U grupu elastičnih materijala za otiske pripadaju i hidrokoloidi. Po svom sastavu I načinu primjene bitno se razlikuju od sintetičkih elastomera. Zahvaljujući svojoj preciznosti hidrokoloidi predstavljaju nezamjenjivi otisni materijal. Za potpuno razumijevanje ovih materijala moramo razlikovati koloid od solucije (rastvora) i suspenzije.
Solucija (rastvor) je homogena smjesa u kojoj su male molekule ili joni otopljeni u rastvoru (npr. vodi, pa govorimo o vodenom rastvoru). Suprotno, suspenzija je heterogena smjesa i sastoji se od čestica koje su veće, vidljive barem mikroskopski I dispergovane u nekom mediju. Tako je suspenzija dvofazni sistem (jedna faza je sredstvo, a druga rastvor).
Koloidni sistemi su između ove dvije krajnosti, takođe heterogeni, dvofazni sistemi kao suspenzije, ali su čestice manje, obično u rasponu od 1-200 nm. Ukoliko je rastvor voda, riječ je o hidrokoloidima. Mogu se nalaziti u dva oblika: to su sol- i gel-stanje.
Sol-stanje je tekuće, i to različitog viskoziteta, dok je u gel-stanju materijal konzistencije želatina zbog aglomeracije molekula koje čine niti ili lance u umreženom uzorku. Te niti ili lanci okružuju molekule rastvora, u ovom slučaju vodu, čineći hidrokoloid. Sol stanje se može pretvoriti u gel-stanje (postupak želatinizacije) na dva načina po čemu i razlikujemo hidrokoloide:
1.Snižavanjem temperature, pri čemu dolazi do želatinizacije, ali proces je moguć i u suprotnom smjeru, pa povišenjem temperature gel prelazi u sol-stanje, a proces se naziva likvefakcija. Ovakvi, reverzibilni procesi su mogući jer niti dispergovane faze na okupu drže Van der Waalsove sile. Stoga kažemo da je riječ o reverzibilnim hidrokoloidima,
2.Hemijskom reakcijom, čiji je rezultat novi, netopivi spoj i nije moguća reakcija u suprotnom smjeru. Takve sisteme nazivamo ireverzibilnim hidrokoloidima ili alginatima.
Čvrstoća i žilavost gel-stanja zavisi o:
1.koncentraciji niti dispergovane faze,
2.koncentraciji punila, tj. inertnih prašaka koji se dodaju materijalu kako bi bio manje elastičan, pa što je koncentracija veća to je materijal čvršći i žilaviji.
Najveći dio hidrokoloida čini voda, pa je logično da će svaka promjena u količini vode imati bitnog odraza na karakteristike materijala odnosno na preciznost otiska. U tom smislu poznata su tri fenomena: isparavanje vode (evaporacija), upijanje vode (imbibicija) i sinereza. Ukoliko se otisak uzet hidrokoloidom ostavi na vazduhu, voda će isparavati. Stoga dolazi do isušivanja i kontrakcije otiska, odnosno njegove deformacije.
Nasuprot tome, ako se otisak potopi u vodu, materijal će upiti, imbibirati, određenu količinu vode, što rezultira takođe neželjenim dimenzionim promjenama (ekspanzija). Fenomen sinereze je pojava eksudata na površini želatiniziranog hidrokoloida, pri čemu izlučena tekućina nije samo voda već i ostale komponente iz sastava hidrokoloida, otopljene u vodi. Događa se, npr., kada se molekule gela više približe jedna drugoj kao posljedica nastavka reakcije vezivanja.
Kod upotrebe hidrokoloida kao materijala za otiske oni se u usta pacijenta unose u sol-stanju kako bi se precizno ocrtali i najfiniji detalji, potom nastupa proces želatinizacije i nakon stvaranja gela materijal je dovoljno elastičan kako bi se mogao izvaditi iz usta.
Reverzibilni hidrokoloidi
Osnovni sastojak reverzibilnih hidrokoloida čini agar (polisaharid) koji se dobija iz morskih algi, a dodaje mu se boraks koji očvršćuje gel, ali usporava stvrdnjavnje gipsa kod izlivanja otisaka. Stoga se dodaje i kalijum sulfat koji ubrzava stvrdnjavanje gipsa, te neutrališe negativno djelovanje boraksa na gips. Volumski najveći dio reverzibilnog hidrokoloida čini voda (oko 80%), pa je logično da će svaka promjena u količini vode imati bitnog odraza na karakteristike materijala (evaporacija, imbibicija).
Iz tih razloga, otisci s reverzibilnim hidrokoloidom moraju se izlijevati neposredno nakon vađenja iz usta. Ako to iz bilo kojeg razloga nije moguće, pohranjuju se u humidorima ili omotani vlažnom staničevinom u hermetički zatvorenim plastičnim kutijama ili polietilenskim vrećicama do 45 min. Na tržište dolaze u hermetički zatvorenim spremnicima, kako ne bi došlo do isušivanja i to u dva oblika: u tubama viskozniji hidrokoloid i u štapićima niskoviskozni hidrokoloid. U fiksnoj protetici tehnika otiska zahtjeva po viskoznosti dvije vrste materijala: pa se gušći iz tuba primjenjuje u kašici, a štapići niskog viskoziteta umeću se u specijalne šprice kako bi se hidrokoloid nanio na zube i u područje gingivalnih sulkusa.
