rezumat dobrea

65
Iași 2012 Universitatea de Medicină şi Farmacie „Gr. T. Popa” Iaşi C C o o n n t t r r i i b b u u ţ ţ i i i i t t e e o o r r e e t t i i c c e e ş ş i i e e x x p p e e r r i i m m e e n n t t a a l l e e l l a a u u t t i i l l i i z z a a r r e e a a n n a a n n o o m m a a t t e e r r i i a a l l e e l l o o r r î î n n m m e e d d i i c c i i n n a a d d e e n n t t a a r r ă ă REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT Conducători ştiinţifici, Prof. Dr. Valeriu RUSU Prof. Dr. Maricel AGOP Doctorand, Irina DOBREA (căs. NICA)

Upload: riciu-roxana

Post on 08-Nov-2015

89 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

Rezumat Dobrea

TRANSCRIPT

  • Iai 2012

    Universitatea de Medicin i Farmacie Gr. T. Popa Iai

    CCoonnttrriibbuuiiii tteeoorreettiiccee ii eexxppeerriimmeennttaallee llaa uuttiilliizzaarreeaa

    nnaannoommaatteerriiaalleelloorr nn mmeeddiicciinnaa ddeennttaarr

    REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

    CCoonndduuccttoorrii ttiiiinniiffiiccii,, PPrrooff.. DDrr.. VVaalleerriiuu RRUUSSUU PPrrooff.. DDrr.. MMaarriicceell AAGGOOPP

    Doctorand, Irina DOBREA (cs. NICA)

  • CUVINTE CHEIE:

    Nanotehnologie

    Nanocompozite dentare restaurative

    Proprieti structurale, termice i mecanice Filtek Supreme XT, Filtek Z250

  • i

    CUPRINS

    Introducere ........................................................................................................................ 1 (1)

    STADIUL CUNOATERII Capitolul I: Actualiti privind bazele fizice ale nanomaterialelor ............................ 2 (3)

    I.1. INTRODUCERE .............................................................................................. 2 (3)

    I.2. MATERIALE NANOSTRUCTURATE. CARACTERISTICI GENERALE .. 2 (3)

    I.3. FULLERENE I NANOTUBURI DE CARBON .......................................... 5 (4)

    Capitolul II: Fabricarea nanostructurilor ................................................................... 10 (5) II.1. INTRODUCERE .......................................................................................... 10

    II.2. AUTO-ASAMBLAREA .............................................................................. 10

    II.3. LITOGRAFIA LA SCAR NANOMETRIC ............................................ 12 II.4. TRANSFERUL UNUI TIPAR ...................................................................... 13

    II.5. IMPRIMAREA (TIPRIREA) CU JET DE CERNEAL (INKJET PRINTING) ................................................................................................................................ 14

    II.6. CONFORMAREA PRIN DEMULARE (MODELARE, TIPAR) .............. 14

    II.7. TEHNICILE HIBRIDE ................................................................................ 16

    II.8. NSCRIEREA CU AJUTORUL MICROSCOPULUI CU SOND LOCAL 16

    Capitolul III: Nanocompozite cu matrice organic ..................................................... 17 (6) III.1. INTRODUCERE ......................................................................................... 17 (6)

    III.2. STRUCTURA COMPOZITELOR DENTARE.......................................... 17 (6)

    III.2.I. Faza organic ................................................................................. 18 (6) III.2.2. Faza anorganic ............................................................................. 19 (7) III.2.3. Agenii de cuplare silanici ............................................................ 19 (7)

    III.3. TIPURI DE NANOPARTICULE ................................................................ 20

    III.4. FABRICAREA NANOCOMPOZITELOR ................................................. 21

    III.4.1. Dispersia nanoparticulelor ntr-o matrice polimeric preformat 21 III.4.2. Sinteza matricei n prezena nanoparticulelor .............................. 22 III.4.3. Prepararea nanoparticulelor n matricea organic ......................... 23

    III.5. PROPRIETILE NANOCOMPOZITELOR CU MATRICE ORGANIC 23 III.5.1. Caracteristici structurale ................................................................ 23

    III.5.2. Rezistena mecanic ....................................................................... 24

  • ii

    III.5.3.Proprietatea de barier pentru fluide .............................................. 24 III.5.4. Rezisten la degradarea termic .................................................. 25 III.5.5. Alte proprieti ............................................................................... 25

    III.6. APLICAIILE NANOCOMPOZITELOR CU MATRICE ORGANIC .... 25

    Capitolul IV: Stadiul actual al compozitelor dentare nanostructurate...................... 26 (8) IV.1. NOI ASPECTE URMRITE N FABRICAREA NANOCOMPOZITELOR DENTARE ............................................................................................................. 26 (8)

    IV.2. EXEMPLE DE MATERIALE DENTARE NANOCOMPOZITE DISPONIBILE ................................................................................................................................. 29 IV.3. MATERIALE DENTARE STUDIATE: NANOCOMPOZITUL FILTEK SUPREME Z250 I COMPOZITUL HIBRID FILTEK SUPREME XT ........... 32 (11)

    CONTRIBUII PERSONALE Capitolul V: Metodologia cercetrii ............................................................................ 34 (12)

    V.1. CONSIDERAII GENERALE ................................................................... 34 (12) V.2. MOTIVAIA ALEGERII TEMEI .............................................................. 34 (12) V.3. SCOPUL I OBIECTIVELE CERCETRII .............................................. 34 (12)

    V.3.1. Scopul studiului ............................................................................ 34

    V.3.2. Obiectivele cercetrii ................................................................... 35 V.4. DIRECII DE CERCETARE ..................................................................... 35 (13) V.5. MATERIAL I METOD ......................................................................... 35 (13)

    Capitolul VI: Evaluarea incidenei i prevalenei leziunilor odontale coronare ..... 41 (14) VI.1 INTRODUCERE ......................................................................................... 41

    VI.2 SCOPUL STUDIULUI ............................................................................... 41 (14)

    VI.3 MATERIAL I METOD .......................................................................... 41 (14) VI.4. REZULTATE SI DISCUTII ...................................................................... 52 (15)

    VI.4.1. Analiza de regresie multipl dup 1 an ...................................... 55 VI.4.2. Analiza de regresie multipl dup 2 ani ..................................... 58 VI.4.3. Analiza de regresie multipl dup 3 ani ..................................... 62 (17)

    VI.5. CONCLUZII .............................................................................................. 66 (21)

    Capitolul VII: Contribuii personale la studiul proprietilor structurale ale unor compozite dentare .......................................................................................................... 68 (22)

    VII.1. INTRODUCERE ....................................................................................... 68

    VII.2. SCOP ......................................................................................................... 68 (22)

    VII.3. MATERIAL I METOD ....................................................................... 68 (22)

  • iii

    VII.3.1. Metode de analiz prin microscopie folosite experimental pentru caracterizarea unor compozite dentare ................................................... 70

    VII.4. REZULTATE I DISCUII ..................................................................... 79 (22) VII.4.1 Studiul privind analiza suprafeei i analiza microstructural a materialelor compozite dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 ........ 79 (22) VII.4.2. Determinarea compoziiei chimice prin analiz EDX pentru compozitele dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 .......................... 84 (24)

    VII.5. CONCLUZII ............................................................................................. 92 (28)

    Capitolul VIII: Studiul caracteristicilor de suprafa prin microscopie de for atomic i optic pentru compozitele dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 ............... 94 (29)

    VIII.1. INTRODUCERE .................................................................................... 94 (29)

    VIII.2. SCOP ...................................................................................................... 94 (29)

    VIII.3. MATERIAL I METOD ..................................................................... 94 (29) VIII.4. REZULTATE SI DISCUII ................................................................... 97 (29) VIII.5. CONCLUZII .......................................................................................... 102 (31)

    Capitolul IX: Analiza comportamentului materialelor compozite dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 n diverse medii corozive biologice ............................. 103 (32)

    IX.1. INTRODUCERE ...................................................................................... 103 (32)

    IX.2. SCOP ........................................................................................................ 103 (32)

    IX.3. MATERIAL I METODA ....................................................................... 104 (32) IX.4. REZULTATE I DISCUII .................................................................... 104 (33)

    IX.4.1. Rezultate privind structura nanocompozitului Filtek Supreme XT corodat n diverse medii ........................................................................ 104 (33)

    IX.4.2. Rezultate privind structura compozitului hibrid Filtek Z250 corodat n diverse medii ........................................................................................ 114

    IX.5. CONCLUZII ............................................................................................ 123 (36)

    Capitolul X: Rezultate asupra proprietilor structurale ale unor compozite dentare, bazate pe difracia razelor X i spectroscopia FTIR ................................................ 124 (37)

    X.1. INTRODUCERE ........................................................................................ 124

    X.2. SCOP ......................................................................................................... 124 (37)

    X.3. MATERIAL I METOD ........................................................................ 125 (37) X.3.1. Structura cristalin a corpului solid ............................................ 126 X.3.2. Producerea i proprietile razelor X. Interaciunea radiaiei X cu materia ................................................................................................. 127

    X.3.3. Condiiile pentru difracia razelor X. Analiza structural calitativ i cantitativ .............................................................................................. 129

  • iv

    X.3.4. Utilizarea spectrometriei n infrarou pentru studiul polimerilor 132 X.4. REZULTATE I DISCUII ..................................................................... 133 (37)

    X.4.1. Rezultate experimentale obinute prin difracie de raze X pentru compozitele dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 ....................... 133 (37) X.4.2. Rezultate experimentale obinute prin spectrometrie n infrarou cu transformat Fourier .............................................................................. 136 (39)

    X.5. CONCLUZII .............................................................................................. 138 (40)

    Capitolul XI: Rezultate privind proprietile termice ale compozitelor dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 ......................................................................................... 140 (41)

    XI.1. INTRODUCERE ...................................................................................... 140 (41)

    XI.2. SCOP ...................................................................................................... 140 (41)

    XI.3. MATERIAL I METOD ...................................................................... 140 (41) XI.3.1. Conductivitatea termic i echipamentul pentru msurarea acesteia 140 XI.3.2. Dilatarea termic i echipamentul pentru msurarea acesteia . 144

    XI..4. REZULTATE I DISCUII ................................................................... 147 (42) XI.4.1. Rezultate privind conductivitatea termic a compozitelor Filtek Supreme XT i Filtek Z250 ................................................................... 147 XI.4.2. Rezultate privind dilatarea termic a compozitelor Filtek Supreme XT i Filtek Z250 ......................................................................................... 148

    XI.5. CONCLUZII ............................................................................................ 150 (44)

    Capitolul XII: Rezultate privind comportamentul la compresiune al materialelor compozite dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 ............................................. 151 (45)

    XII.1. INTRODUCERE .................................................................................... 151 (45)

    XII.2. SCOP ...................................................................................................... 151 (45)

    XII.3. MATERIAL I METOD ..................................................................... 151 (45) XII.4. REZULTATE I DISCUII ................................................................... 153 (45) XII.5. CONCLUZII ........................................................................................... 158 (48)

    CONCLUZII GENERALE ........................................................................................ 159 (49)

    DIRECII VIITOARE DE CERCETARE .............................................................. 162 (52) Bibliografie ................................................................................................................... 163 (53) Lista lucrrilor tiinifice din tematica de doctorat ................................................. 174 (59)

