, у сплавов Ti-Nb-Ta и Ti-Nb-Zrв целом выше, чем для Ti и Ti-Ni. Все сплавы соответствуют диапазону,характерномудлявысококоррозионноустойчивыхматериалов.Величинаплотности тока в пассивном состоянии iп, по данным поляризацонныхдиаграммам сплавов Ti-Nb-Ta, Ti-Nb-Zr, Ti и Ti-Ni в модельных растворахсоставляет соответственно 2,3; 2,0; 0,6 и 0,4 мкА/см2 (Рис.
4).22Рисунок 4 – График поляризационных диаграмм (0,1 мВ/с) сплавов Ti-Nb-Ta, TiNb-Zr, Ti и Ti-Ni в искусственной слюне.Механоциклические испытания сплавов Ti-Nb-Ta и Ti-Nb-Zr в модельныхрастворах (зависимость величины электропотенциала от времени выдержки врастворепридеформации)постоянновыявилиподействующеймеренагрузкеувеличениясчисларазличнойцикловстепеньюустойчивыйблагоприятный рост потенциала, как следствие механохимического эффектапластифицирующего действия нагрузки.При длительных коррозионных испытаниях в растворе Хэнка в течение 3месяцев с определением концентрации компонентов сплавов в модельной средеметодом атомно-эмиссионной спектроскопии показана низкая скорость коррозиисплавов Ti-Nb-Ta и Ti-Nb-Zr; уровень концентрации ионов Ti, Nb, Ta и Zr нижеобнаружимого предела (Табл.
7).Таблица 7 – Скорость коррозии сплавов и концентрация металлическихионов сплавов в модельной среде.СплавTi-Nb-TaTi-Nb-ZrTiTi-NiСкоростькоррозии, 10–7г/см2ч0,91,01,11,1Глубинный показателькоррозии, 10–3 мм/годКонцентрация ионов врастворе, мг/л1,21,51,91,4Ti <0,005, Nb <0,01, Ta <0,05Ti <0,005, Nb <0,01, Zr <0,001Ti <0,005Ti <0,005, Ni ≈ 0,02223Сверхупругиесплавытитанасовместимостьюпосравнениюматематическогомоделированиясобладаютбольшейтитаномпобиомеханическойданнымтрехмерногонапряженно-деформированногосостоянияпротезов на имплантатах и окружающей костной ткани. Нагрузка фронтальногоотдела несъемного протеза на шести имплантатах приводит к напряжениям вкортикальной и губчатой костных тканях, которые локализуются в области шейкиимплантатов. В кортикальной костной ткани вокруг имплантатов из титана,титан-ниобиевогосплаваиникелидатитананапряжениясоставляютсоответственно 9,3МПа, 7,0МПа и 6,9МПа; в губчатой костной ткани – 1,41,48МПа (Табл.
8). Нагрузка бокового отдела указанного протеза увеличиваетнапряжения в кортикальной кости вокруг крайних имплантатов в областинагрузки: при использовании титановых имплантатов – до 15,1МПа, титанниобиевых имплантатов – 11,6МПа, никелид-титановых – 12,5МПа; в губчатойкостной ткани напряжения 3,1МПа – 3,4МПа.Уменьшениеколичестваимплантатовдочетырех,вчастностиустановленных по технологии «Все на четырех», увеличивает напряжения вкостных тканях в сравнении протезом на шести имплантатах (Рис.5). Прииспользовании титановых имплантатов фронтальная нагрузка вызывает вкортикальной костной ткани напряжения16,1МПа, при использовании титанниобиевых и никелид-титановых имплантатов – соответственно 11,8МПа и12,3МПа; в губчатой костной ткани напряжения соответственно 1,9МПа, 1,79МПаи 1,72МПа. При боковой нагрузке протеза на четырех имплантатах вкортикальной костной ткани вокруг крайних имплантатов в зоне нагрузкиразвиваются значительные напряжения: у титановых имплантатов 59,6МПа,титан-ниобиевых 43,5МПа, никелид-титановых 43,3МПа; в губчатой костнойткани соответственно 6,6МПа, 6,1МПа, 6,4МПа.
Относительно предела прочностикортикальной кости запас прочности в ситуации наибольшего нагружения кости(боковая нагрузка протеза на четырех имплантатах) составляет 54,2%, 66,5% и66,7% при использовании титановых, титан-ниобиевых и никелид-титановых24имплантатов (O'Brien W.J., 2002).Этот запас прочности может существеннозависеть от плотности костной ткани индивидуума.
Статистически значимыеразличия в величине напряжений в кортикальной кости выявлены междутитановым и титан-ниобиевым или никелид-титановым имплантатами как прифронтальной нагрузке, так и при боковой, как с опорой протеза на 6 имплантатов,так и на 4 имплантата (р<0,001).