Za sprovođenje postupka likvefakcije potrebna je posebna aparatura za zagrijavanje hidrokoloida, a za postupak gelatinizacije sistem za hlađenje koji uključuje specijalne kašike sa dvostrukim dnom kroz koje cirkuliše hladna voda iz priključka na vodovodnu instalaciju. Ove kašike imaju debeo rub kako bi se ostvarila mehanička retencija za hidrokoloidni materijal, jer je adhezija hidrokoloida na metalnu površinu kašike vrlo slaba.
Aparat za zagrijavanje sastoji se iz tri dijela. U prvom, temperature 95-100 °C materijal se grije (likvefakcija!) oko 15 minuta i izuzetno je važno da se cijeli materijal smekša. Potom se premješta u srednji dio temperature 65 °C, gdje može biti pohranjen do 48 sati. Pet minuta prije uzimanja otiska kašika se puni hidrokoloidnim materijalom i stavlja u treći dio na temperaturu od oko 45 °C kako bi materijal bio pogodne temperature za aplikaciju u usta.
Nakon namještanja kašike u ustima slijedi proces gelatinizacije snižavanjem temperature kroz 10 minuta cirkulisanjem hladne vode dvostrukim dnom specijalne kašike i sistemom za hlađenje koji se lako priključuje na svaku stomatološku jedinicu. Reverzibilni hidrokoloidi su niskoviskozni i mogu precizno reproduckovati sitne detalje ukoliko su pravilno upotrebljeni. Tokom postupka hlađenja (gelatinizacije) prvo se stvrdnjava materijal koji je nabliži kašici (hladnije!), a tek potom stvrdnjava materijal prema tkivima (toplije!).
Tako materijal u dodiru s tkivima i zubnim strukturama ostaje najduže tečan i može doći na ta mjesta, te tako kompenzuje dimenzionalne promjene nastale uslijed gelatinizacije (kontrakcija), tj. sprječava posljedičnu nepreciznost otiska. Stoga ih neki autori smatraju I najpreciznijim otisnim materijalima, naravno uz strogo pridržavanje uputstva za upotrebu. Ovi materijali su netoksični i ne uzrokuju alergijsku reakciju, ali su slabe čvrstoće. Upotrebom sistema za hlađenje stvrdnjavaju se u prihvatljivom vremenskom razdoblju (do 10 min.).
Pošto su reverzibilni, teorijski bi se mogli upotrebljavati više puta, ali tada ih valja steriliziovati potapanjem kroz 10 minuta u vodenu otopinu natrijum hipoklorita ili glutaraldehida. No zbog njihove niske cijene sterilizacija nije isplativa niti preporučljiva. Osim uporabe u kliničkim postupcima otiskivanja ovi materijali koriste se i u zubotehničkom laboratoriju za dubliranje (reproduciranje) modela, kao što je slučaj tokom izrade metalnih baza pomičnih proteza. Zbog njihovih karakteristika mogu se uporabljivati nekoliko puta, a pošto ne dolaze u doticaj s pacijentom nije ih potrebito sterilizirati.
Irevezibilni hidrokoloidi – alginati
Ireverzibilni hidrokoloidi koji se primjenjuju u stomatološkoj protetici su soli alginske kiseline – alginati (polisaharidi). Prah irevezibilnih hidrokoloida sastoji se od oko 12% topivih soli alginske kiseline kao što su natrijum, kalijum ili amonijum alginat, te 12% sporo topivih kalcijumovih soli (npr. CaSO4). Ove kalcijumove soli otpuštaju Ca+2 jone koji reaguju sa solima alginske kiseline gradeći netopiv gel kalcijum alginata. Prah sadrži i natijum fosfat (oko 2%) koji usporava reakciju stvaranja gela i njegovim udjelom se reguliše brzina vezivanja alginata.
Kao punilo se upotrebljava dijatomejska zemlja (70%) sa ciljem povećanja kohezije zamiješanog alginata i u konačnici očvršćenja gela. U malim količinama dodaju se fluoridi (poboljšava površinu izlivenog gipsanog modela), korigensi (ugodniji okus za pacijenta) i ponekad hemijski indikatori koji mijenjaju boju materijala uslijed promjene pH kako bi se bolje razaznavale pojedine faze tokom miješanja i manipulacije otisnog materijala (npr. ljubičasta boja tokom miješanja mijenja se u roza boju kada je vrijeme punjenja kašike, te u bijelu kada se materijal postavlja u usta pacijenta).
Kada se zamiješa prah irevezibilnog materijala s vodom formira se sol-stanje, te se soli alginske kiseline, kalcijumova so i natrijum fosfat počinju otapati i međusobno reagovati.