  • 1

    Introducere

    Medicina dentar restaurativ traverseaz o perioad de schimbri rapide, odat cu

    modificarea tiparului de apariie i evoluie a maladiei carioase, ct i cu descoperirea unor noi materiale i tehnici. Depind epoca extracionist, determinat n special de fobia fa de boala de focar, medicina dentar a intrat n epoca restaurativ n care s-a dorit introducerea unor noi materiale care s conduc la obinerea unor restaurri cu un aspect ct mai natural i cu proprieti fizice, chimice i biologice ct mai apropiate de acelea ale esuturilor dure dentare. Descoperirea unor materiale susceptibile de a realiza o adeziune mecanic i/sau chimic cu esuturile dentare a devenit un imperativ necesar i obligatoriu pentru a realiza un progres consistent n acest sens [1,2]. Rinile compozite au aplicaii multiple n medicina dentar, att ca materiale de restaurare coronar, lineri sigilani pentru anuri i fisuri, faetri, ct i ca materiale de cimentare a restaurrilor protetice uni- sau pluri-dentare. Diferitele tipuri de materiale compozite se deosebesc dup consisten (vscozitate). Compozitele flow (fluide) sunt concepute pentru a fi aplicate cu ajutorul seringilor direct n cavitile mici, asigurnd o dispersie i o adaptare perfect a materialului la pereii cavitii. Compozitele condensabile sunt destinate reconstituirii cavitilor medii sau mari, acolo unde este necesar refacerea unor puncte de contact interdentar ct mai strnse. Materialele compozite aparinnd celor dou categorii se deosebesc ntre ele n funcie de caracteristicile i mai ales dimensiunea particulelor de umplutur [3,4]. Pornind de la compozitele cu macroumplutur care erau foarte dure, dar greu de finisat i lustruit, au aprut compozitele cu microumplutur care corespundeau exigenelor estetice, dar nu erau suficient de dure, datorit coninutului mai sczut de filler. Astfel, s-a ajuns la compozitele universale microhibride. Acestea conin particule cu dimensiuni ntre 0,4 i 1,0 m, obinute prin tehnici speciale de frezare i mcinare. n ultimii ani, i n special dup anul 2000, tendinele n ce privete structura compozitelor dentare au vizat descreterea progresiv a dimensinii particulelor de filler, pn la nivel nanometric. Toate acestea decurg din nevoia de a mbunti continuu proprietile materialelor compozite, cum ar fi: duritatea, rezistena mecanic, contracia de polimerizare i stresul la polimerizare (tensiunile interne remanente n material).

    Apariia cariilor secundare, a fracturilor sau discoloraiilor reprezint primele motive suficiente pentru a nlocui o obturaie. Diversificarea n timp a materialelor dentare destinate reconstiturilor odontale, cu o compoziie chimic structural din ce n ce mai complex, crete riscul apariiei unor reacii adverse cu repercursiuni asupra reuitei tratamentului restaurativ.

    Medicul dentist trebuie s cunoasc foarte bine structura materialelor dentare folosite i s le adapteze la fiecare caz clinic n parte. Urmrirea i nelegerea reaciilor aprute la nivel local, sau chiar general, n urma tratamentului, trebuie s reprezinte o component de baz a actului stomatologic efectuat. De aceea, studiul urmrete evidenierea efectelor benefice, dar i a celor nefavorabile ce pot apare la nivelul dintelui, n urma reconstituirii cu materiale dentare de ultim generaie, prin metode complexe de investigare.

  • 2

    Mulumesc Domnului Prof. Dr. Valeriu Rusu pentru faptul c a acceptat s fie

    conductorul tiinific al tezei mele de doctorat. Cu mult rbdare i nelepciune, domnia sa mi-a ndrumat paii pe crrile unui domeniu de cercetare extrem de actual i a impus consecvent acea rigurozitate de care are nevoie orice lucrare tiinific. i sunt recunosctoare pentru nelegerea i ngduina pe care le-a artat mereu fa de stngciile i ezitrile mele.

    Mulumesc Domnului Prof. Dr. Maricel Agop care a avut un rol deosebit n formarea mea uman i profesional, constituind un izvor nesecat de energie creatoare i dorin de autodepire. i sunt ndatorat pentru deschiderea unor noi orizonturi i pentru cultivarea dorinei de a performa prin munc susinut i dedicare.

    Mulumesc Doamnei Prof. Dr. Cipriana tefnescu, ale crei sfaturi m-au ajutat de-a lungul timpului s-mi finisez expunerea ideilor, Doamnei ef de Lucrri Dr. Irena Grierosu, Domnului Asistent Dr. Mihai Guu i ntregului colectiv al Disciplinei de Biofizic, Fizic Medical i Medicin Nuclear pentru sprijin i ncurajare.

    Mulumesc tuturor colaboratorilor de la Facultatea de tiina i Ingineria Materialelor Iai i Institutul Naional de Fizica Materialelor Bucureti pentru ajutorul n realizarea msurtorilor experimentale. De asemenea, mulumesc Doamnei Asist. Dr. Monica Andronache i Domnului Fizician Dr. Clin Buzea pentru ajutorul n analiza i prelucrarea statistic a datelor.

    Mulumesc familiei mele, n special soului meu, pentru ajutorul nepreuit, i surorii mele pentru sprijinul necondiionat n toat aceast perioad de elaborare i finalizare a tezei de doctorat.

    Mulumesc firmei 3M Espe Romnia pentru furnizarea n scop tiinific a materialelor compozite analizate.

  • 3

    STADIULCUNOATERII

    CapitolulI:Actualitiprivindbazelefizicealenanomaterialelor

    I.1. INTRODUCERE Nanostructurile au o dimensiune intermediar ntre structurile moleculare

    (dimensiunea unei molecule este de 10-10 m) i structurile microscopice msurate n microni (10-7 m) adic de 0,1-100 nm. Ele conin un numr foarte mare de atomi.

    Privite ca molecule, nanostructurile sunt prea mari pentru a putea fi modelate cu metodele mecanicii cuantice. Privite ca materiale, sunt mult prea mici i prezint caracteristici ce nu sunt observabile la structurile macroscopice [5].

    Noiunea de nanostructur combin concepte diferite: dimensiune mic, raport arie (interfee) i volum mare, densitate mare, interaciuni electromagnetice puternice.

    I.2. MATERIALE NANOSTRUCTURATE. CARACTERISTICI GENERALE

    O posibil definiie a unui material nanostructurat, bazat pe observaiile asupra unui numr mare de fenomene fizice i mecanice a fost propus de Krishna si colaboratorii [6]. Aceti autori sugereaz c, n afar de strile materiei solid, lichid i gazoas, nanofaza poate fi considerat ca o stare distinct a materiei. Pentru valori ale raportului dintre volumul V al materialului i volumul celulei unitare Vc (blocul reprezentativ constructiv al materiei) mai mici de 105 sau 106 materialul se comport ca o nanostructur. Putem spune altfel, pentru valori ale numrului de particule N ale materialului i numrul de particule din celula unitar Nc mai mici de 105 sau 106, materialul se comport ca o nanostructur. Aici N i V tind ctre infinit, iar raportul N/V este finit. Faza nanometric poate fi obinut prin transformri din faz solid, lichid sau gazoas i trebuie studiat ca atare cu ajutorul mecanicii cuantice, ca o faz distinct a materiei.

    Dimensiunea este un factor important i prin urmare raportul dintre arie i volum crete pentru sistemele de dimensiune mic, iar raportul:

    31

    32 1VV

    V

    devine din ce n ce mai mic pe msur ce V crete. Ca rezultat, efectele de suprafa domin faza nanometric spre deosebire de faza macroscopic a materiei. Experimente recente efectuate pe ap n domeniul nanometric arat c de la 10 K la 300 K deplasarea n medie ptratic a hidrogenului nu sufer schimbri majore, n timp ce n domeniul macrometric n procesul de transformare al gheii n ap, acest parametru sufer variaii puternice [6].

    Dac CVV / este mai mare dect 105 sau 106, faza nanometric se poate transforma n oricare alt faz n funcie de temperatur.

    La dimensiuni mici materialele au proprieti diferite de cele la scar macroscopic [5]. De exemplu, la scar nanometric materialele au o rezisten mecanic mai mare dect probele macroscopice ale aceluiai material. Abilitatea unui material de a se deforma fr s se rup depinde de legturile chimice care in atomii mpreun. n principiu, legturile chimice sunt aceleai, att n scara nanometric, ct i n scara macroscopic. Dar probele macroscopice includ multe defecte, caviti, atomi lips, etc. care limiteaz proprietile mecanice. Densitatea acestor defecte poate fi mult mai mic la scar nanometric, iar ca rezultat nanomaterialele devin mai rezistente. Cercettorii au n vedere exploatarea proprietilor superioare ale materiei la scar nanometric i combinarea unor piese sau structuri nanometrice n construirea unor materiale nanostructurate, care pot fi considerate ca fiind compuse din blocuri nanometrice.

  • 4

    Prezentm n continuare o serie de exemple tipice de materiale nanostructurate. I.3. FULLERENE I NANOTUBURI DE CARBON

    Fullerenele reprezint una din formele alotropice ale carbonului [12-16]. n fullerene [14], a treia form alotropic, atomii de carbon formeaz ansambluri pentagonale i hexagonale, a cror dispunere spaial genereaz structuri largi de tip cuc, adesea de form aproximativ sferic sau tubular. Prima structur de acest tip a fost descoperit n anul 1985 de ctre Kroto .a. [15] (premiul Nobel n anul 1996). Dup vaporizarea grafitului cu ajutorul laserului ntr-o incint cu heliu, spectrul de mas msurat a pus n eviden structuri de tip C60 i C70, extrem de stabile. n fullerena C60 sunt aranjai 60 de atomi de carbon ntr-o structur de tip minge de fotbal, cu 20 de hexagoane i 12 pentagoane (fiecare pentagon nconjurat n totalitate de hexagoane). Varianta C70 este similar, cu excepia introducerii unei legturi suplimentare a carbonului n jurul ecuatorului. Prin comparaie cu grafitul i diamantul, este interesant faptul c fullerenele nu necesit pasivizarea cu hidrogen sau ali atomi pentru a satisface cerinele legturilor chimice de suprafa. Astfel, fullerenele sunt prima i singura form stabil a carbonului pur. C60 este o molecul aproape sferic i prezint axe de simetrie de ordinul 5. Este practic imposibil s acoperim spaiul cu astfel de molecule. La temperatura ambiant moleculele de C60 se rearanjeaz sub forma unei structuri cubice cu fee centrate. n aceast structur pare c moleculele de C60 se rotesc liber, independent unele fa de altele. La temperaturi mai coborte, spre 250 K, are loc o schimbare de faz, la o structur cubic simpl.

    n structura fullerenelor pot fi introdui atomi strini care le modific proprietile. De exemplu, atomii metalici (K, Rb, Cs) determin obinerea unor supraconductori cu temperatura Curie (de trecere de la faz normal la cea supraconductoare) mai mare [17,18]. Nanotuburile de carbon [12,22] sunt cilindri lungi si subiri de carbon, formai din macromolecule, de fapt o foaie de grafit (reea hexagonala de carbon) rsucit sub forma unui cilindru. Nanotubul de carbon poate fi considerat o structur cvasi-unidimensional, deoarece raportul lungime/diametru este foarte mare (diametrul este de aproximativ civa nanometri, iar lungimea de pna la 50 microni). Nanotubul este de 100 000 de ori mai subire dect firul de par uman, rezistena la ntindere este de 100 de ori mai mare dect a otelului, iar densitatea sa este de 2 ori mai mica dect a aluminiului. Nanotuburile de carbon sunt rezistente din punct de vedere mecanic, au conductivitate excelent i sunt, n miniatur, exemple de fire utilizate in fabricarea compozitelor si a nanocalculatoarelor [22]. Nanotuburile de carbon sunt utilizate ca fire atomice. Fibrele care includ n compoziia lor fire moleculare din nanotuburi de carbon au rezisten mai mare, cntresc de 5 ori mai puin, au conductivitatea de 5 ori mai mare dect a argintului i transmit cldura mai bine dect diamantul. Aplicabilitatea nanotuburilor de carbon este larg [5]. Proprietile lor mecanice, incluznd rezistena nalt, rigiditate mare, densitate redus i structura perfect, fac s fie ideale pentru aplicaii medicale i industriale: polimeri armai cu nanotuburi de carbon, nanotuburi de carbon umplui cu diferii atomi, etc. Pe de alta parte, adugarea de nanotuburi ntr-un material tradiional crete apreciabil proprietile mecanice ale nanocompozitului n comparaie cu acelea ale unui polimer nearmat. De exemplu, un adaos de 1% nanotuburi de carbon cu perei multipli ridic rezistena la ntindere a polistirenului cu peste 25% [24]. Nanotuburile de carbon sunt foarte flexibile i pot suporta deformaii mari datorit rezistenei mari pe care o au la ntindere, compresiune, rsucire i ncovoiere. Nanotubul poate suporta unghiuri de ncovoiere de pn la 110, cu deformaii complet reversibile, astfel nct dup nlturarea sarcinilor exterioare tubul revine la forma iniial. Pentru un unghi de 120, legturile se rup i deformaiile devin ireversibile.

