Abstract

Scopul studiului a fost de a evalua proprietățile mecanice ale materialelor compozite fotopolimerizante modificate prin adăugarea de fluorură de calciu. Studiul a utilizat un material compozit experimental de întărire ușoară (ECM) și un material compozit de întărire ușoară (FA) Disponibil în comerț, care au fost modificate cu fluorură de calciu anhidră de 0,5-5,0% în greutate., Morfologia probelor și uniformitatea distribuției CaF2 au fost analizate utilizând microscopia electronică de baleiaj (SEM) și spectroscopia dispersivă a energiei (EDS). Proprietățile mecanice au fost testate după depozitarea 24 de ore a probelor în condiții uscate sau umede. ECM uscat depozitat îmbogățit cu 0,5-1,0 wt% CaF2 a prezentat valori mai mari ale rezistenței la tracțiune, în timp ce stocarea apei a tuturor specimenelor ECM modificate a scăzut rezistența la tracțiune. Cea mai mare duritate Vickers testată după depozitarea uscată a fost observată pentru conținutul de CaF2 de 2,5% wt în ECM. Adăugarea de 2,0-5.,0 wt% CaF2 la FA a determinat o scădere semnificativă a rezistenței la tracțiune după depozitarea uscată și scăderea totală a rezistenței la tracțiune a specimenelor FA modificate după stocarea apei. Conținutul de 2,0 wt% CaF2 în FA a dus la cea mai mare duritate Vickers testată după depozitarea umedă. Materialul compozit (FA) Disponibil în comerț, nemodificat cu adaos de fluor, a demonstrat în general proprietăți mecanice semnificativ mai mari.

1., Introducere

deși dezvoltarea constantă în știința materialelor dentare, nu s-a găsit material reconstructiv care să restaureze perfect țesuturile dentare dure. Printre caracteristicile principale ale materialului reconstructiv ideal se numără capacitatea de a crea legături durabile cu țesutul dentar dur, biocompatibilitatea, proprietățile fizice și mecanice adecvate și estetica bună. Materialul compozit posedă cele mai multe dintre aceste caracteristici, dar suferă diverse modificări ale compoziției chimice care ar spori performanța clinică, inclusiv prevenirea secundară a cariilor., În zilele noastre, unul dintre principalele obiective în stiinta materialelor dentare este introducerea în material compoziție compuși cu activitate antibacteriană, cum ar fi digluconat de clorhexidină (CHG), acetat de clorhexidina (CHA), cuaternare de amoniu dimetacrilat (QADM), sau amorf de fosfat de calciu (ACP). O altă tendință este modificarea de materiale de restaurare cu compuși cu fluor, cum ar fi NaF, CaF2, SnF2, SrF2, KF, care ar elibera ioni de fluor și contribuie la remineralizarea țesuturilor dentare în cavitatea și în mediul înconjurător restaurare ., Efectul Cariostatic al ionilor de fluor este documentat pe scară largă și dovedit clinic și încurajează cercetătorii să dezvolte noi materiale de restaurare pe bază de fluor . Pentru a spori activitatea ionilor de fluor, a fost introdusă o combinație cu compuși de calciu .Kulshrestha și colab. s-a dovedit că CaF2 nanoparticule (CaF2-NPs) prezintă activitate antibacteriană puternică împotriva S. mutans care rezultă în aproape 90% reducere de formarea de biofilm, redus de bacterii de acid, și exopolysaccharides de producție. La pH scăzut, ionii de fluor și hidrogen se leagă creând acid fluorhidric (HF)., HF penetrează membrana bacteriană, disociază în interiorul bacteriilor și determină acidificarea citoplasmei și inhibarea enzimelor (enolază și ATPază) . Fluorurile în concentrații foarte mari (3040-5700 ppm) provoacă moartea celulelor bacteriene . Mai mult, fluorura influențează negativ metabolismul și aderența celulelor bacteriene . În prezența nanoparticulelor de fluorură de calciu, microbii au prezentat o aderență scăzută la suprafața dinților și la biofilm și o sensibilitate mai mare la mediul acid., În plus, nanoparticulele de CaF2 împiedică formarea biofilmului și, în consecință, reduc dezvoltarea leziunilor carioase, datorită eliberării mari de ioni de fluor și influenței sale asupra bacteriilor.calciul, ca element de construcție a smalțului, induce, de asemenea, remineralizarea. Introducerea fluorurii de calciu în materialele compozite dentare este pe deplin justificată prin prevenirea cariilor secundare. Totuși, influența compușilor de fluor asupra performanței mecanice a materialelor modificate este în discuție și necesită studii suplimentare.,având în vedere efectul larg și pozitiv al ionilor de fluor asupra țesuturilor dentare, este important să se optimizeze conținutul de fluor în materialele compozite, astfel încât să inducă proprietăți cariostatice, dar fără deteriorarea proprietăților mecanice ale materialului.

