Μελέτη των δυναμικών θερμομηχανικών ιδιοτήτων και της εκχύλισης αναλλοίωτων μονομερών σύγχρονων οδοντιατρικών νανο-ϋβριδικών και νανο-σύνθετων φωτοσκληρυμμένων υλικών

Abstract

Polymer composite materials for dental restorations are a modern, highly interesting, research field. They consist of two main phases, the polymeric network produced by a mixture of dimethacrylates such as Bis-GMA, Bis-EMA, UDMA or TEGDMA, and the inorganic filler load, mainly SiO2 and other silicates. The division into nanofilled composites and nanohybrids is based on the particle size distribution of reinforcing filler. The researchers internationally have proposed some liquids as food/beverages or oral simulators, and their use allows us to rapidly examine the wear caused to the materials, along with other processes that may occur, such as sorption and elution of substances. Undoubtedly, the physicochemical and mechanical properties of the materials are strongly influenced by the presence of solvents/solutions simulators. Five modern, commercially available, products are the subject of this research, namely Filtek™ Supreme XT Body (3M ESPE), Filtek™ Supreme XT Translucent (3M ESPE), Grandio® (Voco GmbH), Protofill- nano (Association of Dentists, Thessaloniki) and Tetric EvoCeram® (Ivoclar Vivadent AG), which present different ingredients and characteristics. The technique of photopolymerisation (λ= 410-500 nm) is applied to cure the samples; their curing time was investigated by FT-IR and established in 60 s. Wearing and ageing liquids for those materials included H2O, artificial saliva SAGF® and 75%v/v EtOH/H2O. The time exposure periods ranged from one day up to three months. Dynamic Thermomechanical Analysis (DMTA) is suitable for such materials experiments, which exhibit viscoelastic behaviour while mimic the cyclic masticatory loads the restorations receive within the mouth. Thus, all the composites exhibited two Tg (the glass transition temperature is an important feature), when the measurements were made after short immersion intervals, and one Tg for longer ageing time. It has been concluded that the amount of the inorganic portion in a polymer composite affects the mechanical properties, which are enhanced with increased presence. The influence of warmer liquid environment-stay results in post-polymerisation of the material in short-time exposure and plasticization in long term; the effect of the ethanol solution is particularly burdensome for the materials. High Pressure Liquid Chromatography (HPLC) detects the unreacted monomers or hydrolysis reactions’ derivatives formed during extraction in the above-mentioned media. The application and validation of the appropriate analytical method may quantify the ingredients eluted. From the foregoing monomers, which polymerize due to structural differences in different degrees, the interest accumulates on bisphenol derivatives. Their extraction is enhanced in aqueous and ethanol mediums. Not only the portion of polymer content, but also the size of the dimethacrylates, seem to affect the elution of unchanged monomers in simulating liquids, into oral cavity and human organism by extension.

Τα σύνθετα πολυμερικά υλικά οδοντιατρικών αποκαταστάσεων αποτελούν ένα σύγχρονο και πολύ ενδιαφέρον πεδίο έρευνας. Αποτελούνται από δυο κύριες φάσεις, την οργανική μήτρα, (συμπολυμερή των Bis-GMA, Bis-EMA, UDMA ή TEGDMA) και την ανόργανη ενισχυτική φάση που είναι κυρίως SiO2 ή/και άλλες ανόργανες ενώσεις. Χαρακτηρίζονται ως νανοσύνθετα ή νανοϋβριδικά ανάλογα με την κοκκομετρική κατανομή των σωματιδίων του ανόργανου μέρους τους. Τα οδοντιατρικά σύνθετα πολυμερικά υλικά λειτουργούν στη στοματική κοιλότητα και υφίστανται την επίδραση του σάλιου, νερού και διαφόρων υπολειμμάτων τροφών/ποτών. Για την επίδραση αυτών, στην αντοχή των σύνθετων, έχει προταθεί η παραμονή τους σε ορισμένα υγρά που προσομοιάζουν τα στοματικά. Στην παρούσα Διατριβή μελετήθηκαν με Δυναμική Θερμομηχανική Ανάλυση (DMTA) και Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Πίεσης (HPLC) πέντε σύγχρονα εμπορικά προϊόντα• και συγκεκριμένα τα Filtek™ Supreme XT Body (3M ESPE), Filtek™ Supreme XT Translucent (3M ESPE), Grandio® (Voco GmbH), Protofill-nano (Συνεταιρισμός Οδοντιάτρων Θεσσαλονίκης) και Tetric EvoCeram® (Ivoclar Vivadent AG), τα οποία παρουσιάζουν διαφορετική σύσταση. Αρχικά μελετήθηκε η κινητική του φωτοπολυμερισμού των υλικών με την τεχνική της Φασματοσκοπίας Υπερύθρου (FT-IR) με σκοπό να βρεθεί ο βέλτιστος χρόνος φωτοπολυμερισμού, που προσδιορίστηκε ότι είναι για όλα τα δείγματα 60 s. Ο φωτοπολυμερισμός έγινε με ειδική συσκευή που διαθέτει λυχνία αλογόνου και εκπέμπει στο ορατό φως (λ=410-500 nm). Ως μέσα γήρανσης των υλικών χρησιμοποιήθηκαν το Η2Ο, τεχνητό σάλιο SAGF® και 75% v/v EtOH/H2O. Τα δείγματα παρέμειναν στα υγρά από μια ημέρα έως και τρεις μήνες πριν την ανάλυση τους με DMTΑ και HPLC. Στην DMTA τα σύνθετα υλικά έδειξαν δύο θερμοκρασίες υαλώδους μετάβασης (Tg) όταν τα δείγματα παρέμειναν σε κάποιο υγρό για μικρό χρονικό διάστημα, ενώ έδειξαν ένα Tg για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Διαπιστώθηκε ότι η ποσότητα της ανόργανης φάσης σε ένα σύνθετο πολυμερικό υλικό επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες, οι οποίες ενισχύονται με την αύξηση του ποσοστού της. Το θερμό περιβάλλον φαίνεται να προκαλεί μεταπολυμερισμό βραχυπρόθεσμα και το υγρό γήρανσης πλαστικοποίηση μακροπρόθεσμα. Τη μεγαλύτερη επίδραση στα υλικά παρατηρήθηκε ότι έχει το διάλυμα αιθανόλης/νερού. Η HPLC ανιχνεύει τα αναλλοίωτα (ελεύθερα) μονομερή που δεν αντέδρασαν ή προϊόντα διάσπασης της πολυμερικής μήτρας που σχηματίζονται κατά την παραμονή των υλικών στα υγρά γήρανσης. Με την εφαρμογή και επικύρωση της ανάλογης αναλυτικής μεθόδου είναι εφικτή η ποσοτικοποίηση των συγκεντρώσεων των ενώσεων αυτών. Από τα προαναφερθέντα μονομερή, τα οποία λόγω δομικών διαφορών πολυμερίζονται σε διαφορετικό βαθμό, ενδιαφέρον συγκεντρώνουν τα δισφαινολικά παράγωγα. Η εκχύλισή τους ενισχύεται στο αιθανολικό περιβάλλον.