  • 5

    CapitolulII:Fabricareananostructurilor Nanotehnologia este un domeniu revoluionar. La scar nanometric materia i sistemele pot prezenta caracteristici complet noi care modific simitor fenomenele i procesele fizice, chimice i biologice analizate. Nanotehnologiile reprezint astfel o mare provocare tiinific. Cercettorii trebuie s fie n msur s controleze i s manipuleze materia, s caracterizeze i s neleag maniera de a-i exploata proprietile pentru a realiza noi structuri utile. Nanotehnologia reprezint o adevrat revoluie tehnologic deoarece permite, n principiu, omului s controleze materia la nivel atomic. Posibilitile de aplicare ale nanomaterialelor sunt foarte numeroase i toate sectoarele industriale pot beneficia de acestea [22]. Tehnologia informaiei este primul domeniu care a beneficiat de aplicarea nanotehnologiei n ce privete fabricarea circuitelor integrate [22,26]. Prelund modele din natur, cercettorii au elaborat dou strategii posibile de obinere a materialelor nanostructurate [12,22]. Strategia top-down (de la mare la mic) const n reducerea dimensiunii particulelor mai mari prin mcinare i cernere. Strategia bottom-up [27] (de la mic la mare) descrie dezvoltarea nanoparticulelor pornind de la atomi i molecule, trecnd prin fenomenul de cristalizare controlat de tip sol-gel sau prin flacr pirolitic [28-31]. Ambele strategii prezint inconvenientul aglutinrii particulelor [32]. Nanoparticulele au o suprafa mai mare n raport cu volumul i deci o energie de suprafa mai mare. Netratate, ele au tendina de a se aglomera rapid n microparticule de 0.5 m (500 nm) n diametru, pierzndu-i din proprieti [12]. Este necesar ca suprafeele nanoparticulelor s fie inactivate chimic pentru a putea beneficia de proprietile lor deosebite.

    Nanotehnologia ofer o multitudine de posibiliti de obinere a nanostructurilor [33,34,35]. Dintre tehnicile cele mai folosite enumerm: i) Auto-asamblarea; ii) Litografia la scar nanometric; iii) Transferul unui tipar; iv) Imprimarea cu jet de cerneal; v) Conformarea prin demulare; vi) Tehnici hibride; vii) nscrierea cu ajutorul microscopului cu sond local. n cele ce urmeaz, vom detalia o parte din aceste metode. Auto-asamblarea este un procedeu ieftin de construire a unor materiale i ansambluri nanostructurate [26]. Este esenial s menionm c structurile supramoleculare se autoasambleaz fr intervenie exterioar. Aceste materiale sunt formate prin interaciuni interatomice i intermoleculare, altele dect forele de legtura metalice, ionice, sau covalente, tradiionale. Se deschide astfel un nou orizont pentru elaborarea nanostructurilor bazate pe asamblarea constituenilor moleculari. Astfel, dup chimia molecular, fondat pe legturile care se stabilesc ntre atomi pentru a constitui molecule, se situeaz un alt domeniu, chimia supramolecular - bazat pe asocierea a dou sau mai multe specii chimice [12].

    Litografia este un proces crucial n producerea circuitelor integrate, uzual denumite cipuri [37,38]. n procesul de litografie, un pattern de pe o masc (denumit i reticul), coninnd copia mama a unui circuit, este proiectat folosind o surs de radiaie pe o structur de siliciu acoperit cu fotorezist polimeric, cu o demagnificare de cca. 4 ori. ndeprtnd apoi fie partea expus, fie cea neexpus a stratului polimeric, circuitul integrat poate fi construit prin procese chimice, depuneri i difuzie sau implantare a dopanilor, pentru a genera tranzistori sau interconexiuni. Acest intreg proces poate fi repetat de cteva ori pentru a obine o structur tridimensional a circuitului integrat.

    Transferul unui tipar [22] este o tehnic care pornete de la un obiect fabricat prin litografie convenional sau UV i se realizeaz un mulaj rezultnd o matri. Se aplic un material elastomeric (adesea polidimetil i laxan PDMS) care dup reticulare formeaz un mulaj ce poate apoi servi pentru reproducerea n mai multe exemplare a (nano)structurilor de la care s-a pornit.

  • 6

    CapitolulIII:NanocompozitecumatriceorganicIII.1. INTRODUCERE

    Dintotdeauna omul a ncercat s amelioreze proprietile materialelor care l nconjoar sau pe care le poate fabrica. S-au asociat diverse materiale ntre ele pentru a mbunti proprietile materialului rezultat. Este i cazul materialelor compozite.

    Materialul compozit [3] reprezint o asociere intim de materiale imiscibile (structuri heterogene), care confer materialului rezultat proprieti pe care nici unul din materialele de baz nu le posed individual. Natura nsi utilizeaz aceast asociere intim de materie cum ar fi de exemplu structura osoas. Osul este un compozit format din fosfat de calciu, hidroxiapatit i o protein (colagen). Fibrele de colagen constituie o reea pe care se organizeaz cristalele de hidroxiapatit. Aceste fibre in la un loc cristalele de hidroxiapatit, dirijnd orientarea atomilor n cristale i crescnd rezistena mecanic a materiei osoase. Putem descrie astfel un compozit ca fiind o distribuie organizat sau neorganizat a uneia sau mai multor materiale sub form de particule sau fibre, denumite faz dispersat sau ranforsant, ntr-un alt material care servete drept matrice sau liant. III.2. STRUCTURA COMPOZITELOR DENTARE

    Rinile compozite utilizate n stomatologie [2-4] sunt sisteme trifazice, constituite din: i) faz organic (continu); ii) faza anorganic (discontinu); iii) ageni de cuplare silanici.

    Umplutura anorganic, dup tratarea cu un agent de cuplare, este uniform dispersat n faza organic. Aceasta din urm conine monomeri cu dou grupri funcionale, care prin polimerizare formeaz o reea tridimensional n care este nglobat umplutura anorganic. Reacia de reticulare este asigurat de radicali liberi furnizai de sistemul de iniiere. Dup ntrire, compozitul este alctuit dintr-o faz continu (matricea de polimer reticular), n care se gsete faza discontinu (particule de umplutur) care sunt legate ntre ele de ageni de cuplare (silani hidrolizabili).

    Proprietile rinilor diacrilice compozite [40-42], depind n foarte mare msur de faza anorganic. Natura chimic, caracteristicile fizico-chimice, dimensiunea medie i distribuia particulelor de umplutur determin performanele in vivo ale compozitelor. Diferitele tipuri de umplutur i de tehnologii de nglobare a acesteia n matricea organic, au dus la modificri pregnante ale proprietilor rinilor compozite.

    Compozitele clasice cu macroumplutur [2] conineau particule cu dimensiuni de 15-20 m. La compozitele actuale s-a ajuns la o dimensiune medie de 20-40 nm. Tendina de a utiliza umpluturi ct mai fine (nanoumpluturi) pentru creterea rezistenei la abraziune i mbuntirea efectului fizionomic al restaurrilor a dus la scderea dimensiunii particulelor pn la sub 100 nm prin folosirea silicei pirolitice [43,44].

    S-au elaborat noi soluii tehnologice pentru a permite mrirea concentraiei de nanoumplutur din compozite, pn la un nivel care s asigure proprieti mecanice i optice satisfctoare [22,45,46,47]. Au fost realizate particule mai mari care s asigure proprieti mecanice i optice satisfctoare, o mpachetare mai dens, dar care s pstreze structura de nanoumplutur. Aceste complexe sunt dispersate n faza organic. Complexele conin: nanoumpluturi prepolimerizate i mcinate, nanoumpluturi prepolimerizate n sfere, nanoumpluturi condensate.

    Structura i compoziia rinilor diacrilice compozite:

    III.2.I. Faza organic Faza organic a rinilor compozite este constituit din [2]: a) monomeri de baz; b)

    monomeri de diluie; c) sistemul de iniiere; d) diferii aditivi.

  • 7

    a) Monomerii de baz, sunt compui dimetacrilici [48] cu mas molecular mare, contracie de polimerizare mic i capacitate bun de umectare a esuturilor dure dentare. Majoritatea compuilor dimetacrilici sunt aromatici. Cel mai cunoscut este BIS-GAMA sau rina lui Bowen (cel care a sintetizat-o ntre anii 1958-1962) [49-51]. Ea este de fapt bisfenol A glicidil metacrilat.

    BIS-GAMA a fost monomerul de baz al primelor compozite comercializate, persistnd nc n compoziia multor compozite moderne, datorit avantajelor pe care le prezint (structur voluminoas contracie relativ mic la polimerizare). Dezavantajele lui, cum ar fi vscozitatea crescut ca urmare a formrii legturilor de hidrogen dintre gruprile OH, masa molecular mare, au dus la elaborarea unor monomeri cu structur similar: BIS-EMA, BIS-PMA sau complet diferit ca uretandimetacrilai [52,53]. inta o reprezint obinerea unor monomeri ct mai puri care s posede urmtoarele proprieti [54,55]: contracie minim la polimerizare, vscozitate i volatilitate mic, absorbie sczut a apei.

    b) Monomeri de diluie sunt compui: monofuncionali (cu o grupare polimerizabil), difuncionali (cu 2 grupri polimerizabile) sau trifuncionali (cu 3 grupri polimerizabile). Au mas molecular mic, deci i vscozitate sczut. Ei sunt introdui n faza organic pentru a dilua monomerii de baz care au vscozitate crescut. Aceti monomeri particip la reacii de polimerizare, deci la formarea matricei organice a polimerului.

    c) Sistemul de iniiere Sistemul de iniiere al reaciei de polimerizare este reprezentat de substane care pun n

    libertate radicali liberi. Reacia de polimerizare se poate desfura doar n prezena unui iniiator. n funcie de mecanismul de iniiere, se deosebesc trei tipuri de reacii de polimerizare: termopolimerizare, autopolimerizare i fotopolimerizare. Pentru tehnicile directe de restaurare (cabinet) se iau n considerare doar autopolimerizarea i fotopolimerizarea. Compozitele moderne folosesc sistemul de iniiere a polimerizrii prin radiaii luminoase [56]. Dintre acestea, iniierea cu radiaie luminoas vizibil prezint avantajul adncimii de penetrare de maxim 2 mm n startul de material, de 3 ori mai mult dect cele UV [57-59]. Faza organic a compozitelor cu iniiere prin radiaie vizibil conine un sistem de iniiere specific, frecvent 0,2% camforchinon i 0,1% N,N-dimetillaminoetilmetacrilat [60, 61]. Dicetona absoarbe lumina cu lungimea de und de 460-500 nm i trece ntr-o stare excitat, care reacioneaz cu o amin organic, furniznd radicalii liberi care iniiaz polimerizarea monomerilor.