2. Scopul studiului

scopul a fost de a evalua parametrii mecanici ai a două materiale compozite fotopolimerizante modificate cu adăugarea de fluorură de calciu.

3., Materiale și metode

pentru ambele materiale testate, au fost stabilite 6 grupe de studiu în funcție de cantitatea de CaF2 adăugată la ECM și Materialul Flow-Art (tabelele 1 și 2). Pentru fiecare material testat, specimenele fără adaos de CaF2 au servit ca grup de control.toate amestecurile au fost realizate pe baza a 5,00 g de compozit curgător, Flow-Art sau ECM. Porțiuni mici (0,020-0,025 g) de fluorură de calciu au fost cântărite pe un echilibru analitic și măcinate cu grijă cu compozitul de bază (FA sau ECM) într-un mortar de agat, până când se obține omogenitatea dorită.,specimene de materiale modificate au fost fabricate folosind matrițe de silicon. Pentru testul de rezistență la tracțiune, au fost fabricate matrițe cilindrice (3,0 mm grosime și 6,0 mm în diametru). Materialele compozite au fost aplicate în straturi și polimerizate timp de 20 de secunde pe strat cu lampa de polimerizare Megalux cu modul soft-start (Mega-Physic Dental, Germania). Pentru testarea durității, discuri compozite de 2,0 mm grosime și 8,0 mm în diametru au fost fabricate, folosind matrițe de silicon, în tehnica de stratificare așa cum este descris mai sus.,ulterior, toate probele au fost controlate și excesul de material a fost îndepărtat prin lustruire cu hârtii sic de 140 și 320 gritt. Pentru fiecare test, au fost pregătite 24 de exemplare de materiale testate. Probele au fost depozitate în apă distilată (subgrupul 1, 12 exemplare) și în condiții uscate (subgrupul 2, 12 exemplare) timp de 24 de ore.pentru evaluarea SEM-EDS, probele în formă de disc (3,0 mm grosime și 6,0 mm în diametru) au fost fabricate în tehnica de stratificare așa cum este descris mai sus., După 24 de ore, toate exemplarele au fost lustruite cu hârtii 140-2400-gritt SiC și apoi lustruite cu paste de diamant 6 μ, 3 μ și 1 μ.

3. 1. Rezistență la tracțiune

rezistență la Tracțiune de materiale a fost testat cu diametral rezistență la tracțiune de testare (DTS) în universal mașină de testare (Zwick Z020, Zwick/Röell, Germania), la crosshead viteza de 0,5 mm/min. Forța aplicată, în planul aplicării sale, a provocat solicitări de tracțiune în material. Forța maximă, provocând fractura specimenului, a fost înregistrată de computer., Valorile DTS au fost calculate după formula: unde se aplică forța maximă, este diametrul specimenului și este înălțimea specimenului .