Sljedećom hemijskom reakcijom stvara se netopiv elastični gel kalcijum alginata:
Na2 Alg + CaSO4 -> Na2 SO4 + Ca Alg
Samo vanjski sloj čestica natrijum alginata se otapa i stupa u hemijsku reakciju. Međutim spomenuta reakcija ne smije se odvijati tokom postupaka miješanja, punjenja kašike i postavljanja u usta. Ova je reakcija u toj fazi nepoželjna jer se otisni materijal treba tokom otiskivanja deformisati plastično, a ne elastično. Stoga se formiranje gela odgađa upotrebom natrijum fosfata koji reaguje s kalcijum sulfatom i daje precipitat kalcijum fosfata prema sljedećoj jednačini:
2Na3PO4 + 3CaSO4 -> Ca3(PO4) 2 + 3Na2SO4
Ova hemijska reakcija odvija se prije stvaranja kalcijum alginata i time se ne ostvaruju elastična svojstva otisnog materijala. Tako se bitnija količina kalcijuma alginata ne može stvoriti sve dok se ne potroši sav natrijum fosfat. Na taj način proizvođač može kontrolisati vrijeme vezivanja otisnog materijala ovisno o dodanoj količini natrijum fosfata.
Tokom vezivanja materijala niti gela se međusobno povezuju preko kalcijumovih jona, gdje se svaki dvovalnetni Ca+2 jon povezuje s dvije karboksilne (-COO-) grupe svake iz druge polisaharidne molekule (alginata). Kako bi se dobio što bolji otisak potrebno je poštovati određene zahtjeve tokom manipulacije ovim otisnim materijalom. Spremnik u kojem se nalazi prah irevrezibilnog hidrokoloida mora biti dobro zatvoren kako bi se spriječio kontakt sa vlagom. Prah nije stabilan ukoliko je u kontaktu sa vlagom ili povišenom temperaturom.
Prije upotrebe valja ga dobro protresti kako bi se sastojci ravnomjerno rasporedili. Omjer praha i vode potrebno je odrediti u skladu sa uputstvima proizvođača. Obično se upotrebljava voda sobne temperature, a upotrebom hladne vode usporava se vezivanje isto kao što ga topla voda ubrzava. Mješanje se odvija u gumenim šoljicama čvrstim pritiskanjem materijala uz rubove šoljice kroz vrijeme označeno od proizvođača koje obično iznosi od pola do jedne minute. Tada se alginat puni u metalne konfekcijske kašike.
Slabe je adhezije na metal, te se koriste kašike sa mehaničkim retencijama u obliku odebljanog ruba kašike (rimlok kašike) ili perforacija. Kao adheziv može se koristiti molten ljepljivi vosak ili metil celuloza koji postoje kao tvornički pripravci, no loša strana im je teško čišćenje sa kašika. Postavljen u ustima mora se mirno držati tokom vezivanja kako bi se postigao što precizniji otisak. Vadi se iz usta brzim pokretom jer se tako smanjuje iznos elastične deformacije otiska i omogućuje preciznije vraćanje u prvobitan položaj.
Otisak se vadi iz usta otprilike dvije minute nakon što je prošlo vrijeme vezivanja, odnosno materijal pokazao elastična svojstva. Nakon vađenja iz usta otisak se ispire hladnom vodom kako bi se odstranila slina, prekriva vlažnom maramicom a sa ciljem sprječavanja sinereze, a poželjno ga je izliti što prije, po mogućnosti unutar 15 minuta od uzimanja otiska. Ukoliko to nije moguće valja uptrijebiti već spomenute humidore. Savremeni irevezibilni hidrokoloidi dovoljno su niskoviskozni te omogućuju otiskivanje finih detalja u usnoj šupljini. Kako je već spomenuto, tokom vezivanja materijala potrebno je osigurati mirno ležanje kašike.
Bilo kakav pritisak na formirani gel tokom otiskivanja uzrokuje unutarašnju napetost materijala što će rezultirati deformacijom materijala nakon vađenja iz usta. Reakcija vezivanja odvija se prvo na mjestima više temperature (uz strukture koje otiskujemo), upravo obrnuto od revezibilnih hidrokoloida, što je i jedan od uzroka slabije preciznosti u odnosu na revezibilne hidrokoloide. Alginati su dovoljno elastični kako bi se tokom vađenja otiska izvukli iz podminiranih predjela, ali zbog slabe čvrstoće na kidanje može doći do njihovog kidanja u jako podminiranim predjelima.
Kako je već spomenuto, nakon vađenja iz usta otiske valja čim prije izliti zbog isušivanja (evaporacije), što otiske čini dimenzionalno nestabilnima. Teško ih je sterilisati, jer dezinficijensi u spreju smanjuju oštrinu reprodukcije finih detalja, a potapanje u dezinficijentne rastvore negativno utiče na dimenzijsku stabilnost zbog upijanja tečnosti (imbibicija). Materijal je netoksičan, ne iritira oralnu sluznicu, a okus i miris su ugodni za pacijenta. Ovi materijali se ne koriste za otiskivanje kod izrade vrlo preciznih protetskih radova kao što su inlay-i, krunice i mostovi, no u širokoj su upotrebi za otiskivanje antagonističkih struktura (kontra), izradu studijskih modela, te u izradu mobilnih proteza i ortodontskih aparata.