    III.2.2. Faza anorganic

    Umpluturile anorganice cel mai des utilizate sunt pe baz de [3,4]: cuar cristalin, silice coloidal, aluminosilicai i borosilicai de Li, Ba, Zr, Sn, fluorur de bariu, particule sintetizate din fibr de sticl, triclorur de yterbiu, oxizi. n funcie de tipul compozitului, ponderea umpluturii variaz n limitele 30-85% greutate i 17-55% volum. Caracteristicile umpluturii influeneaz decisiv comportamentul compozitului n mediul oral.Umplutura anorganic se clasific, n funcie de dimensiunea particulelor, n [62,63]: i) macroumplutur (clasice); ii) microumplutur 0,01-0,1 m; iii) nanoumplutur 10-100 nm; iv) hibride.

    III.2.3. Agenii de cuplare silanici

    Proprietile fizico-chimice ale rinilor diacrilice compozite, precum i rezistena n timp la factorii agresivi din cavitatea oral, sunt asigurate doar dac legtura dintre faza organic i cea anorganic este puternic i stabil n timp.Ca ageni de cuplare se folosesc frecvent silanii [64], X-Si(OR)3, mai ales 3-metacriloiloxipropiltrimetoxisilan, care au grupri reactive. Acest procedeu se numete silanizare.Structurile tridimensionale sunt realizate pe de o parte din structurile reticulate obinute n urma reaciei de fotopolimerizare a gruprilor metacrilice existente n monomerii difucionali, iar pe de alt parte prin stabilizarea reelei cu silani funcionali ce reacioneaz la un capt cu suprafaa particulelor de umplutur, iar la cellalt capt cu o grupare funcional de pe catena format n timpul polimerizrii.

  • 8

    CapitolulIV:Stadiulactualalcompozitelordentarenanostructurate

    IV.1. NOI ASPECTE URMRITE N FABRICAREA NANOCOMPOZITELOR DENTARE

    Majoritatea eforturilor depuse n ultimii ani n cercetare, au vizat sistemele adezive, compozitele, ceramicele i estetica dentar (tehnicile de albire a dinilor). Viitorul compozitelor n domeniul medicinii dentare este din ce n ce mai promitor. Agenii silanici folosii de mult vreme la fabricarea compozitelor sunt optimizai i mult mai bine controlai pentru a obine o excelent interfa de adeziune [64]. ncrcarea cu filler a compozitelor, care influeneaz n mod direct proprietile materialului (rezistena la uzur de exemplu), se bazeaz tot mai mult pe nanoumplutur (nanoparticule). Nanoparticulele determin apariia unor distane foarte mici ntre componentele compozitului, crescnd rezistena la uzur a matricii rinice [68-71]. De asemenea, anumii nanofileri induc modificri cromatice i de radioopacitate n sisteme. Interesul actual este de a trece de la tehnicile de fotopolimerizare la cele de polimerizare omogen. n ciuda interesului pozitiv strnit printre practicieni de metodele de fotopolimerizare, acestea nu asigur o cert profunzime a polimerizrii sau a gradului de conversie, mai ales n caviti greu accesibile [72,73], astfel c se testeaz noi metode de polimerizare [74-77].

    Contracia compozitelor este instabil, maximul fiind observat n cursul polimerizrii. Nivelul contraciei de polimerizare acceptat n prezent este de 3-3,5 procente [78-80]. n timpul contraciei, restaurrile compozite induc un nivel crescut de solicitare i asupra peliculei de adeziv dentinar. n cazul unui compozit cu 75 procente de greutate filler (echivalentul a aproximativ 50 procente volumice) jumtate din restaurare este rin care sufer fenomenul de contracie. De exemplu, Bisfenol A glicidildimetacrilat (Bis-GMA) sau monomeri similari se contract cu aproximativ 10-12 procente volumice [52].

    n general, polimerizarea determin aproximativ 65% reacie de conversie a monomerului, deoarece barierele sterice limiteaz extinderea reaciei acestuia [81-84]. Prin ajustarea dimensiunii fillerului i a combinaiilor ntre monomeri, acest nivel poate fi controlat. n cursul polimerizrii majoritatea reaciilor apar n aproximativ 5-10 secunde. Fenomenul de contracie care apare n cursul polimerizrii se produce cu rapiditate spre sursa de polimerizare [85,86]. Stresul dezvoltat este brusc i inegal. Dup cteva minute apare relaxarea materialului, dar eventualele neajunsuri s-au produs deja. Dei noile sisteme adezive dentinare determin apariia unor straturi hibride mai bune, ele nu sunt neaprat i mai puternice la nceput i pot fi dislocate de tensiunea precoce ce se dezvolt n material.

    Cercetrile fcute asupra structurii chimice a materialelor au dus la realizarea unor prototipuri de compozite cu coeficient de contracie sczut sau chiar nul [88-90]. Primele exemple au fost date n 2000 de firma 3MESPE [91]. Prototipurile utilizate foloseau la debutul polimerizrii reacii ce apreau prin dubla adeziune. Silanizarea face parte din chimia polimerilor i a compozitelor de circa 70 ani. Aceste sisteme se bazeaz pe SiO2, ceea ce le face s fie foarte folosite, deoarece fillerii utilizai n stomatologie sunt pe baz de siliciu. Teoretic, silanul A174 (3 metacriloiloxi-propil-trimetoxi silan) este un bun agent de cuplare. Nanofillerii intr n compoziia multor compozite comerciale folosite n industrie. Proprietile mecanice ale compozitelor depind de natura i mrimea fillerului care intr n compoziia materialului. n general, o cantitate mai mare de filler duce la creterea duritii, elasticitii, rezistenei la fractur i la uzur. Ne vom opri asupra ultimului aspect. Fora n sine nu explic relaia dintre filler i rezistena la uzur. Uzura n cazul compozitelor folosite n stomatologie presupune cteva mecanisme diferite [68]. n mediu oral uzura pe suprafeele ocluzale este cauzat de particulele abrazive cu dimensiuni de 0,1 m care se gsesc n alimente i care

  • 9

    se presupune c ar fi pe baz de siliciu. Matricea compozit este supus uzurii dar nu i filerul care este mai dur. Astfel, protejarea matricei este posibil prin proiectarea unor particule de ncrcare care s fie n contact foarte strns, pentru a apra matricea de impactul cu particulele abrazive din alimente. Acestea se numete microprotecie [68] i a fost ndelung studiat pentru compozitele cu microparticule. Este evident c acest lucru s-a mbuntit pentru compozitele microhibride i mai nou pentru cele nanohibride. Nanoparticulele nu sunt toate identice. De exemplu, firma 3M ESPE utilizeaz tehnologia soluiei gel pentru a produce nanosfere numite generic nanomeri [92]. Acestea pot forma nanoconglomerate (ciorchini sau clusteri).

    Interesul strnit de domeniul nanomaterialelor vizeaz posibilitatea de a manipula structura lor pentru a modifica i mbunti proprietile electrice, chimice, mecanice i optice [95]. Nanometrul este esena noiunii de mic. Pentru orientare, dimensiunea unui atom de hidrogen este de 0,1-0,2 nm, iar a unei bacterii de 1000 nm sau 1m.

    Tehnologia rinilor compozite a evoluat continuu ncepnd din 1963, an n care

    Bowen le-a introdus pe pia ca sisteme BIS-GAMA ranforsate [49, 96,97]. Un mare salt n domeniu s-a fcut prin dezvoltarea rinilor fotopolimerizabile [98]. Evoluia n continuare a condus la apariia materialelor cu particule de dimensiuni tot mai mici i cu o ncrcare cu filler din ce n ce mai mare, ceea ce a mbuntit semnificativ domeniile de aplicare ale rinilor compozite fotopolimerizabile [99,100].

    Rinile compozite sunt extrem de utilizate n stomatologie (medicin dentar) i au devenit materiale de elecie pentru reconstituiri estetice, datorit calitilor lor deosebite cum ar fi: duritate, proprieti estetice excelente, pre avantajos n raport cu ceramica, adeziune foarte bun la structurile dentare.

    n ultimele decenii, cerinele tot mai mari pentru reconstituiri estetice au dus la dezvoltarea unor noi clase de compozite pentru reconstituiri directe (n cabinet) cu proprieti fizice, mecanice, estetice i de rezisten n timp, excelente. Cele mai recente materiale sunt compozitele care conin o matrice tip rin convenional n care s-au nglobat nanoparticule sau nanoconglomerate (clusteri).

    Nanocompozitele se consider c au o rezisten la abraziune crescut, duritate i proprieti estetice bune datorit finisrii i lustruirii foarte bune [101,102].

    Rezistena la compresiune, traciune i la rupere a materialelor nanocompozite este similar sau chiar mai mare comparativ cu alte compozite testate (hibride, microhibride i microfile) [92]. Aceasta permite utilizarea nanocompozitelor att pentru reconstituiri n zona posterioar, ct mai ales n zona anterioar.

    Clinicienii trebuie s neleag exact conceptul nanometric, care este echivalent cu 10-3 m, cu alte cuvinte 1m = 1000 nm. n medicina dentar nanofillerul este o particul anorganic de dimensiuni aproximative de 40 nm = 0,04 m. Aceast dimensiune totui nu este novatoare n ce privete compozitele dentare, deoarece compozitele microfile atingeau aceast dimensiune a fillerului nc din anii 70. Ceea ce este absolut nou, este posibilitatea nanofillerilor de a mbunti ncrcarea cu faz anorganic. Compozitele microfile conineau 50% procente de greutate de faz anorganic, pe cnd cele nanofile conin 80 % procente de greutate faz anorganic.

    O cretere a coninutului de filler implic o mbuntire a proprietilor mecanice [105]. Obiectivul nanotehnologiei este de a dezvolta un material dentar de reconstituire care s poat fi utilizat n orice zon (anterioar sau posterioar) a arcadei dentare. Acest material trebuie s mbine calitile unui compozit microfil cu cel ale unui compozit hibrid: prin finisare i lustruire s rezulte o suprafa neted i rezistent n timp, iar proprieti mecanice s le asigure rezistena la stres [92].

    Particulele de umplutur se pot obine prin tehnica mcinrii, dar inconvenientul este c dimensiunea minim obinut este de 100 nm. Nanotehnologia urmrete s promoveze rini compozite cu particule de umplutur foarte mici, ce pot fi dispersate n concentraii

  • 10

    mari, ceea ce ar duce la o scdere a contraciei de priz i la o cretere a rezistenei la compresiune, traciune i fractur a materialului. Pe de alt parte, dimensiunea foarte mic a particulelor mbuntete proprietile optice ale rinii compozite deoarece diametrul lor este mai mic dect lungimea de und a luminii vizibile (0,4-0,8 m), ceea ce face ca ochiul uman s nu perceap particulele [106].

    Nanoclusterii sunt conglomerate de nanoparticule care se comport ca un ntreg, permind o ncrcare mai mare cu filler i o cretere a rezistenei. Microfillerii clasici sunt alctuii din silice pirolitic cu dimensiuni medii de 40 nm. Tipic, particulele primare tind s se agrege. Desfacerea agregatelor formate n agregate mai mici este greu, chiar imposibil de realizat.