3. 2. Duritatea

duritatea a fost măsurată folosind metoda de testare a durității Vickers. Metoda implică Indenterul Vickers, în formă de piramidă diamantată de 136°, forțat în specimenul testat cu aplicarea sarcinii definite și măsurarea dimensiunilor indentării ulterior. Valorile obținute prin încercare sunt în unitățile cunoscute sub numele de numere de duritate Vickers (VHN, kg/mm2).,

În scopul de a efectua încercarea de duritate Vickers, Indentec ZHµ-SHµ microdurității tester (Zwick/Röell, Germania) cu automate de indentare de măsurare a fost folosit. Indenterul a fost forțat în specimene testate cu sarcina de 1 kg timp de 10 secunde. Distanța dintre marginea fiecărei crestături impresiona a fost de cel puțin trei ori, atâta timp cât diagonala mărcii lăsate de indenter . Duritatea Vickers a fost calculată după formula: unde este sarcina aplicată și este lungimea medie a diagonalei lăsate de indenter .

3. 3., Analiza sem-EDS

probele de microstructură și compoziție chimică au fost observate utilizând microscopia electronică de baleiaj (SEM) (s-4700, 15 kV, Hitachi, SUA) cu detectorul elementar de spectroscopie de dispersie (EDS) (EDS Thermo NORAN, Thermo Fisher Scientific, SUA). Probele au fost acoperite cu testare prealabilă din aliaj de platină-paladiu. Probele au fost analizate în condiții de vid înalt. Imaginile SEM au fost prelevate din zonele reprezentative ale fiecărui specimen la două măriri diferite (×1000 și ×5000). Spectrele EDS și hărțile elementelor au fost luate la mărirea ×5000.

3. 4., Analiza statistică

În cursul analizei statistice următoarelor teste de semnificație-au efectuat: testul Shapiro-Wilk pentru normalitate; Levene testul de omogenitate a varianțelor; o într-o direcție și două-mod de analiză a varianței (ANOVA) fără replicare; Mann-Whitney, ranguri-suma -test; la testul Kruskal-Wallis egalitatea de populații rank test; modele liniare generalizate.un nivel de a fost considerat statistic semnificativ. Analiza statistică a rezultatelor studiului a fost realizată utilizând Stata® / Special Edition, versiunea 14.,1 pachet software (StataCorp LP, College Station, Texas, SUA).

4. Rezultate

4.1. Diametral rezistența la tracțiune

rezultatele testelor Diametral rezistența la tracțiune pentru probele ECM și FA stocate în aer și apă distilată sunt prezentate în tabelul 3.dintre probele ECM depozitate în condiții uscate, valorile DTS din lotul ECM 0.5 și ECM 1.0 au fost statistic mai mari decât în celelalte grupuri testate, în timp ce pentru subgrupul depozitat în apă, cele mai mari valori DTS din toate grupurile testate au fost observate în lotul martor.pentru exemplarele FA depozitate în condiții uscate, numai grupa FA 1.,0 a prezentat valori DTS semnificativ mai mari decât grupul de control, în timp ce, pentru grupurile FA 2.0, FA 2.5 și FA 5.0, valorile DTS au fost statistic mai mici decât pentru alte grupuri de testare. Dintre specimenele FA stocate în apă, grupul de control a prezentat valori DTS statistic mai mari decât celelalte grupuri testate.

4. 2. Duritatea

rezultatele testelor de duritate Vickers pentru probele ECM și FA depozitate în condiții uscate și în apă distilată sunt prezentate în tabelul 4.

pentru probele ECM depozitate în condiții uscate, valorile de duritate în grupul ECM 2.5 au fost statistic mai mari decât în alte grupuri testate., Pentru probele ECM stocate în apă, valorile de duritate în grupele ECM 0.5 și ECM 1.5 au fost statistic mai mari decât în alte grupuri testate.dintre exemplarele FA depozitate în condiții uscate, numai valorile de duritate din grupul FA 1.0 au fost statistic mai mari decât în alte grupuri testate. Pe de altă parte, pentru exemplarele depozitate în apă, grupa FA 2.0 a prezentat o duritate mai mare decât alte grupuri testate.

