Kuitulujitteisen muovin kiinnittyminen hampaaseen Tutkimuksia kuitujen suunnan vaikutuksesta kovettumiseen, lämpölaajenemiseen ja liimautumisominaisuuksiin

Tutkimuksen taustaa

Kuitulujitteisen muovien kliininen käyttö hammassiltamateriaalina alkoi noin kymmenen vuotta sitten. Viime vuosina kiinnostus kuitulujitteisten muovien käyttämiseen hammaslääkärin vastaanotolla tehtäviin suoran tekniikan sovellutuksiin on lisääntynyt. Vaikka lujitemuovien rakenneosien koostumus on hyvin tunnettua hammaslääketieteessä, ovat ei-isotrooppisen materiaalin ominaisuudet kuitenkin erilaiset verrattuna tavanomaisiin isotrooppisiin hammashoidon materiaaleihin. Tämän vuoksi materiaalin ominaisuuksien ymmärtäminen on tärkeää materiaalien kehitystyön ja kliinisen käytön kannalta.

Tutkimuksen tarkoitus

Tässä väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin hiomattoman hampaan päälle valmistetun hammassiltamateriaalin kiinnittymistä. Lisäksi tutkittiin kuitulujitteisen muovin lämpölaajenemista, kovettumista ja sen aiheuttamaa kutistumista sekä sidosominaisuuksia suhteessa kuitujen suuntaan.

Tutkimuksen toteutus

Kokeellisessa tutkimussarjassa kuitulujitteisen muovin lämpölaajenemisominaisuuksia tutkittiin termomekaanisella analysaattorilla. Kovettumiskutistumaa mitattiin käyttämällä venymäliuskatekniikkaa. Lasikuitujen suunnan ja kahden eri matriisimuovin vaikutusta kuitulujitteisen muovin sidoslujuuteen hammaskiilteeseen ja hammasluuhun tutkittiin käyttäen leikkauslujuusmittauksia.

Tulokset

Yhdensuuntaisilla lasikuiduilla saavutettiin noin kymmenen kertaa vähemmän lämpölaajenemista ja kovettumiskutistumista kuitujen suunnassa. Lämpölaajeneminen ja kovettumiskutistuminen «»1 olivat suurinta kohtisuoraan kuitujen suuntaan nähden, mutta kuitenkin samalla tasolla kuin yhdistelmämuovipaikkausmateriaalissa.

Kuitukomposiitin sidoslujuus hammaskudokseen ei eronnut merkittävästi hampaiden paikkauksessa käytetyn yhdistelmämuovin sidoslujuudesta hampaaseen. Tulokset osoittivat lasikuitulujitteisen muovin ei-isotrooppisen luonteen. Kliinisessä käytössä olevan alhaisen viskositeetin yhdistelmämuovin (flow-yhdistelmämuovi) lisääminen kuitulujitteisen muovin ja hampaan rajapintaan ei lisännyt sidoslujuutta toisin kuin oli odotettu. Kuitulujitteisen muovin käyttämisellä saavutettiin lisäksi myönteistä vaikutusta hampaassa tapahtuvan halkeamisen etenemisen estämisessä.

Johtopäätökset

Tutkimuksen mukaan lasikuitusilta voidaan kiinnittää luotettavasti hammasluuhun ja hammaskiilteeseen hammaspaikkauksessa käytetyillä kiinnitysaineilla. Hammaskiilteeseen silta kiinnittyy paremmin kuin hammasluuhun. Tämä antaa lisäperusteen olla hiomatta liikaa elimistön lujinta kudosta, hammaskiillettä. Lisäksi lasikuitukankaasta valmistetun yhdistelmämuovin käyttäminen on myös tärkeää hampaassa mahdollisesti tapahtuvan halkeamisen estämisessä.

Koska kuitulujitteisen muovin ei-isotrooppinen luonne vaikuttaa täytteiden ja hammassiltojen fysikaalis-mekaanisiin ominaisuuksiin, on kuitujen tarkkaan suuntaamiseen kiinnitettävä erityistä huomiota suunniteltaessa ja valmistettaessa kuitulujitteisia rakenteita.

Dental fibre-reinforced composite resin in direct chair-side applications: Studies on thermal expansion, polymerization shrinkage and bonding characteristics in relation to fibre orientation

Recently, there has been an increasing interest in dental fibre-reinforced composites (FRC) for chair-side applications. Although the composition of the constituents is well known, the materials' anisotropic-orthotropic-isotropic properties are different compared to the traditional isotropic dental materials. The studies aimed to evaluate thermal expansion, polymerization shrinkage and bonding characteristic of the FRC with regard to fibre orientation.

Thermal expansion behaviour was evaluated with a thermomechanical analyzer, and the strain gage method was used to evaluate polymerization shrinkage. The results showed that the anisotropic nature of FRC exists with regard to thermal expansion and polymerization shrinkage. Unidirectional fibres showed a low thermal expansion or polymerization shrinkage along the fibres, whereas perpendicular to the fibres, the values were relatively high.

The effect of fibre orientation and two different types of polymer matrices on the bond strength of E-glass FRC to human enamel and dentin was evaluated using shear bond strength (SBS) measurement. The SBS of FRC to tooth structure did not differ from that of particulate filler composite (PFC). FRC made of unidirectional fibres showed better bond strength to enamel, whereas FRC made of bidirectional fibres showed better bond strength to dentin. The addition of flowable composite to the adhesive interface did not increase SBS. The use of bidirectional FRC at the adhesive interface reduced the fractures extending into tooth compared to PFC only.

Finally, the effect of fibre orientation and direction of load on the SBS of PFC to the FRC was evaluated. The highest SBS was obtained when the fibres were oriented perpendicular to the bonding surface, exposing the fibre ends to the PFC.

The results of the present study suggest that the anisotropic behaviour of FRC affects some physicomechanical properties of the restorations and should be considered in order to optimize the design of FRC restorations.

Osajulkaisut

I Tezvergil A, Lassila LVJ, Vallittu PK. The effect of fiber orientation on the thermal expansion coefficients of the fiber-reinforced composites. Dent Mater 2003;19: 471-7.

II Tezvergil A, Lassila LVJ, Vallittu PK. The effect of fiber orientation on the polymerization shrinkage strain of fiber-reinforced composites. Dent Mater 2006; 22: 610-16.

III Tezvergil A, Lassila LVJ, Vallittu PK. Strength of adhesive-bonded fiber-reinforced composites to enamel and dentin substrates. J Adhes Dent 2003; 4: 301-11.

IV Tezvergil A, Lassila LVJ, Vallittu PK. The shear bond strength of bidirectional and random-oriented fibre-reinforced composite to tooth structure. J Dent 2005; 33: 509 J Adhes Dent 16.

V Lassila LVJ, Tezvergil A, Dyer SR, Vallittu PK. The bond strength of particulate-filler composite to differently oriented fiber-reinforced composite substrate. J Prosthodont; in press

Lämmin kiitos väitöskirjatyötä ovat taloudellisesti tukeneille: Suomen Hammaslääkäriseura Apollonia, Turun Yliopisto/ PeGaSOS Tutkijakoulu, Emil ja Blida Maunulan Rahasto, Aili Salon Rahasto, Hilkka Brusiinin Rahasto, Turun Yliopistoseura, Turun Yliopistosäätiö, TEKES.

Kuva 1. Kovettumiskutistuma - A: Kuitujen suunnassa, B: Kohtisuoraan kuitujen suuntaan, C: Paikkauksessa käytetty yhdistelmämuovi, D: "Flow"-yhdistelmämuovi.