    Silicea este preparat printr-un proces de ardere. Structura umpluturilor microfile rezultate este slab ncrcat cu filler. Muli productori de materiale adaug particule prepolimerizate pentru a crete ncrcarea cu filler. Tehnica const n adugarea de silice pirolitic n rin. Amestecul este polimerizat i apoi presat pentru a obine particule mici. Aceste particule sunt apoi adugate n rina propriu-zis, a crei contracie de priz va scdea. Chiar i cu aceast tehnic compozitele microfile prezint o ncrcare cu filler mai mic dect compozitele hibride. Gruprile metacrilat reziduale leag particulele prepolimerizate la matricea rinii. Eficiena acestei legturi este influenat de numrul legturilor duble rmase pe suprafaa acestor particule.

    n timpul polimerizrii fillerilor prepolimerizai reacia este dirijat aproape de ncheiere. Compozitele microfile care conin doar siliciu nu sunt radioopace. De aceea sunt folosite mai ales n zonele posterioare ale arcadelor dentare.

    Compozitele hibride i microhibride [107] conin o mare varietate de particule cu diverse dimensiuni. Aceasta poate duce la o ncrcare mai mare cu filler, determinnd creterea duritii materialului [108]. Aceste compozite conin att particule de dimensiuni nanometrice ntr-o cantitate mai mic, precum i particule de dimensiuni mai mari, care influeneaz proprietile optime ale compozitului. Dimensiunile aproximative ale particulelor din compozitele hibride i microhibride se situeaz ntre 0,4 i 1m.

    Atunci cnd compozitul hibrid este supus abraziunii, rina dintre particule i din jurul acestora se pierde, ducnd la exteriorizarea particulelor de umplutur [109,110]. Acestea pot fi chiar ndeprtate de pe suprafa, rezultnd cratere (goluri). Denivelrile i golurile dau suprafeei compozitului aspect rugos, aceasta pierzndu-i transluciditatea. Compozitele microfile i pstreaz luciul de suprafa obinut dup finisare. Pe msur ce compozitul se abrazeaz, particulele de umplutur se pierd cu aceeai rapiditate ca i rina nconjurtoare. Fillerii sub form de nanoclusteri sunt formai din aglomerri de nanoparticule, astfel c n timpul abraziunii se pierd de pe suprafaa compozitului nu nanoclusterii, ci particulele primare nanometrice. Aceasta face ca luciul iniial al suprafeei s se pstreze un timp mai ndelungat fa de compozitele hibride clasice [92]. IV.2. EXEMPLE DE MATERIALE DENTARE NANOCOMPOZITE DISPONIBILE

    Dorina de a obine un material compozit mai rezistent i mai estetic a impulsionat firmele productoare s-i intensifice cercetrile n domeniul tehnologiei nano. Menionm cteva din materialele compozite cunoscute i folosite la noi n ar:

    1. TETRIC EvoCeram de la firma Ivoclar Vivadent [111] 2. ESTHET X mbuntit: firma Dentsply De Trey GmbH [112] 3. CERAM X: firma Dentsply De Trey GmbH. [113] 4. GRANDIO: firma Voco (Luxhaven, Germany) [114] 5. PALFIQUE ESTELITE: firma Tokuyama Dental Corp. [115] 6. FILTEK SUPREME Plus universal Restaurativ firma 3M ESPE, U.S.A. [93] 7. AELITE AESTHETIC ENAMEL firma BISCO inc., U.S.A. [116]

  • 11

    IV.3. MATERIALE DENTARE STUDIATE: NANOCOMPOZITUL FILTEK SUPREME XT I COMPOZITUL HIBRID FILTEK Z250

    Rinile dentare sunt uzual tratate (solidificate) prin polimerizare foto-iniiat a radicalilor liberi. Camforchinona (CQ) este utilizat frecvent ca iniiator n lumina vizibil, iar reeaua polimer este asigurat de monomerii bisfenolului A difuncionalizat cu grupri metacrilice legate prin intermediul glicidileterului (Bis-GMA) i polimeri difuncionalizai cu grupri metacrilice pe baz de PEG (TEGMA). Monomerul bisfenol A glicidil metacrilat (Bis-GMA) este folosit pe scar larg, ca un important monomer de baz, de cnd a fost descoperit, la nceputul anilor 60 [3]. Bis-GMA este un lichid cu vscozitate ridicat. Pentru a mbunti proprietile de manipulare, se adaug un monomer diluant cu viscozitate mic, cum ar fi tri (etilenglicol) dimetacrilat (TEGDMA), pentru a face rina mai fluid. n rina dentar Bis-GMA/TEGDMA, Bis-GMA are rolul de a limita contracia volumetric indus de fotopolimerizare i de a mbunti reactivitatea rinii, n timp ce TEGDMA crete rata conversiei legturilor duble vinilice (Figura IV.1) [4,48,117].

    a) b)

    Figura IV.1: Structura chimic a bis-GMA (a) i TEGMA (b) n materialul restaurativ Filtek Z250, majoritatea TEGDMA a fost nlocuit cu un

    amestec de UDMA (uretan dimetacrilat) i Bis-EMA(6)1 (Bis-fenol A polietilen glicol di-eter dimetacrilat) [118] (Figura IV.2). Ambele rini au masa molecular mai ridicat i deci puine legturi duble pe unitatea de mas. Mai mult, masa molecular ridicat afecteaz din punct de vedere teoretic vscozitatea, ns n practic nu poate fi observat nici o schimbare a proprietilor de manipulare. Totui, masa molecular mai ridicat a rinii determin o contracie mai cobort, mbtrnire redus i o matrice rinic uor mai moale. Mai mult, aceste rini sunt mai hidrofobe i mai puin sensibile la umiditatea atmosferic.

    a) b)

    Figura IV.2: Structura chimic a UDMA (a) i Bis-EMA(6) (b) De-a lungul anilor, rinile dentare au fost ranforsate cu filler anorganic, cum ar fi

    sticla silanizat (particule ceramice), ns duritatea lor relativ cobort i durabilitatea materialului compozit au limitat folosirea practic [3]. De exemplu, n materialul compozit Filtek Z250 fillerul const n particule de oxid de zirconiu i oxid de siliciu cu dimensiunea ntre 0,01 m i 3,5 m i o medie de 0,6 m [118]. Ranforsarea cu fibre cu duritate ridicat sau whiskeri au condus la mbuntiri dramatice ale compozitelor dentare [4].

    Materialul restaurativ nanocompozit Filtek Supreme XT Universal [93] este activabil n lumina vizibil, avnd proprieti estetice optime, att n restaurrile monocrome, ct i n cele policrome. Sistemul de rini este cel de contracie redus folosit i la Filtek Z250. Nuanele translucide conin o combinaie de nano-filler de 75 nm din oxid de siliciu neaglomerate (neagregate) i clusteri de nano-particule aglomerate cu dimensiuni variind ntre 0,6 i 1,4 microni, cu un procentul masic de filler de 72,5%. Nuanele translucide nu sunt radioopace. Pentru celelalte nuane nano-particulele au dimensiunea de 20 nm, iar ncrcarea cu filler este de 78,5%.

  • 12

    CONTRIBUII PERSONALE CapitolulV:Metodologiacercetrii

    V.1. CONSIDERAII GENERALE n abordarea holistic, medicina dentar privete omul nu numai din punct de vedere

    biologic ci i social, fiind o fiin complex supus n permanen influenelor multidirecionale provenite din mediul social i natural, ambele medii fiind n interaciuni reciproce i care pot avea repercursiuni sanogenice sau patogenice la nivel de individ sau colectivitate uman. Nu putem vorbi de un comportament ideal al materialelor restaurative pentru un anumit caz clinic, dect n contexul derulrii unor cercetri pertinente n acest domeniu, care s fie realizate premergtor aplicaiilor clinice. Aceste cercetri vizeaz pe de o parte analiza materialelor compozite prin diverse tehnici de microscopie i determinarea caracteristicilor fizico-chimice ale acestora, aspecte ce ocup un numr din ce n ce mai mare de pagini n literatura de specialitate, iar pe de alt parte testri ale biomaterialelor sub aciunea diverselor tipuri de fore. V.2. MOTIVAIA ALEGERII TEMEI

    Subiectul tezei prezente i pstreaz oportunitatea deoarece medicul dentist se confrunt zilnic cu problematica realizrii unei restaurri care s tind spre ideal, cu dificultile nchiderii marginale a obturaiilor, n special la nivelul pragului gingival, acolo unde umiditatea crevicular ngreuneaz desfurarea actului operator. Medicina dentar are la dispoziie o palet vast de materiale de obturaii fizionomice ce sunt elaborate de diverse firme de produse i aparatur medical dentar, ns decisive pentru impactul practic sunt studiile comparative ce privesc comportamentul fizico-chimic i analiza de microscopie ale acestora, un rol important aparinnd alegerii variantei terapeutice n deplin acord cu specificul fiecrei situaii clinice.

    Activitatea practic din sfera medicinii dentare ofer o imagine clar a frecvenei crescute a leziunilor odontale coronare la toate grupele de vrst, dar i a reconstruciilor coronare incorecte, att datorit alegerii greite a materialului compozit, ct i a nerespectrii timpilor clinici impui de firma productoare. Analiza comportamentului fizico-chimic al materialelor compozite utilizate n refacerile fizionimice odontale, precum i rspunsul organismului la aciunea indus de acestea reprezint o latur important a studiilor prezente, cu implicaii deosebite n alegerea i utilizarea corect a tipului de material. V.3. SCOPUL I OBIECTIVELE CERCETRII V.3.1. Scopul studiului

    Lucrarea de fa i propune lrgirea ariei metodelor de testare i analiz a materialelor compozite utilizate n terapia restaurativ, ca un aspect esenial pentru dezvoltarea i mbuntirea calitii obturaiilor fizionomice adaptate fiecrui caz clinic n parte.

    Scopul studiilor efectuate este de a veni n ntmpinarea medicului dentist prin descrierea materialelor compozite utilizate pe scar larg n terapia restaurativ actual, realiznd o corelaie dintre caracteristicile acestor materiale stabilite prin diferite metode i tipul de cavitate ce se dorete a fi restaurat. Nu n ultimul rnd am dorit s stabilim corelaiile dintre tipul de cavitate, materialele compozite utilizate i apariia modificrilor la nivel macroscopic ale acestora, dup 1, 2, 3 ani de la instaurarea tratamentului restaurativ.

  • 13

    V.4. DIRECII DE CERCETARE 1. Analiza statistic a unui lot de 60 pacieni diagnosticai cu leziuni odontale cariose

    de clase I, II, III, IV, V Black la care soluia terapeutic de elecie a constat n refacerea integritii coronare prin intermediul obturaiilor, utiliznd dou tipuri de materiale compozite: un material nanocompozit - Filtek Supreme XT i un compozit hibrid Filtek Z250.

    2. Analiza prin microscopie electronic a celor dou tipuri de compozit, Filtek Supreme XT i Filtek Z250, nainte i dup polimerizare;

    3. Analiza prin microscopie de for atomic i optic pentru compozitele dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250;

    4. Analiza proprietilor structurale a celor dou tipuri de compozite dentare luate n studiu, bazat pe difractometria de raze X i spectroscopie FTIR;

    5. Determinarea structurii compozitelor Filtek Supreme XT, precum i Filtek Z250 corodate n diferite medii;

    6. Studiul proprietilor termice i mecanice ale compozitelor dentare luate n studiu i influena conductivitii termice a acestora asupra esuturilor dentare;

    7. Stabilirea corelaiei dintre tipurile de materiale compozite utilizate i modificrile de culoare, de continuitate ale acestora n acord cu tipurile de caviti. V.5. MATERIAL I METOD

    n vederea atingerii obiectivelor propuse au fost realizate epruvete din cele dou materiale compozite, care au fost supuse analizei fizico-chimice, microscopice i structurale.