4. 3. Analiza sem-EDS

analiza sem-EDS a compozitelor studiate a fost realizată pentru a vizualiza morfologia materialelor și distribuția CaF2 în volumul eșantionului., Au fost observate diferențe semnificative în structura internă dintre ECM și FA. Se observă probleme în obținerea unor imagini sem satisfăcătoare de bună calitate pentru exemplarele ECM (Figura 1). Dificultățile întâmpinate sunt probabil legate de compoziția ECM specifică, adică de încărcarea foarte scăzută a umpluturii (doar 35 wt.% ) și dimensiunile sale fine. Cu toate acestea, unele aglomerate de silice pot fi observate la imagini. Intensitatea vârfului ionilor de calciu pe spectrele EDS pentru probele ECM se modifică odată cu creșterea conținutului de fluorură de calciu și atinge cele mai mari valori pentru ECM modificat cu 5.,0% în greutate din CaF2.

toate probele FA (Figura 2) au prezentat particule de umplutură de sticlă distribuite uniform, de diferite dimensiuni, pe întregul volum al probelor. Nu s-au observat modificări semnificative în microstructura materialelor după modificarea cu CaF2. Diferențele dintre conținutul de calciu pentru Materialul Flow-Art modificat cu fluorură de calciu au fost foarte greu de observat pe spectrele EDS datorită conținutului de calciu într-unul din umpluturile de sticlă din compozitul FA.

5., Discuție

modificarea materialelor compozite prin introducere compușii cu fluor pare a fi un domeniu de cercetare foarte promițător. Acești compuși prezintă activitate antibacteriană și cariostatică dovedită . Este de așteptat ca materialele compozite modificate cu compuși de fluor, cum ar fi fluorura de calciu, să demonstreze, de asemenea, activitate antibacteriană și cariostatică. O altă problemă clinică foarte importantă este proprietățile mecanice ale unor astfel de materiale compozite îmbogățite cu fluor. În studiul actual, au fost testate două materiale compozite pe bază de rășină: unul disponibil comercial și unul experimental.,

