Ispitivanje mehaničkih i površinskih svojstava stomatoloških nanostrukturisanih kompozitnih materijala na bazi smola

Abstract

Uvođenje nanočestica u stomatološke kompozitne materijale predstavlja pokušaj da se odgovori univerzalnim zahtevima za kvalitetom direktnog zubnog ispuna, i da se stvori materijal koji kombinuje visoku mehaničku otpornost sa dobrim estetskim karakteristikama i zadovoljavajućim kvalitetom poliranja. Cilj sprovedene studije je bio da se ispita uticaj nanočestica, i soft-start metode svetlosne indukcije polimerizacije na mehanička i površinska svojstva savremenih stomatoloških nanokompozita, dostupnih na tržištu. Ispitana su četiri stomatološka nanostrukturisana kompozitna materijala na bazi smola i jedan univerzalni mikrohibridni kompozit, kao referentni materijal (Filtek Z250, 3M ESPE). Korišćena su po dva reprezentativna materijala iz dve podgrupe nanokompozita: nanopunjenih (Filtek Ultimate Body, 3M ESPE i Filtek Ultimate Translucent, 3M ESPE) i nanohibridnih kompozita (Filtek Z550, 3M ESPE i Tetric EvoCeram, Ivoclar Vivadent - TEC). Uzorci su polimerizovani nakon svetlosne aktivacije polimerizacije, uz korišćenje dva svetlosna režima: konvencionalnog i soft start režima. Pritisna i zatezna čvrstoća (dobijena poprečnim sabijanjem valjka, engl. diametral tensile strength) testirane su na Univerzalnoj mašini, kidalici. Tvrdoća uzoraka merena je testom za određivanje tvrdoće po Vickersu. Površinska tekstura i parametri hrapavosti određeni su skeniranjem površine mikroskopom atomskih sila. Uopšteno, TEC je pokazao najniže vrednosti pritisne i zatezne čvrstoće, i tvrdoće, i statistićki je značajno bio slabiji od drugih testiranih materijala kroz sve mehaničke testove. Suprotno, TEC je imao najniže vrednosti parametara hrapavosti među testiranim materijalima. Spoj prepolimerizovanog punioca i polimerne baze u ovom materijalu pokazao se kao njegova slaba tačka. Navedeni materijal je iz tog razloga pokazao značajno slabiju otpornost od ostalih na razvijene napone izazvane dejstvom mehaničkih sila. Čestice nanodimenzija u sastavu stomatoloških polimernih kompozita, samostalno, nisu imale značajan uticaj na poboljšanje mehaničkih i površinskih svojstava testiranih kompozita. Zaključeno je i da se procentualna zastupljenost neorganskih čestica u polimernoj bazi ne može smatrati apsolutnim kriterijumom kvaliteta kompozita, u pogledu njihovih mehaničkih svojstava. Samo srodni materijali, izrađeni istim tehnološkim postupkom, koji imaju veoma sličan ili isti hemijski sastav, pokazali su se kao mehanički superiorniji ukoliko su sadržali veći procenat neorganske komponente u svom sastavu. Nano prefiks u nazivu klase materijala ne garantuje sigurnu prednost stomatoloških nanokompozita nad univerzalnim mikrohibridnim kompozitima.

The introduction of nanoparticles in dental composite materials was an attempt to respond to the universal quality requirements for a direct dental restoration, and to create a material that meets the needs of high mechanical resistance, good aesthetic characteristics and surface properties of tooth restoratives. The aim of this study was to investigate the effect of nanoparticles in materials composition, and the soft start photoactivation method on the mechanical and surface properties of contemporary dental nanocomposites, available in the market. Four dental resin based nanostructured composites were tested along with a universal microhybrid one, as reference material (Filtek Z250, 3M ESPE). Two representative materials from the two classification subgroups were tested, nanofilled (Filtek Ultimate Body, 3M ESPE and Filtek Ultimate Translucent, 3M ESPE) and nanohybrid composites (Filtek Z550, 3M ESPE and Tetric EvoCeram, Ivoclar Vivadent, TEC). Polymerization of the samples was light activated using two light modes: conventional and soft start. Compressive and diametral tensile strength were tested on the Universal testing machine. The Vickers hardness was also determined. Surface texture and roughness parameters were examined by atomic force microscopy. Generally, TEC showed the lowest values of compression, tensile strength and hardness, and was statistically different from the other tested materials throughout all mechanical tests. In contrast, TEC had the lowest values of roughness parameters among the tested materials. In this material, contact zone of prepolimeryzed filler and polymer matrix appeared to be a weak point. For this reason, this material showed significantly lower resistance than the others on mechanically developed stresses. Nanosized particles within the dental polymer composites, individually, did not have a significant influence on improving the mechanical and surface properties of tested composites. It is concluded that the inorganic volume fraction in composites cannot be considered as an absolute criterion of their quality, regarding their mechanical properties. Only similar materials, made using the same technological process, which have very similar or the same chemical composition, and similar technological method of synthesis and optimization of organic and inorganic components, showed improved mechanical strength, if they contained a higher percentage of inorganic components in their composition. Nano prefix in the name of material’s class does not guarantee the pure advantage of dental nanocomposites in comparison with the universal microhybrid composites.