    Tipuri de studii utilizate: Analizele microstructurale au fost realizate cu ajutorul unui microscop electronic de baleiaj de la firma VegaTescan modelul LMH II aflat n dotarea laboratorului de microscopie electronic al Facultii de tiina i Ingineria Materialelor Iai; Analizele de microscopie optic s-au realizat pe un echipament Zeiss i s-au efectuat la o putere de amplificare de 1000 x pe materialul fotopolimerizat. Evaluarea gradului de conversie la polimerizare a fost realizat prin spectroscopie FTIR. A fost folosit un spectrometru FTIR Bruker din dotarea Institutului Naional de Fizica Materialelor Bucureti, utilizndu-se urmtoarele condiii de lucru: lungimea de und a fost n domeniul 300-7500 cm, rezoluia 2 cm i un numr de 32 de scanri. A fost determinat procentul de legturi duble C=C (cu vrful la 1638 cm) raportat la cel de legturi N-H din gruparea uretanic (cu vrful la 1537cm). Analiza comportamentului materialelor compozite dentare Filtek Z250 i Supreme XT n diverse medii corozive biologice ce simuleaz saliva natural. Epruvetele din materialele Filtek Z250 i Filtek Supreme XT fotopolimerizate n cabinetul medical au fost imersate n trei medii lichide artificiale, dou soluii tip saliv Fusayama i Afnor i o soluie Ringer, n incinte nchise i la temperatura camerei pentru o perioad de 30 de zile. Apoi, suprafeele probelor au fost investigate prin microscopie electronic i analiz de raze X - EDX pentru determinarea strii de material dup contactul prelungit cu cele 3 soluii. Analiza statistic a unui lot de pacieni diagnosticai cu leziuni odontale coronare simple la care s-a optat pentru reconstituire cu obturaii fizionomice, datorit particularitilor clinice. n cadrul acestei cercetri s-a folosit pentru prelucrarea statistic a datelor programul SPSS 16.00 pentru WINDOWS [119,120] obinndu-se frecvena, reprezentarea grafic a dreptei regresiei, coeficientul de regresie i corelaia Pearson. n cadrul studiului s-au aplicat teste specifice diverselor tipuri de date analizate dintre care putem aminti teste de compararea valorilor medii a unui parametru corespunztor mai multor loturi de date dintre care testul ANOVA, teste specifice de corelaie pentru variabile cantitative ct i pentru variabile calitative dintre care putem meniona Pearson, Chiptrat (2).

  • 14

    CapitolulVI:Evaluareaincideneiiprevaleneileziunilorodontalecoronare

    VI.2 SCOPUL STUDIULUI Scopul studiului este reprezentat de stabilirea corelaiei dintre tipul de cavitate carioas, caracteristicile materialului compozit utilizat i indicii clinico-biologici ce caracterizeaz suportul dento-parodontal, aspecte ce influeneaz alegerea corect a materialului utilizat n reconstrucia coronar i a parametrilor polimerizrii. VI.3 MATERIAL I METOD

    Am luat n studiu un prim lot alctuit din 180 de pacieni 105 brbai i 75 femei, provenind n proporie de 70% din mediul urban i 30% din mediul rural, care au fost examinai i tratai pe o perioad de trei ani (1 ianuarie 2007- 1 octombrie 2011) n cabinetul de medicin dentar.

    Cel de-al doilea lot a cuprins un numr de 60 de pacieni, din totalul de 180 de pacieni ce au urmat un tratament odontal coronar restaurativ, excluznd pacienii cu risc cariogen crescut, parafunctii (bruxism), fumtori, cu igien oral precar, afeciuni cardiovasculare, diabet zahar, discrazii sanguine, boli infecto-contagioase, precum i pacientele, ce ar fi putut influena rezultatele pe termen lung ale obturaiilor.

    Toi pacienii inclui n acest studiu au fost diagnosticai cu leziuni odontale coronare de clasa I, II, III, IV, V Black i cu diferite complicaii datorit netratrii la timp a acestora sau a tratrii incorecte. Din numrul total de 60 de pacieni, brbai, cu vrsta cuprins ntre 30-45 ani s-au prezentat la tratamentul stomatologic n vederea reconstiturii odontale coronare prin intermediul compozitelor dentare 18 pacieni cu leziuni carioase pe suprafaa ocluzal a dinilor laterali, dup a cror preparare au rezultat caviti de clasa I Black, 17 pacieni cu leziuni carioase pe suprafeele proximale ale dinilor laterale, dup a cror preparare au rezultat caviti de clasa II Black, 8 pacieni cu leziuni carioase pe suprafeele proximale ale dinilor frontali, dup a cror preparare au rezultat caviti de clasa III Black, 8 pacieni cu leziuni carioase pe suprafeele proximale ale dinilor frontali, cu implicarea unghiului incizal, dup a cror preparare au rezultat caviti de clasa IV Black, precum i 9 pacieni cu leziuni carioase pe suprafaa vestibular n zona cervical a dinilor frontali sau laterali, dup a caror preparare au rezultat caviti de clasa V Black. Acest lot de 60 de pacieni a fost divizat n dou sub-loturi egale, pe care s-au realizat reconstituiri folosind cele dou materiale compozite, Filtek Supreme XT i Filtek Z250.

    Protocolul clinic de realizare a obturaiilor Prepararea cavitilor s-a realizat cu minim de sacrificiu de substan dur dentar,

    conform principiilor moderne de tratament ale leziunilor carioase [124,125], prin tratamentul mecanic cu freze diamantate par (nr. 330, 329) sau cilindrice cu capt rotunjit (nr. 245, 271, 272) turate la viteze nalte pentru smal i la viteze joase pentru dentin, realiznd planee netede i unghiuri interne rotunjite [126-130]. Am realizat finisarea i netezirea marginilor superficiale de smal, precum i bizotarea n scopul optimizrii formei de adeziune, dei sunt studii care atest faptul c modalitatea de preparare a smalului nu afecteaz puterea de aderare a sistemelor adezive de generaia V-a i a VI-a [125]. Bizotarea marginilor cavitii am realizat-o atunci cnd acestea nu au fost n zone de contact ocluzal. La nivel gingival, cnd marginile au fost la 2 mm distan sub jonciunea smal cement bizoul realizat a fost plat scurt. S-a acordat atenie ndeprtrii a ct mai puin din structura dintelui, dar cu obinerea unei adaptri ct mai exacte a restaurrii [128]. Apoi zonele de smal au fost condiionate cu acid fosforic 37% i a fost aplicat un agent adeziv [129].

  • 15

    Evaluarea parametrilor clinici a restaurrilor utilizate s-a realizat prin: i) Criteriile Ryge de evaluare a restaurrilor; ii) Retenia restaurrilor; iii) Sensibilitatea i complicaiile postoperatorii. Avnd n vedere aceste criterii, resturrile au fost clasificate n: Restaurri corecte, ce corespund tuturor exigenelor; Restaurri acceptabile ce prezint unul sau mai multe defecte minore, care pot fi meninute

    pe loc, dar monitorizate n cursul vizitelor de dispensarizare sau care pot fi reparate cnd este cazul;

    Restaurri inacceptabile care necesit o nlocuire imediat pentru c risc s produc leziuni ale dinilor restaurai sau ale esuturilor din jur.

    Evaluarea periodic s-a realizat la 12 luni, 24 luni i 36 luni, folosind criteriile Ryge, precum i urmrind apariia fisurilor sau fracturilor la fiecare restaurare unde a fost cazul.

    VI.4. REZULTATE I DISCUII Pentru efectuarea analizei statistice descriptive am atribuit criteriilor Ryge i variabilelor Fractur compozit i Fisuri compozit valori numerice, cuprinse ntre 1 i 2, cu valoarea 1 pentru aprecierea maxim pozitiv i 2 pentru cea maxim negativ. Apoi, au fost calculate mediile pentru fiecare tip de material i dup fiecare an de evaluare. n Figura VI.1 sunt prezentate aceste medii n cazul nanocompozitului Filtek Supreme XT. Dup primul an nu au fost observate modificri semnificative ale parametrilor clinici. n cel de-al doilea an, doar criteriul Contururi anatomice s-a nrutit, avnd valoarea medie 1.3. Pentru cel de-al treilea an acelai criteriu a avut o valoare mult mai negativ, crescnd la 1.53, dar i alte criterii s-au deteriorat. Menionm aici Fractur compozit cu media 1.4, respectiv Adaptare marginal cu media 1.23.

    Figura VI.1: Media parametrilor clinici pentru nanocompozitul Filtek Supreme XT dup 1, 2

    i 3 ani de evaluare

    Figura VI.2: Media parametrilor clinici pentru compozitul hibrid Filtek Z250 dup 1, 2 i 3

    ani de evaluare

    1an2ani3ani1,00

    1,50

    2,00

    Culoare Coloraiemarginal Adaptaremarginal Contururianatomice FracturCompozit Fisuricompozit

    1,00 1,00 1,00 1,101,03

    1,00

    1,00 1,03 1,071,30

    1,131,03

    1,03 1,10 1,231,53

    1,40

    1,03

    Med

    iepa

    rametric

    liniciFi

    ltek

    Suprem

    eXT

    1an 2ani 3ani

    1an2ani3ani1,00

    1,50

    2,00

    Culoare Coloraiemarginal Adaptaremarginal Contururianatomice FracturCompozit Fisuricompozit

    1,13 1,271,17

    1,031,00 1,10

    1,40 1,57 1,431,17

    1,031,37

    1,67 1,77 1,77

    1,331,17

    1,60

    Med

    iepa

    rametric

    liniciFi

    ltek

    Z250

    1an 2ani 3ani

  • 16

    n mod similar, au fost analizate rezultatele obinute pentru compozitul Filtek Z250 (Figura VI.2). Dup primul an, parametrul Coloraie marginal a suferit cea mai important modificare, avnd valoarea medie 1.27. Dup cel de-al doilea an aceast medie a crescut la 1.57, dar s-au deteriorat semnificativ i parametrii Culoare, cu media 1.4, i Adaptare marginal, cu media 1.43. Pentru cel de-al treilea an s-au observat valori negative, apropiate de 2 ale parametrilor Culoare (1,67), Coloraie marginal (1,77) i Fisuri compozit (1,6).

    Analizm n continuare comparativ comportamentul celor dou tipuri de materiale dup 1, 2 i 3 ani prin intermediul valorilor numerice medii asociate criteriilor Figura VI.3.

