Uusi hammaspaikka-aine dendrimeeristä

Tutkimuksen taustaa

Hampaiden paikkauksessa amalgaami on laajalti korvautunut hampaanvärisillä yhdistelmämuoveilla. Yhdistelmämuovit koostuvat nestemäisestä monomeeriseoksesta, joka kovetetaan valolla tai kemikaaleilla kiinteäksi polymeerimatriisiksi, sekä kiinteistä lujitehiukkasista, jotka ovat lasia tai keraamia. Nykyisissä paikka-aineissa yleisimmin käytettävät monomeerit perustuvat jo 1950-luvulla kehitettyihin muoveihin. Yleisimpiä monomeerejä ovat dimetakrylaatit Bis-GMA (bisfenoli-A-glysidyylidimetakrylaatti), TEGDMA (trietyleeniglykolidimetakrylaatti) ja UDMA (uretaanidimetakrylaatti) sekä näiden johdokset.

Nykyisten paikka-aineiden huono ominaisuus on kovettumisen aikainen kutistuminen. Kutistuminen voi aiheuttaa saumavuotoa täytteen ja hampaan rajapinnassa, joka voi johtaa sekundäärikarieksen muodostumiseen. Hammaslääketieteellisten polymeerien ominaisuuksia on pyritty parantamaan uusilla menetelmillä. Eräs ratkaisumalli on uudentyyppisen monomeerin, dendrimeerin käyttö polymerotuvien monomeeriseosten osana. Dendrimeerit ovat puumaisesti haarautuneita suuria molekyylejä, joissa on useita ryhmiä, jotka voivat reagoida kovettumisreaktiossa. Molekyylin koko on iso reaktiivisten ryhmien määrään nähden, joten kovettumiskutistuma on teoreettisesti pienempi kuin molekyylikooltaan pienemmillä dimetakrylaateilla. Dendrimeerien oletetaan muodostavan paremmin verkottuneen ja lujemman polymeerirakenteen täyteainehiukkasten väliin. Reagoimatta jääneiden, vapautuvien jäännösmonomeerien määrän oletetaan myös olevan alhaisempi, koska todennäköisyys monomeerien ristisilloittumiseen ja kiinnittymiseen on suurempi, sillä reagoivia ryhmiä on enemmän monomeeriä kohden.

Tutkimuksen tavoitteet

Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia monifunktionaalisten ja dendriittisten makromonomeerien käyttöä valopolymeroitujen hammaslääketieteellisten polymeerien lähtöaineina.

Tutkimusmenetelmät

Väitöskirjatyössä tutkittiin valokovetuksella ja lämpötilaa kohottamalla tehdyllä jälkipolymeroinnilla kovetettujen dendrimeeriseosten ominaisuuksia: polymeroitumisreaktion edistymisastetta (konversioaste), jäännösmonomeerien määrää, taivutuslujuutta ja kimmomoduulia sekä lämpöominaisuuksia. Näiden ominaisuuksien on oltava hyväksyttävissä rajoissa, jotta materiaalia voidaan käyttää hammaslääketieteen sovelluksissa. Monomeeriseokset sisälsivät dendrimeerin lisäksi viskositeettia alentavina komonomeereinä metyylimetakrylaattia (MMA) sekä asetoasetoksietyylimetakrylaattia (AAEM). Valoinitiaattorina käytettiin kamferikinonia pelkistävän amiiniaktivaattorin kanssa.

Tulokset

Tutkimuksessa todettiin, että dendrimeeriseos saadaan kovettumaan kliinisesti käytettävällä valokovetusmenetelmällä. Konversioaste oli valokovetuksen jälkeen samaa luokkaa kuin nykyisillä dimetakrylaateilla. Taivutuslujuus ja kimmomoduuli olivat kuitenkin alhaisemmat kuin dimetakrylaattipolymeereilla. Lämmön avulla tehtävällä jälkikovetuksella polymeroitumisreaktio saatiin edistymään loppuun asti. Jäännösmonomeerien määrä oli hyväksyttävällä tasolla jälkipolymeroinnin jälkeen.

Johtopäätökset

Tulokset osoittivat, että dendrimeerit soveltuvat yhdistelmämuovien komponentiksi. Dendrimeeriseoksen ominaisuuksia on edelleen parannettu jatkotutkimuksissa, joissa komonomeerikoostumusta on muutettu. Jatkotutkimuksissa on myös havaittu, että dendrimeeriseoksen kovettumiskutistuma on alhaisempi kuin yleisesti käytettyjen dimetakrylaattimonomeerien kutistuma.

Dendrimers as new dental filling material

Although polymeric materials have been used in dental applications for decades, the properties of the currently used materials are not optimal in every respect. New approaches for improving the properties of dental polymers have been investigated, and one of these approaches is to use dendrimers as components in the polymerizing monomer systems.

The aim of this study was to determine whether experimental dendrimers (tree-like branched molecules) could function as components in photopolymerized dental polymers. The degree of conversion, residual monomer content, and flexural and thermal properties of the polymers were studied. The mixtures contained different diluent co-monomers and used camphorquinone as initiator. Postpolymerization with heat was also studied.

The results demonstrated that the photopolymerized dendrimers could reach a degree of conversion comparable to that of conventional dental polymers. After additional postpolymerization with heat, the level of residual monomers was acceptable. The flexural properties after photopolymerization were, however, lower than those of conventional dental polymers.

In conclusion, dendrimers are potential new candidates for use in dental applications; and with further modifications of the monomer system, the properties of these dendrimers can be improved. In further studies the dendrimer mixtures exhibited reduced polymerization shrinkage compared to conventional dental polymers.

Osajulkaisut:

I. Viljanen EK, Skrifvars M, Vallittu PK. Degree of conversion of a copolymer of an experimental monomer and methyl methacrylate for dental applications. J Appl Polymer Sci 2004; 93: 1908-1912.

II. Viljanen EK, Lassila LVJ, Skrifvars M, Vallittu PK. Degree of conversion and flexural properties of a dendrimer/methyl methacrylate copolymer: design of experiments and statistical screening. Dent Mater 2005; 21: 172-177.

III. Viljanen EK, Skrifvars M, Vallittu PK. Dendrimer/methyl methacrylate copolymers: residual methyl methacrylate and degree of conversion. J Biomater Sci Polymer Ed 2005; 16: 1219-1231.

IV. Viljanen EK, Langer S, Skrifvars M, Vallittu PK. Analysis of residual monomers in dendritic methacrylate copolymers and composites by HPLC and headspace-GC/MS. Dent Mater, in press.

V. Viljanen EK, Skrifvars M, Vallittu PK. Dendritic copolymers and particulate filler composites for dental applications: degree of conversion and thermal properties. Dent Mater, submitted.

Tutkimus kuuluu Suomen Akatemian Bio- ja Nanopolymeerien tutkimuksen huippuyksikköön. Väitöskirjatyötä ovat taloudellisesti tukeneet Tekes, Magnus Ehrnroothin säätiö, Orion-yhtymän Tutkimussäätiö, Instrumentariumin Tiedesäätiö, Hilkka Brusiinin rahasto, Emil ja Blida Maunulan rahasto, Turun Yliopistosäätiö sekä Turun yliopiston lääketieteellinen tiedekunta.