Зубная коронка будущего может быть напечатана на 3D-принтере во время ожидания

Исследователи Техасского университета в Далласе разработали технологию, которая могла бы позволить стоматологам производить постоянные 3D-печатные циркониевые реставрации за один день. Цирконий считается эталонным материалом для постоянных стоматологических работ благодаря его прочности и долговечности.

С поддержкой Национального научного фонда (NSF) исследователи сейчас работают над коммерциализацией технологии для использования в коронках, мостах, винирах и других стоматологических реставрациях.

"Мы с энтузиазмом развиваем коммерциализацию кресельных 3D-печатных, полностью керамических циркониевых постоянных стоматологических реставраций", — сказал профессор механической инженерии Маджид Минари из инженерной школы имени Эрика Джонссона и факультета компьютерных наук. "Поскольку коронки могут быть индивидуально напечатаны для каждого пациента в один день, этот подход предлагает большую персонализацию, более быстрое лечение и удобство получения постоянной реставрации за одно посещение".

Стоматологические коронки — это защитные колпачки, помещаемые на зубы, которые были повреждены или поражены кариесом. Коронки также могут использоваться для поддержки зубного моста, который заменяет отсутствующий зуб.

3D-печатные стоматологические реставрации становятся все более привлекательным вариантом, потому что они могут быть точнее настроены и подобраны под цвет зуба пациента. Процесс производства также может быть более эффективным, потенциально снижая как затраты, так и количество отходов материалов. Однако коронки из 3D-печати, доступные в настоящее время, как правило, изготавливаются из керамических смол, которые не обладают прочностью циркония.

Же-дневные циркониевые коронки уже предлагаются в некоторых стоматологических практиках, но они обычно производятся путем фрезерования, а не 3D-печати. Фрезерование требует вырезания реставрации из сплошного блока циркония. Этот подход может ограничивать сложность возможных конструкций и несет риск микротрещин во время фрезерования или спекания.

Исследователи UT Dallas и их сотрудники теперь преодолели одно из самых больших препятствий при производстве циркониевых реставраций с использованием 3D-печати. Их метод резко сокращает обработку, необходимую после извлечения реставрации из принтера.

Исследователи описали эту технику в журнале Ceramics International. Перед тем как стать коммерчески доступной, метод все еще нуждается в клинической валидации и нормативном одобрении.

После того как циркониевая коронка была 3D-напечатана, она должна пройти два важных этапа, называемых дебайндингом и спеканием.

Во время дебайндинга коронка медленно нагревается, чтобы удалить смолу, которая скрепляет частицы циркония вместе во время печати. Традиционно этот этап может потребовать от 20 до 100 часов. После удаления смолы коронка спекается. Этот процесс высокотемпературного обжига работает несколько как обжиг глины в печи, заставляя частицы циркония сливаться и образовывать плотный, затвердевший материал.

"Дебайндинг был узким местом в процессе", — сказал Минари, ответственный автор статьи. "Это должно быть сделано очень медленно. Если ускорить процесс, полимер, который сгорает, превращается в газ, и если этот газ не может выйти, коронка может треснуть или сломаться. Время дебайндинга от 20 до 100 часов непрактично для стоматологического обслуживания в день. В результате 3D-печатные постоянные циркониевые реставрации пока не доступны в коммерческих целях".

Новая технология UT Dallas сокращает этап дебайндинга до менее 30 минут, потенциально устраняя один из основных барьеров для постоянных 3D-печатных стоматологических реставраций в один день.

Система сочетает улучшенную теплопередачу с пористым графитовым войлоком, который может достигать температур выше 2550 градусов по Фаренгейту. Войлок окружает 3D-напечатанную реставрацию и дает газам, выделяемым смолой, возможность выйти. В то же время система вакуума удаляет эти газы из окружающей области.

"Комбинация всех этих особенностей — это то, что делает это работоспособным", — сказал Минари. "С нашей технологией, если практикующий врач хочет предложить 3D-печатную циркониевую коронку кресельного типа, он может предоставить ее пациенту в течение всего нескольких часов".

Команда UT Dallas под руководством Минари сейчас работает с Pan-AM Dental Laboratory над коммерциализацией технологии. Сотрудничество недавно получило награду в размере 550 000 долларов (грант 2431684) через проект Partnerships for Innovation -- Technology Translation Национального научного фонда.

Усилия по коммерциализации также включают 3DCeram Sinto Inc. в Гранд-Ледже, Мичиган; и доктора Амирали Зандинеджада, протезиста в Арлингтоне, штат Техас, и бывшего доцента в Колледже стоматологии Техасского университета A&M.

Другие сотрудники, связанные с UT Dallas, включают Махди Мосадеги, первого автора и аспиранта по механической инженерии; Мохина Хакзада, доктора философии '25; студентку химии Захру Сепаси; студента-выпускника механической инженерии Калиана Нандигама; и доктора Голдена Кумара, доцента механической инженерии.

Помимо NSF, исследования в статье также получили поддержку от Управления научных исследований ВВС США.