materialul compozit Disponibil în comerț, astfel cum a fost livrat de producător, a demonstrat în general proprietăți mecanice semnificativ mai mari (DTS, HV) decât cele experimentale. Flow-Art a arătat o rezistență diametrală la tracțiune peste 30 MPa, în timp ce pentru materialul experimental valoarea a variat de la 18 la 30 MPa. Valorile medii ale DTS pentru materialele compozite obișnuite depășesc 30 MPa . Prin urmare, materialul compozit experimental testat în cadrul studiului nu ar fi aplicabil în zonele cu încărcare ocluzală substanțială.Materialul Flow-Art a arătat duritate la HV 45-50, în timp ce duritatea ECM scade sub HV 30., Diferențele dintre valorile de duritate pentru diferite conținuturi de CaF2 nu sunt semnificative și pot indica faptul că adăugarea de fluorură de calciu nu modifică condițiile de polimerizare și nu interferează procesul de întărire. Materialele compozite utilizate în stomatologie trebuie să demonstreze duritatea minimă la nivelul HV 40-50 . Scopul unui material de restaurare ar trebui să fie acela de a imita perfect țesutul pe care trebuie să îl înlocuiască, și anume smalțul și dentina. Valorile medii ale durității țesuturilor dentare variază de la 250 la 360 VHN pentru smalț și de la 50 la 70 KHN pentru dentină ., Cu toate acestea, aceste valori prezintă variații semnificative, deși în dentină ele sunt mai puțin pronunțate. Craig și Peyton au raportat că duritatea smalțului variază de la VHN; Collys și colab. a raportat că, email duritatea variază de la să ; și Wilson și Dragoste raportat că email duritatea variază de la la . Microduritatea smalțului ocluzal a variat de la 359 la 424 VHN și cea a smalțului cervical de la 227 la 342 VHN ., Variațiile valorilor de duritate pot rezulta din caracteristicile histologice, compoziția chimică a țesuturilor dentare și pregătirea probei și eroarea de încărcare sau citire în lungimea indentării (IL). Majoritatea compozitelor dentare convenționale ating duritatea suprafeței superioare a HV 70-110 . Având în vedere rezultatele bune ale testului de duritate, materialul comercial (FA) ar putea fi utilizat ca material compozit universal restaurativ. Dar pentru materiale compozite experimentale, duritate scăzută îngustează aplicarea clinică a materialului de captuseala sau ca clasa V și materiale de restaurare dinți de foioase.,duritatea materialelor pe bază de rășină depinde în mare măsură de cantitatea și duritatea particulelor de umplutură; prin urmare, materialele compozite cu conținut ridicat de umplutură demonstrează o rezistență favorabilă la sarcini ocluzale . Rezultatele prezentate în studiul actual confirmă, de asemenea, aceste constatări. Materialul de duritate mai mică, ECM, conținea umplutură mai puțin anorganică în comparație cu materialul care prezintă valori mai mari de duritate (Flow-Art).,având în vedere influența conținutului de fluor de calciu asupra performanței Flow-Art, s-a observat că cele mai bune proprietăți mecanice ale materialului modificat au fost obținute la un conținut de CaF2 de 0,5%, atât după depozitare uscată, cât și umedă. Un astfel de procent CaF2 în plus față de compoziția materialului nu sa deteriorat parametrii mecanici testați, permițând acceptarea clinică. În cazul materialului experimental, conținutul de fluorură de calciu 1,0% a fost găsit optim în condiții de depozitare uscată și conținut de CaF2 de 0,5% și 1,0%, după stocarea apei., În fiecare grup, proprietățile mecanice ale materialului au rămas similare cu cele ale materialului experimental nemodificat. Totuși, rezistența mecanică a ECM modificată și nemodificată a fost inadecvată pentru încărcarea ocluzală. Un astfel de material nu poate servi drept material universal de restaurare.având în vedere dificultățile cu dispersia omogenă a aditivilor anorganici în matricea organică foarte vâscoasă, cantitatea de umpluturi din materialul compozit experimental (ECM) a fost redusă în mod deliberat până la 35% în greutate. Astfel, materialul compozit cu vâscozitate scăzută Obținut a servit doar ca bază pentru introducerea fluorurii de calciu., Se pare că orice modificare a proprietăților mecanice ale ECM (cu conținut scăzut de umplutură), cauzată de introducerea unei cantități relativ mici de CaF2, ar fi mai ușor de detectat. Pe de altă parte, în ceea ce privește materialul compozit Flow-Art, cu un conținut relativ ridicat de umplutură, cantitatea mică de aditivi nu ar schimba performanța ridicată a materialului sau aceste modificări ar fi dificil de detectat. Rezultatele studiului par să confirme această ipoteză: modificările proprietăților mecanice ale compozitului FA sunt prezente la 2.0 sau mai mare wt% CaF2 plus., Valorile DTS ale FA au scăzut semnificativ atunci când conținutul procentual CaF2 a fost ridicat (5.0 wt%). Se suspectează că scăderea proprietăților mecanice ale FA se datorează colapsului și dezintegrării sistemului Matrix-fillers. Cu toate acestea, nici o modificare a micro-durității observate nu poate indica, deși numai indirect, că adăugarea de fluorură de calciu nu a încălcat/perturba polimerizarea compozitului Flow-Art.