    Figura VI.3: Analiz comparativ a mediei parametrilor clinici pentru compozitele Filtek Supreme XT i Filtek Z250 dup 1 an (a), 2 ani (b) i 3 ani (c) de evaluare

    Evaluarea clinic la 1 an a celor dou materiale (Figura VI.3a) a artat un comportament uor superior al compozitului Filtek Supereme XT, deoarce obturaiile realizate cu Filtek Z250 au avut de suferit mai ales n privina criteriului Coloraie marginal. Pentru

    FiltekSupremeXTFiltekZ2501,00

    1,50

    2,00

    CuloareColoraiemarginal Adaptare

    marginal Contururianatomice Fractur

    Compozit Fisuricompozit

    1,00 1,00 1,00 1,101,03

    1,00

    1,13 1,27 1,171,03

    1,00 1,10

    Med

    iepa

    rametric

    linicila

    1an

    FiltekSupremeXT FiltekZ250

    FiltekSupremeXTFiltekZ2501,00

    1,50

    2,00

    CuloareColoraiemarginal Adaptare

    marginal Contururianatomice Fractur

    Compozit Fisuricompozit

    1,00 1,03 1,071,30

    1,131,03

    1,401,57

    1,43

    1,171,03

    1,37

    Med

    iepa

    rametric

    linicila

    2an

    i

    FiltekSupremeXT FiltekZ250

    FiltekSupremeXTFiltekZ2501,00

    1,50

    2,00

    CuloareColoraiemarginal Adaptare

    marginal Contururianatomice Fractur

    Compozit Fisuricompozit

    1,03 1,101,23

    1,53

    1,40

    1,03

    1,67 1,77 1,77

    1,33

    1,17

    1,60

    Med

    iepa

    rametric

    linicila

    3ani

    FiltekSupremeXT FiltekZ250

  • 17

    cel de-al doilea an, compozitul hibrid este inferior din punct de vedere al parametrilor Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal i Fisuri compozit, cu medii ale valorilor numerice asociate apropiate de 1,5. Totui, este uor superior din punct de vedere al parametrilor Contururi anatomice i Fractur compozit. Situaia s-a meninut i n cel de-al treilea an de evaluare clinic, cu creterea diferenelor dintre valorile numerice asociate. Concluzionm aadar dup cei 3 ani de evaluare un comportament superior al compozitului Filtek Supreme XT la criteriile Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal i Fisuri i inferior la criteriile Contururi anatomice i Fractur compozit.

    Efectuarea analizei de regresie cu SPSS Ne propunem s estimm cantitativ relaia dintre Compozit, Cavitate, Coloraie

    marginal, Culoare, Adaptare marginal, Fracturi compozit i Fisuri compozit. VI.4.3. Analiza de regresie multipl dup 3 ani n Figura VI.4 este prezentat analiza dup 3 ani a liniariti asocierii dintre variabilele Compozit, Cavitate, Coloraie marginal, Culoare, Adaptare marginal, Fracturi compozit i Fisuri compozit.

    Rezult c toate relaiile sunt de tip liniar i urmtoarele corelaii: Compozit i Cavitate coreleaz pozitiv. Compozit i Culoare coreleaz negativ.

    Compozit i Coloraie marginal coreleaz negativ. Compozit i Adaptare marginal coreleaz negativ. Compozit i Contururi anatomice coreleaz pozitiv. Compozit i Fractur compozit coreleaz pozitiv. Compozit i Fisuri compozit coreleaz negativ.

    Cavitate i Coloraie marginal coreleaz pozitiv. Cavitate i Culoare coreleaz pozitiv. Cavitate i Adaptare marginal coreleaz negativ. Cavitate i Contururi anatomice coreleaz negativ. Cavitate i Fractur compozit coreleaz negativ. Cavitate i Fisuri compozit coreleaz negativ.

    Figura VI.4: Analiza dup 3 ani a liniariti asocierii dintre variabile

    Compozit

    Coloratie marginala

    Contururi anatomice

    Fisuri compozit

  • 18

    Coloraie marginal i Culoare coreleaz pozitiv. Coloraie marginal i Adaptare marginal coreleaz pozitiv. Coloraie marginal i Contururi anatomice coreleaz negativ. Coloraie marginal i Fractur compozit coreleaz negativ. Coloraie marginal i Fisuri compozit coreleaz pozitiv.

    Culoare i Adaptare marginal coreleaz pozitiv. Culoare i Contururi anatomice coreleaz negativ. Culoare i Fractur compozit coreleaz negativ. Culoare i Fisuri compozit coreleaz pozitiv.

    Adaptare marginal i Contururi anatomice coreleaz pozitiv. Adaptare marginal i Fractur compozit coreleaz pozitiv. Adaptare marginal i Fisuri compozit coreleaz pozitiv.

    Contururi anatomice i Fractur compozit coreleaz pozitiv. Contururi anatomice i Fisuri compozit coreleaz negativ.

    Fractur compozit i Fisuri compozit coreleaz negativ. Valorile din matricea de corelaie (Figura VI.5) confirm constatrile anterioare.

    Figura VI.5: Matricea de corelaii dintre variabilele Compozit, Cavitate, Coloraie

    marginal, Culoare, Adaptare marginal, Fracturi compozit i Fisuri compozit dup 3 ani Toate variabilele predictor coreleaz pozitiv ntre ele Culoare - Coloraie

    marginal(+0.628), Culoare - Adaptare marginal (+0.454), Culoare - Fisuri compozit (+0.477), Coloraie marginal- Adaptare marginal(+0.538), Coloraie marginal-Fisuri compozit (+0.562), Adaptare marginal - Contururi anatomice (+.269), Adaptare marginal-Fisuri compozit (+0.394),Contururi anatomice-Fractur compozit (+.719), variabila Culoare coreleaz negativ cu criteriul (-0.664), variabila Coloraie marginal coreleaz negativ cu criteriul (-0.673), variabila Adaptare marginal coreleaz negativ cu criteriul (-0.533), variabila Fisuri compozit coreleaz negativ cu criteriul (-0.609), iar variabila Fractur compozit coreleaz pozitiv cu criteriul (+0.259) restul variabilelor independente nu coreleaz cu criteriul.

    Analog cu anterior, variabilele independente nu trebuie s coreleze ntre ele, dar trebuie s coreleze cu criteriul. Trebuie deci s evalum semnificaia corelaiilor din matrice. Constatm c toate relaiile dintre variabilele predictor care coreleaz pozitiv sunt

  • 19

    semnificative, Adaptare marginal - Contururi anatomice(0.038) este nesemnificativ. n acelai timp, toate corelaiile dintre variabilele predictor i criteriu care coreleaz negativ sunt semnificative, in timp ce corelaia pozitiva cu Fractur compozit este nesemnificativ.

    S examinm n acest caz coeficientul de corelaie multipl ntre variabila dependent, Compozit, i variabilele predictor (Figura VI.6). Valoarea sa, (0.817) ne indic o corelaie semnificativ ntre variabilele predictor, simultan cu variabila criteriu. Valoarea lui R2 (0.668) ne arat c 66.8 % din variaia lui Compozit este determinat de cele sapte mrimi Cavitate, Coloraie marginal, Culoare, Adaptare marginal, Contururi anatomice, Fractur compozit i Fisuri compozit.

    Figura VI.6: Coeficientul de corelaie multipl ntre variabila dependent, Compozit, i

    variabilele predictor dup 3 ani

    Coeficienii individuali de regresie la 3 ani de evaluare sunt prezentai n Figura VI.7.

    Figura VI.7: Coeficienii de regresie liniar multipl dup 3 ani

    Utiliznd valorile coeficienilor B putem scrie ecuaia de regresie liniar multipl

    dintre variabilele predictor i variabila criteriu: CO=2.532+(0.001) CV-(0.310)C-(0.195) CM-(0.260)AM+(0.081)CA+(0.203)FC-

    -(0.246) FI Rezultatele studiului de mai sus pot fi sintetizate n felul urmator :

    Analiza de regresie multipl a urmrit evaluarea capacitii de predicie a lui CO compozit de ctre CV - cavitate, CM - Coloraie marginal, C - culoare, AM - adaptare marginal, CA - contururi anatomice, FC - Fractur compozit i FI fisuri compozit. A fost identificat o relaie de tip liniar slaba ntre variabila criteriu si predictori (F = 14.955, p =0.000). Coeficientul de corelaie multipl a fost R=0.817. Aproximativ 66.8 % din variaia lui CO compozit poate fi explicat prin contribuia simultan a celor sapte variabile. Variabilele Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal si Fisuri compozit coreleaz negativ cu criteriul, variabila Fractur compozit coreleaz pozitiv cu criteriul, restul variabilelor independente nu coreleaz cu criteriul. Aadar, n urma evalurii la 3 ani a obturaiilor realizate putem afirma c n proporie de 66,8%, compozitul Filtek Supreme XT s-a comportat mai bine la criteriile Ryge Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal si Fisuri compozit, ns negativ la criteriul Fractur compozit. Concluzii similare au fost obinute i anterior, calitativ, prin intermediul analizei statistice descriptive.

  • 20

    Analiza influenei tipului de cavitate asupra comportamentului compozitelor restaurative Filtek Supreme XT i Filtek Z250 Ne propunem n continuare s analizm comportamentul fiecruia din cele dou materiale restaurative, Filtek Supreme XT i Filtek Z250, n diferite clase de caviti. Analog cu anterior, criteriilor Ryge le-au fost asociate valori numerice, cu 1 pentru aprecierea maxim pozitiv i 2 pentru cea maxim negativ. Apoi au fost calculate mediile acestor valori pe caviti, pentru toate reconstiturile realizate i pentru toi cei trei ani de studiu. n Figura VI.8a) este prezentat pentru nanocompozitul Filtek Supreme XT comportamentul n caviti de cele cinci clase Black. Se constat un comportament foarte bun pentru caviti de Clasa III i Clasa V (toate valorile sunt apropiate de 1) i bun pentru Clasa I. Pentru Clasele II i IV au fost observate deteriorri ale obturaiilor pentru criteriile Contururi anatomice i Fractur compozit. Aceleai rezultate, dar pentru compozitul Filtek Z250 sunt prezentate n Figura VI.8b). Constatm un comportament deficitar pentru criteriile Culoare, Coloraie marginal Adaptare marginal i Fisuri compozit, mai accentuat pentru cavitile de Clasa IV, unde valorile numerice sunt apropiate de 2. Pentru criteriile Conturi anatomice i Fractur compozit comportamentul este bun, cu valori apropiate de 1 n caviti clasa I, II i III.

    Figura VI.8a): Dependena de tipul de cavitate a valorilor numerice asociate criteriilor Ryge

    pentru obturaiile realizate cu Filtek Supreme XT medie pe 3 ani de studiu

    Figura VI.8b): Dependena de tipul de cavitate a valorilor numerice asociate criteriilor Ryge

    pentru obturaiile realizate cu Filtek Z250 medie pe 3 ani de studiu

    ClasaIClasaIIClasaIIIClasaIVClasaV

    1,00

    1,50

    2,00

    1,19 1,221,15

    1,631,42

    1,47

    1,20

    Tipd

    ecavita

    te

    Valoaren

    umerica

    sociat

    criteriilor

    Ry

    ge

    ClasaIClasaIIClasaIIIClasaIVClasaV

    1,00

    1,50

    2,00

    1,44 1,52

    1,41

    1,78 1,891,78

    1,441,33

    1,73 1,67

    1,40

    Tipd

    ecavita

    te

    Valoaren

    umerica

    sociat

    criteriilor

    Ry

    ge

  • 21

    VI.5. CONCLUZII

    1. n prezentul capitol am studiat clinic comparativ, folosind criteriile Ryge,

    comportamentul nanocompozitului Filtek Supreme XT i cel al compozitului hibrid Filtek Z250, pe un lot de 60 de pacieni cu diverse tipuri de caviti, prin evaluri la 1 an, 2 ani i 3 ani.

    2. Folosind statistica descriptiv, evaluarea clinic la 1 an a celor dou materiale a artat un comportament uor superior al compozitului Filtek Supereme XT, deoarce obturaiile realizate cu Filtek Z250 au avut de suferit mai ales n privina criteriului Coloraie marginal. Pentru cel de-al doilea an, compozitul hibrid este inferior din punct de vedere al parametrilor Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal i Fisuri compozit. Totui, este uor superior din punct de vedere al parametrilor Contururi anatomice i Fractur compozit. Situaia s-a meninut i n cel de-al treilea an de evaluare clinic, cu creterea diferenelor dintre valorile numerice asociate. Concluzionm aadar, dup cei 3 ani de evaluare, un comportament superior al compozitului Filtek Supreme XT la criteriile Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal i Fisuri i inferior la criteriile Contururi anatomice i Fractur.

