WARSZAWSKI UNIWERSYTET MEDYCZNY ROZPRAWA DOKTORSKA Badanie odporności na zużycie stomatologicznych materiałów złożonych w zależności od wydajności polimeryzacji Lek. stomatolog Marcin Aluchna Promotor Dr. hab. nauk med. Leopold Wagner prof. nadzw. W.U.M.
CEL PRACY Celem pracy było określenie odporności na zużycie wybranych materiałów złożonych w zależności od wydajności reakcji polimeryzacji. Założony cel zamierzano zrealizować poprzez zbadanie: - rozkładu konwersji monomerów zależnie od czasu naświetlania próbki, - rozkładu konwersji monomerów w czasie od zainicjowania reakcji polimeryzacji, - mikrotwardości wybranych kompozytów zależnie od czasu naświetlania i czasu od zainicjowania polimeryzacji, - odporności tribologicznej spolimeryzowanych materiałów złożonych w zależności od czasu naświetlania i czasu od zainicjowania reakcji polimeryzacji. MATERIAŁ I METODY Badaniu poddano dwa stomatologiczne materiały złożone: Filtek Supreme XT w kolorze A2 i transparencji szkliwnej (A2E) oraz Filtek Silorane w kolorze A2. Materiał Filtek Silorane to jedyny dostępny do prac klinicznych materiał wykorzystujący osnowę siloranową, Spacyfiką polimeryzacji aromatycznych cząstek monomerów osnowy jest reakcja otwierania pierścienia, dzieki czemu skurcz polimeryzacyjny wynosi 0,9%. Odmienność rodzaju reakcji inicjowania i przebiegu polimeryzacji przekładać się powinny na uzyskiwaną sprawność tej reakcji z powodu jej niższej wrażliwość na hamujące działanie tlenu atmosferycznego. Materiałem wykorzystującym tradycyjną matrycę akrylanową jest Filtek Supreme XT. Odmiennością w budowie materiału Filtek Supreme XT jest nowatorski rodzaj wypełniacza oparty na nanocząsteczkach. Metoda pracy materiałem obejmuje tak zwaną aplikację warstwową z uwzględnieniem rozdziału mas na imitujące szkliwo i zębinę. Z tego powodu w badaniu uwzględniono masę o transparencji szkliwa, jako tę, która stanowić powinna warstwę zewnętrzną rekonstrukcji. Próbki materiałów polimeryzowano lampą diodową Elipar Free Light 2 firmy 3M. Moc lampy określona została na 1050 mw. Badanie konwersji prowadzono przy użyciu Dyspersyjnego Spektrometru Raman Nicolet Almega wyposażonego w konfokalny mikroskop optyczny i zautomatyzowany stolik. Marcin Aluchna 2
Mapowanie prowadzono na powierzchni oraz do 28 mikrometrów w głąb wybranych próbek wykorzystując do wzbudzenia lasery diodowe emitujące fale o długości 532 i 780 nm. Dla materiału Filtek Silorane konieczne było zastosowanie Raman Nikolet 6700 FT Raman, z powodu fluorescencji wypełniacza uniemożliwiającej prawidłową analizę. Wszystkie analizowane próbki naświetlane były na tym samym podłożu dla zapewnienia identycznych warunków badania. Badanie widm Ramanowskich próbek nie wpływa na zmianę ich właściwości bez względu na czas trwania obserwacji. Możliwe jest wielokrotne badanie tej samej próbki i nieobciążone wpływem metody analizowanie zjawisk zachodzących w fazie ciemnej polimeryzacji. Badania tribologiczne wykonano przy użyciu Tribometru - urządzenia pozwalającego na realizację cyklicznego obciążenia badanych próbek, o przebiegu zbliżonym do półsinusoidy, a także rewersyjnego ruchu przeciwpróbki. Cechy te powodują, że warunki badań zbliżone są do warunków występujących w jamie ustnej podczas aktu żucia. W oparciu o dane rozkładu konwersji przyjęto za celowe badanie odporności na zużycie tribologiczne próbek materiału Filtek Supreme XT oraz Filtek Silorane polimeryzowanych przez okres 20 oraz 80 sekund. Badanie prowadzone było po upływie 1 godziny oraz 24 godzin od naświetlania. Przed podjęciem badania odporności tribologicznej określana była mikrotwardość próbek Przeciwpróbki (drugi element pary ciernej) wykonywano z materiału Filtek Supreme XT. Do utwardzania wszystkich przeciwpróbek stosowano jednakowy czas naświetlania, tj. 80 sekund. Badania prowadzono w środowisku sztucznej śliny przygotowanej według receptury Fusayamy z modyfikacją Hollanda. Przed wykonaniem testów tribologicznych wszystkie próbki poddane zostały pomiarom mikrotwardości, stosując w tym celu mikrotwardościomierz Vickersa. Obciążenie wgłębnika wynosiło 100 g, w czasie 20 sekund. WYNIKI Uzyskane w badaniu wyniki wskazują, że wydłużanie czasu naświetlania próbek materiału Filtek Supreme XT A2E w przedziale 5-20 sekund powodowało zwiększenie wydajności polimeryzacji. Brak wzrostu a nawet nieznacznie niższe wartości współczynnika konwersji dla próbek naświetlanych 80 sekund względem naświetlanych 20 sekund interpretować można, jako skutek reakcji terminacji pierwotnej i przeniesienia łańcucha W przypadku wszystkich pomiarów można zauważyć, że stopień konwersji jest wyższy w głębszych warstwach próbek, co potwierdza występowanie zjawiska, tzw. inhibicji tlenowej w warstwach żywicy eksponowanych na działanie tlenu atmosferycznego. Efekt ten widoczny Marcin Aluchna 3