Наибольшие показатели выявлены прииспользовании титана; при использовании сплавов титана с никелем или ниобиемсущественных различий не выявлено.Таблица 8 – Максимальные напряжения в модели нижней челюстиприполном отсутствии зубов при функциональной нагрузке несъемного протеза навнутрикостных имплантатах из разных титановых сплавов (МПа)6 имплантатов,керамическаяоблицовкакортикальнаякостьгубчатая костьимплантатпротез4имплантата,пластмассоваяоблицовкакортикальнаякостьгубчатая костьимплантатпротезфронтальная нагрузкаTi-Nb-ZrTiTi-Ni7,09,36,91,481,41,4622,027,317,69,99,810,2фронтальная нагрузкаTi-Nb-ZrTiTi-Niбоковая нагрузкаTi-Nb-ZrTiTi-Ni11,615,112,53,240,824,43,13,444,638,824,127,3боковая нагрузкаTi-Nb-ZrTiTi-Ni11,816,112,343,559,643,31,7920,04,21,925,03,61,7219,24,56,1108,910,46,6109,610,06,4100,110,8В титановых имплантатах при вертикальной нагрузке несъемного протезана шести имплантатах напряжения составляют 27,3МПа, из титан-ниобия22,0МПа, никелида титана 17,6МПа; нагрузка бокового отдела протезаувеличивает напряжения в титановых, титан-ниобиевых и никелид-титановыхимплантатах соответственно до 44,6МПа, 40,8МПа, 38,8МПа.
В имплантатах вконструкции «Все на четырех» при вертикальной нагрузке напряжения малоизменяются в сравнении с шестью имплантатами и составляют 25,0МПа, 20,0МПа25и 19,2МПа для титановых, титан-ниобиевых и никелид-титановых имплантатов.Боковая нагрузка резко увеличивает напряжения в крайних имплантатах: изтитана, титан-ниобия и никелида титана соответственно до 109,6МПа, 108,9МПаи 100,1МПа, но в материалах имплантатов остается значительный запаспрочности.В протезе на 6 имплантатах при вертикальной нагрузке напряжения близки,независимо от материала имплантатов, и составляют 9,8МПа, 9,9МПа, 10,2МПапри использовании титана, титан-ниобия и никелида титана; нагрузка боковогоотдела протеза увеличивает напряжения соответственно до 24,1МПа, 24,4МПа и27,3МПа. Пластмассовый зубной ряд на металлическом каркасе, несмотря науменьшение количества имплантатов до четырех, снижает напряжения в протезе(за счет увеличения напряжений в кортикальной костной ткани) в сравнении сметаллокерамическим протезом на шести имплантатах.
При использованиититановых, титан-ниобиевых и никелид-титановых имплантатов напряжения впротезе составляют 3,6МПа, 4,2МПа и 4,5МПа; смещение нагрузки в боковойотдел протеза увеличивает напряжения в нем соответственно до 10,0МПа,10,4МПа, 10,8МПа.По данным математического моделирования сверхупругие сплавы титана(титан-ниобий и никелид титана) в сравнении с титановым сплавом снижаютнапряжения в кортикальной костной ткани при использовании в качествевнутрикостных дентальных имплантатов и в самих имплантатах без явноговлияния на напряженно-деформированное состояние губчатой костной ткани ипротезных конструкций; кортикальная костная ткань имеет двукратный запаспрочности при наличии титановых имплантатов, трехкратный – при имплантатахиз эластичных сплавов титана; напряжения в губчатой кости предельны вокругкрайних имплантатов, установленных с наклоном по технологии «Все начетырех».26фронтальная нагрузкабоковая нагрузкакортикальнаякостьгубчатаякостьимлантатыпротезРисунок 5 – Напряженно-деформированное состояние кортикальной костинижней челюсти, имплантатов из титан-ниобия и протеза «Все на четырех» прифронтальной и боковой нагрузках.При сравнительном исследовании биосовместимости сверхупругих сплавовтитана в клеточной культуре мезенхимальных стволовых клеток (МСК)27коэффициент оптической плотности культуры после завершения инкубированиясоответствовал в контроле 1.125±0.036, в присутствии титана не имелдостоверных различий от контроля (1.080±0.1), также как в присутствии титанниобия-циркония (1.121±0.13) и никелида титана (1.071±0.041) (p>0,05).
Титанниобий-тантал несколько снижал ростовую активность клеток МСК, посколькукоэффициент оптической плотности в его присутствии составлял 1.026±0.036(p<0,05 в сравнении с контролем) (Табл.9).Таблица 9 – Влияние на ростовую активность клеток МСК титановыхсплавов с помощью МТТ-методанаименование образцадостоверная разность сконтролемОП 545 нмтитан1.080±0.1нетникелид титана1.071±0.041неттитан-ниобий-тантал1.026±0.036датитан-ниобий-цирконий1.121±0.13нетконтроль клеток1.125±0.036При световой микроскопии монослой клеток МСК в контроле состоял изплотно сомкнутых фибробластоподобных и полигональных клеток; в присутствиититана и никелида титана мало менялся в сравнении с контролем (реже вприсутствии титана и чаще в присутствии никелида титана встречалисьединичные очаги дегенерации клеток с отсутствием монослоя, округлениемклеток и подворачиванием тяжей этих клеток по краям дефектов в монослое).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