cercetări similare au fost efectuate de Xu și colab. ., Ei au evaluat proprietățile mecanice și eliberarea ionilor de fluor din materialul compozit experimental modificat cu nanoparticule de fluorură de calciu încorporate în matricea polimerică. Modificat experimentale compozite conținând 10 wt% sau 20 wt% CaF2-a arătat mai mare TFS valori și modulul de elasticitate comparativ cu două comercial materiale (Vitremer, Heliomolar). Valorile relativ ridicate de eliberare a ionilor de fluor combinate cu un conținut relativ scăzut de fluor în umplutură au fost explicate prin dimensiunea mică a nanoparticulelor de umplere (1,0 µm).,materialele dentare utilizate pentru restaurarea țesuturilor dentare dure trebuie să prezinte proprietăți mecanice stabile în mediul umed al cavității bucale. În cadrul studiului, s-a făcut compararea proprietăților mecanice ale materialelor atât în condiții uscate, cât și umede. Duritatea ambelor materiale testate a fost semnificativ mai mică după stocarea apei, în timp ce valorile DTS nu au arătat o astfel de relație. Numai ECM și ECM modificate cu 5.0 wt% CaF2 au prezentat o rezistență la tracțiune semnificativ mai mare după depozitarea uscată.,deteriorarea proprietăților mecanice ale materialelor după stocarea apei, în comparație cu depozitarea uscată, este probabil cauzată de degradarea hidrolitică. Apa induce slăbirea rețelei polimerice. În timp ce rășinile dimetacrilice reticulate sunt umflate cu apă, legăturile esterice suferă hidroliză care determină slăbirea și degradarea rețelei. Mai mult, în condiții umede, monomerii și oligomerii nereacționați anterior pot fi eliberați în mediul extern, în apă. Chiar dacă CaF2 este foarte insolubil în apă, acesta poate fi levigat din matricea slăbită compozită în mediul acvatic., Acest lucru poate duce la creșterea microporozității suprafeței compozite și deteriorarea proprietăților sale mecanice, cum ar fi DTS și duritatea. Efectul a fost observat în studiu și a fost mai proeminent în cazul ECM datorită conținutului ridicat de rășină responsabil pentru sorbția apei.degradarea hidrolitică a materialelor compozite este prezentă în principal în matricea organică și la interfața matrix-filler. Rata și susceptibilitatea materialului compozit la degradarea hidrolitică depind de conținutul procentual al rășinilor și de calitatea legăturii acestora cu particulele de umplutură., Având în vedere conținutul mai mare de rășină din materialul compozit experimental decât în cel comercial (Flow-Art), se presupune că primul este mai susceptibil la degradarea hidrolitică.rezultatele studiului arată că proprietățile mecanice ale materialelor compozite pe bază de fluor depind de sursă, nu de cantitatea de compus fluorurat adăugat și pot fi menținute prin dimensiunea corespunzătoare a particulelor de aditivi și a conținutului/volumului de umplutură. Studiul de față a indicat că introducerea sării de fluor solubil de 0,5-1,0% în greutate în materialele testate nu a indus un efect negativ asupra proprietăților lor fizico-mecanice., Cu toate acestea, din cauza tensiunilor ocluzale ridicate în cavitatea bucală, aceste materiale nu pot fi utilizate în restaurarea tuturor cavităților din clasă. Indicarea utilizării unor astfel de materiale pe bază de fluor ar putea include cavități din clasa V în dinții permanenți, precum și toate clasele de cavități din dinții de foioase. Mai mult, materialele compozite fluor pe bază de fluor pot servi drept căptușeală de bază care nu sunt supuse unor forțe ocluzale ridicate. În cavitățile adânci, utilizarea materialului cu efect remineralizant și bacteriostatic pare a fi justificată clinic.

6., Concluzii

cele mai bune proprietăți mecanice ale materialelor compozite curgătoare modificate cu CaF2 au fost obținute atunci când s-a adăugat 0,5 WT% CaF2 la compozitul comercial și 1,0 wt% la compozitul experimental. Duritatea materialelor testate după depozitarea uscată a fost mai mare decât după stocarea apei. Materialul compozit disponibil comercial a prezentat proprietăți mecanice mai mari decât cel experimental. Trebuie efectuate studii suplimentare privind materialele compozite pe bază de fluor, inclusiv eliberarea de ioni, precum și evaluarea proprietăților microbiologice.,

interese concurente

autorii declară că nu au interese concurente.