    3. Analiza de regresie multipl a urmrit evaluarea capacitii de predicie a variabilei dependente CO compozit (Filtek Z250 cu valoarea atribuit 1, respectiv Filtek Supreme XT cu 2), de ctre variabilele predictor CM - Coloraie marginal, C - culoare, AM - adaptare marginal, CA - contururi anatomice, FC - Fractur compozit i FI - fisuri compozit (cu valori atribuite 1 pentru aprecierea maxim pozitiv, respectiv 2 pentru aprecierea maxim negativ).

    4. Pentru evaluarea la 1 an, coeficientul de corelaie multipl a fost R = 0.478. Aproximativ 22.9 % din variaia lui CO compozit poate fi explicat prin contribuia simultan a 3 variabile, Culoare, Coloraie marginal si Adaptare marginal, cu care coreleaz negativ. Aadar n urma evalurii la 1 an rezult c materialul compozit Filtek Supreme XT este uor favorabil fa de Filtek Z250 n privina acestor criterii.

    5. Pentru analiza de regresie multipl la 2 ani, coeficientul de corelaie multipl a fost R=0.702. Aproximativ 49.2 % din variaia lui CO compozit poate fi explicat prin contribuia simultan a celorlalte variabile. De aceast dat patru variabile, Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal i Fisuri compozit coreleaz negativ cu criteriul, iar restul variabilelor independente nu coreleaz cu criteriul. Aadar, nanocompozitul Filtek Supreme XT este favorabil fa de Filtek Z250 n privina acestor criterii.

    6. n urma evalurii la 3 ani a obturaiilor realizate putem afirma c n proporie de 66,8%, compozitul Filtek Supreme XT s-a comportat mai bine la criteriile Ryge Culoare, Coloraie marginal, Adaptare marginal si Fisuri compozit, ns negativ la criteriul Fractur compozit. 7. Am analizat comportamentul fiecruia din cele dou materiale restaurative n diferite clase de caviti. S-a constatat un comportament foarte bun pentru Filtek Supreme XT la caviti de Clasa III i Clasa V i bun la Clasa I. Pentru Clasele II i IV au fost observate deteriorri ale obturaiilor pentru criteriile Contururi anatomice i Fractur compozit. Pentru compozitul hibrid Filtek Z250 am constatat un comportament deficitar pentru criteriile Culoare, Coloraie marginal Adaptare marginal i Fisuri compozit, mai accentuat pentru cavitile de Clasa IV. Pentru criteriile Conturi anatomice i Fractur compozit comportamentul este bun, mai ales pentru cavitile de clasa I, a II-a i a III-a.

  • 22

    CapitolulVII:Contribuiipersonalelastudiulproprietilorstructuralealeunorcompozitedentare

    VII.2. SCOP Studiul a vizat analiza materialelor compozite cu matrice polimeric i elemente de

    ranforsare pe baz de oxizi de zirconiu i siliciu, cu largi aplicaii n stomatologia restaurativ. Analiza s-a realizat din punct de vedere microstructural prin microscopie electronic cu baleaj (SEM), nainte i dup procesul de fotopolimerizare iniiat folosind o lamp de fotopolimerizare utilizat n cabinetul de medicin dentar. VII.3. MATERIAL I METOD

    Pentru realizarea scopului propus am selectat dou materiale compozite puse la dispoziie de Firma 3M ESPE, avnd aceeai matrice polimeric i particule de ranforsare, pentru ca rezultatele finale s nu fie influenate de acestea. Materialele propuse spre analiz sunt Filtek Z250 [118], un material hibrid cu elemente de ranforsare micrometrice i Filtek Supreme XT [93], un material compozit cu elemente de ranforsare nanometrice, ambele cu particule de oxid de zirconiu i oxid de siliciu. Probele supuse analizei au fost fotopolimerizate folosind o surs cu LED (light emitting diode) de tip Optilight LD MAX - Gnatus.

    Datorit necesitii unei puteri mari de mrire, s-a apelat la utilizarea unui microscop electronic cu scanare, aflat n dotarea laboratoarelor Facultii de tiina i Ingineria Materialelor, Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din Iai. Pentru obinerea rezultatelor a fost folosit un detector de electroni secundari (SE) pentru diverse tensiuni de alimentare a lmpii tunului de electroni. Valorile 10 kV sau 20 kV reprezint tensiunile obinuite de analiz a materialelor polimerice, cu scopul de a nu deteriora sau ncrca electrostatic materialul.

    VII.4. REZULTATE I DISCUII VII.4.1 Studiul privind analiza suprafeei i analiza microstructural a materialelor compozite dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250

    Materialele compozite Filtek Supreme XT i Filtek Z250 n stare nepolimerizat sunt prezentate comparativ la diferite scri de mrire n Figura VII.1 pentru o caracterizare iniial. Analizele s-au realizat pe materialul afectat de lumin ntr-o msur foarte mic.

    n Figura VII.1 pot fi observate calitativ cteva dimensiuni caracteristice ale elementelor de ranforsare pe baz oxid de siliciu i oxid de zirconiu din materialele compozite analizate. Astfel, n cazul Filtek Supreme XT (Figurile VII.1a),c),e)), se observ c majoritatea particulelelor au dimensiuni submicronice, de ordinul zecilor de nanometri, ins exist o puternic aglomerare a acestora, cu formare de clusteri cu diametru de pn la 2 m. Aceasta conduce la existena unor spaii goale n matrice, fr elemente de ranforsare, nici chiar foarte mici, de pn la 0,5 m. Microscopiile electronice realizate pe materialul dentar Filtek Z250 n Figura VII.1b),d),f) evideniaz forma, dispunerea i dimensiunile principalelor elemente componente ale materialului. Se observ componente de form circular n general cu diverse dimensiuni de la raze de 150 - 250 nm pentru particulele cele mai mici la 500 nm cele medii i 0,8-1 m cele mari. Notm c particulele foarte mari ale acestui material au aproximativ jumtate din dimensiunea clusterilor observai anterior la Filtek Supreme XT. Mai mult, se observ o foarte bun compactitate a materialului compozit cu spaii libere foarte restrnse, crescnd astfel rezistena la uzur a acestui material. Spaiile sunt n general submicronice i ocupate cu fillere de dimensiuni mai mici, reducnd astfel foarte mult suprafaa de matrice liber. Spaierea ntre particulele de ranforsare medii ca dimensiune este cuprins ntre 300 i 850 de nanometri, iar ntre particulele mici i foarte mici sub 100 de nanometri.

  • 23

    a) Filtek Supreme XT - 10000 b) Filtek Z250 - 10000

    c) Filtek Supreme XT - 20000 d) Filtek Z250 - 20000

    e) Filtek Supreme XT - 30000 f) Filtek Z250 - 30000 Figura VII.1: Microstructura materialelor compozite Filtek Supreme XT i Filtek Z250

    nepolimerizate pentru diferite puteri de mrire: 10000, 20000, 30000

  • 24

    n continuare am analizat cele dou materiale n stare polimerizat. Probele, avnd diametrul de 10 mm i grosimea relativ mare, de aproximativ 2,5 mm, au fost fotopolimerizate un timp mai ndelungat, de 60 secunde, pentru a se asigura uniformitatea n profunzimea materialelor. Analiza suprafeei acestora prin microscopie electronic cu baleiaj a artat pstrarea aspectelor microstructurale identificate anterior, n starea nepolimerizat. VII.4.2. Determinarea compoziiei chimice prin analiz EDX pentru compozitele dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250

    n cadrul acestui subcapitol au fost realizate teste de analiz chimic i distribuie a elementelor existente n materialele dentare Filtek Supreme XT i Filtek Z250 att nainte, ct i dup procesul de fotopolimerizare, n scopul precizrii proprietilor chimice ale acestora. Se utilizeaz n continuare microscopul electronic cu scanare (SEM), prezentat n subcapitolul anterior la care este atasat dispozitivul EDX.

    a) Filtek Supreme XT Pentru nceput, am studiat compozitul Filtek Supreme XT n stare nepolimerizat,

    avnd imaginea microscopic prezentat n Figura VII.2a). Pe aceasta a fost selectat o linie de 15 m, dou puncte notate 1 pe o particul i 2 n matrice, i o arie de 1212 m2. Analiza punctual se realizeaz pe un spot de 90 nm n zona selectat.

    Figura VII.2: Selectarea

    unei linii, a dou puncte i a unei arii pe imaginea microscopic a compozitului Filtek Supreme XT nepolimerizat (a), distribuia liniar (b) i pe suprafa (c) a principalelor elemente chimice, sau separat a fiecruia dintre ele Si (d), O (e), C (f), Zr (g)

  • 25

    Distribuia spaial a elementelor chimice pe zona ptrat selectat n Figura VII.2a) este prezentat n Figurile VII.2c)-e), mai nti cumulat, pentru toate elementele principale Figura VII.2c), iar apoi separat, pe fiecare dintre acestea: Si (d), O (e), C (f), Zr (g), relevnd uniformitatea compoziiei chimice la scara de analiz. Cantitativ, compoziia materialului Filtek Supreme XT nepolimerizat este dat n Tabelul VII.1, cu un procent atomic de 66,87% oxigen, 14,5% siliciu, 2,5% zirconiu i 16,12% carbon. Remarcm erorile procentuale aflate n limite rezonabile, ce confer credibilitate msurtorilor efectuate. Tabel VII.1: Compoziia chimic a Filtek Supreme XT nepolimerizat pe o arie de 1212 m2 Element Numr

    atomic

    seria

    Net Procente masice

    [%]

    Procente masice

    normalizate [%]

    Procente atomice

    normalizate [%]

    Eroare procentual

    [%]

    Oxigen 8 K 35598 61,20 57,19 66,87 8,64 Siliciu 14 K 105117 22,50 21,03 14,50 0,99 Zirconiu 40 L 24212 12,60 11,78 2,50 0,72 Carbon 6 K 11243 10,70 10,00 16,12 1,50

    Suma: 107,00 100 100

    n continuare, au fost efectuate analize similare pe nanocompozitul Filtek Supreme XT n stare polimerizat. Acesta a fost fotopolimerizat prin expunere timp de 20, 40, 60 secunde la radiaia lmpii de cabinet cu LED prezentat anterior.

    Studiile recente din literatura de specialitate [168-170] au artat formarea unui strat inhibat de oxigen (OIL) pe suprafaa rinilor de metacrilat, fotopolimerizate n prezena oxigenului. Acesta este rezultatul afinitii crescute a radicalilor liberi pentru oxigen, care este mai mare dect atracia ctre legturile duble carbon-carbon, iar n consecin se ncetinete formarea polimerului [171,172]. Astfel OIL poate fi definit ca un strat inhibat sau ncetinit al monomerului, prezent pe suprafaa rinii metacrilat. Grosimea acestui strat a fost gsit experimental n limite foarte largi, de la 4 m la 84 m, i depinde de vscozitatea rinii, ncrcarea cu filler, temperatur [171]. Clinic, prezena stratului inhibat de oxigen este important deoarece la aplicarea n straturi a materialului compozit de restaurare, impus de cavitile adnci i grosimea de fotopolimerizare, existena interfeelor dintre acestea scade proprietile mecanice ale restaurrii [173,174].

    Din acest motiv, n cadrul prezentului studiu, am dorit s determinm compoziia chimic a suprafeei materialului Filtek Supreme XT fotopolimerizat prin expunere, diferii timpi, la radiaia lmpii de cabinet. Msurtorile experimentale prin EDX au fost efectuate pe arii similare celei din Figura VII.2a), de 1212 m2.

    Rezultatele sunt prezentate sintetizat n Figura VII.3. Acestea arat c n urma fotopolimerizrii exist o c