jest na głębokości do 15 mikronów. Wartości konwersji wzrastają zauważalnie w kierunku od powierzchni do wnętrza próbki, co potwierdza dyfuzyjny charakter obecności tlenu Porównanie wyników pomiarów otrzymanych po 24 godzinach od naświetlania wykazuje wzrost stopnia konwersji w stosunku do wyników uzyskanych dla tych próbek bezpośrednio po naświetlaniu, dla wszystkich wartości czasu ekspozycji. Wykazano zmiany wartości stopnia konwersji w zależności od czasu ekspozycji próbki, głębokości badanej warstwy oraz czasu sezonowania. Zależność istotną statystycznie potwierdziły również wyniki analizy dla czasów 5, 10 i 80 sekund. Po upływie 7 dni stwierdzono dalsze istotne zmiany wartości konwersji zachodzące w fazie poradiacyjnej materiału Filtek Supreme XT A2E zależnie od zastosowanego czasu polimeryzacji. Najwyższe wartości zmian obserwuje się dla próbek naświetlanych najkrócej, tj. 5 i 10 sekund. Dla czasów naświetlania 20 i 80 sekund, zmiany są mniejsze i zachodzą praktycznie tylko w okresie 24 godzin po naświetlaniu. Ocena wyników analizy widma rejestrowanego przy użyciu Ft-Ramana, wykonywanej bezpośrednio po naświetleniu oraz sezonowanych przez 24, 48 i 168 godzin (7 dni) dla dwóch czasów naświetlania odpowiednio: 20 i 80 sekund wykazała, że najniższy stopień konwersji zaobserwowano dla próbek badanych bezpośrednio po naświetleniu, natomiast dla próbek sezonowanych stopień konwersji był zbliżony, przy czym, jedynie dla próbki naświetlanej przez 80 sekund następuje niewielki wzrost w pierwszych 24 godzinach, a podczas dalszego sezonowania nie stwierdzono już istotnych różnic. Dla obu badanych materiałów wydłużeniu czasu naświetlania do 80 sekund odpowiada niewielki spadek średnich wartości mikrotwardości. Nieznaczne pogorszenie wartości konwersji dla materiału Filtek Supreme XT przy maksymalnym czasie naświetlania znajduje odzwierciedlenie również w badaniach mikrotwardości i odporności zużyciowej. Odmienne wartości konwersji obserwujemy dla materiału Silorane. Koniecznym wydaje się jednak wnikliwe przeanalizowanie mechanizmu zjawiska i w przypadku potwierdzenia na większej ilości próbek, również na innych materiałach. Uzyskane wyniki pokazują, że odporność na zużycie tribologiczne materiału kompozytowego Filtek Supreme XT jest istotnie większa niż odporność na zużycie materiału Filtek Silorane. Należy przy tym jednak zaznaczyć, że powyższe stwierdzenie jest słuszne jedynie dla warunków przyjętych w niniejszym badaniu. Uzyskane wyniki w przełożeniu na pracę kliniczną pozwalają przyjąć, że dla badanych Marcin Aluchna 4
materiałów niezbędne jest przestrzeganie warunków polimeryzacji czasu naświetlania (przy uwzględnieniu pełnej charakterystyki i odległości źródła światła). Rozkład w czasie współczynnika konwersji wskazuje na mniejsze ryzyko zachowania resztkowych monomerów przy przestrzeganiu zalecanego czasu naświetlania lub jego przedłużeniu. Dla zmniejszenia zagrożeń wynikających z oddziaływania materiału słabiej spolimeryzowanego niezbędne jest staranne opracowywanie powierzchni wypełnień, pozwalające na usunięcie warstwy o zwiększonej zawartości nieprzereagowanego monomeru. W aspekcie zaleceń pozabiegowych uwzględnić należy unikanie spożywania pokarmów zawierających twarde składniki oraz staranne oczyszczanie powierzchni zębów podczas szczotkowania. WNIOSKI Na podstawie uzyskanych wyników oraz ich analizy statystycznej dla przyjętych warunków eksperymentu można sformułować następujące wnioski: 1. Optymalne warunki uzyskania najwyższej wartości konwersji w procesie polimeryzacji materiału złożonego wymagało zastosowania czasu naświetlania 20 sekund. Wydłużanie czasu ekspozycji nie powodowało zmian stopnia konwersji. 2. Dla wszystkich analizowanych próbek stwierdzono dalszy wzrost współczynnika konwersji w czasie 24-godzinnego sezonowania. Większe wartości wzrostu stopnia konwersji w fazie poradiacyjnej zarejestrowano dla próbek uzyskujących niższą wydajność polimeryzacji podczas naświetlania. 3. Stopień konwersji materiałów i ich mikrotwardość wykazały istotną statystycznie zależność. 4. Zwiększeniu mikrotwardości materiału sprzyja jego 24 godzinne sezonowanie. 5. Odporność na zużycie tribologiczne obu badanych materiałów nie zależy od czasu naświetlania (20 lub 80 sekund) i czasu od zainicjowania polimeryzacji (1 lub 24 godziny) 6. Materiał Filtek Supreme XT wykazał istotnie wyższą odporność na zużycie od materiału Filtek Silorane. Marcin Aluchna 5