Российские ученые НИТУ МИСИС и Сколтеха впервые предложили изготавливать важный стоматологический инструмент – самоадаптирующийся файл для очистки зубных каналов – при помощи селективного лазерного плавления (СЛП). Исследователи достигли высокой разрешающей способности технологии СЛП (порядка 100 мкм) и в ряде случаев, предложенная учеными технология позволит сократить и удешевить производство инструментов. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials.
Нередко причиной возникновения зубной боли могут быть воспаления во внутренних тканях зуба, которые находятся в корневых каналах. Во избежание распространения инфекции, проводится эндодонтическая операция, при которой врач очищает корневой канал от инфекции и проводит дезинфекцию образовавшейся полости при помощи стоматологического файла.
С помощью классических файлов обрабатывать каналы неправильной и сложной формы, например, С-образной, весьма затруднительно, поэтому врачам приходилось расширять канал за счет удаления дентина, иногда оставляя значительное количество инфицированных тканей внутри зуба.
Ситуация изменилась, когда появилась инновационная система САФ – самоадаптирующийся файл, который представляет собой небольшую трубку, внутри которой находится плоская сеточка с повышенной гибкостью, благодаря чему файл может подстраиваться практически под любую анатомическую форму канала.
Самоадаптирующиеся файлы изготавливают из никелида титана – устойчивого к коррозии материала с высокой биосовместимостью и со сверхупругими свойствами, при помощи лазерной резки. Однако ввиду особенности формы инструмента, в результате производства заготовки получается довольно много отходов и дорогой материал используется очень неэффективно.
Российские ученые из Университета МИСИС и Сколковского института науки и технологий впервые предложили изготавливать самоадаптирующиеся файлы при помощи аддитивных технологий, а именно селективного лазерного плавления (СЛП). Как отмечают исследователи, в ряде случаев, предложенная технология позволит сократить и удешевить производство. Вместо «удаления» большого количества материала из заготовки, в методе СЛП предполагается его послойное «добавление» при печати. Таким образом, за счет возможности многократного использования порошка количество отходов сократится до 70%.
«Основная задача данного исследования – изучить возможности использования технологии для прямого лазерного выращивания специальных стоматологических инструментов. Сложность заключалась в том, что традиционные методы 3D-печати не приспособлены для производства изделий с размерным фактором менее 200-300 мкм, в то время как структурный элемент стоматологического файла меньше – порядка 100 мкм. Мы предложили свой алгоритм слайсера для печати единичными векторами, который увеличивает разрешающую способность технологии до ее физического предела, если не брать в расчет аппаратные модификации классических СЛП установок», – рассказал соавтор исследования Станислав Чернышихин, аспирант Сколковского института науки и технологий.
Ученые изготовили прототипы эндодонтических самоадаптирующихся файлов из никель-титанового сплава и продемонстрировали возможность изготовления инструмента по технологии СЛП, также произвели оптимизацию технологических параметров и выполнили механические испытания для достижения необходимых функциональных свойств изделия.
«Объект для печати разделяется на отдельные слои толщиной порядка 30 микрон и для каждого слоя выполняется одинаковый цикл: порошок наносится тонким слоем в зону построения, лазер сканирует данный слой, локально сплавляя порошок, а платформа построения опускается на толщину слоя. Таким образом, мы послойно наращиваем объект заданной формы. Данная технология позволяет изготавливать изделия сложной геометрии, в том числе имеющие внутреннюю пористость, и проводить печать из некоторых материалов, которые сложно обрабатывать, например, никелевые суперсплавы», – поясняет соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» Университета МИСИС, Иван Пелевин.
Как отмечают исследователи, другим возможным применением данной технологии могут стать персонифицированные сверхупругие стенты для коронарных сосудов. Как и в случае стоматологических файлов, стенты обладают сложной геометрией, и элементами конструкции порядка 100 мкм. Однако для стентов необходимы довольно глубокие исследования усталостных характеристик, биосовместимости и деградации сверхупругости для напечатанного материала из-за непосредственного вмешательства в тело человека в ходе стентирования.
В будущем ученые планируют значительно расширить исследования механических свойств изделий для детального сравнения напечатанных изделий с файлами, полученными по классической технологии – лазерной резке. В ближайшее время полученные файлы будут протестированы учеными из МГМСУ на зубных макетах.
Заявка по патенту на изобретение на данном этапе проходит финальную экспертизу. Исследования проводились при поддержке фонда РФФИ (20-51-56011) и Программы трансляционных исследований и инноваций «Сколтеха».