نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار گروه ترمیمی و زیبایی دانشکده دندانپزشکی دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد
2 استادیار گروه ترمیمی و زیبایی دانشکده دندانپزشکی دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد
3 دندانپزشک
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction:Restorative materials should be able not to strain under pressure during restoration process or mastication, so their mechanical properties are of high importance. The aim of this study was to evaluate the compressive and diametric tensile strength of hybrid and nanofilled composite restorative materials.
Materials & Methods: Two hybrids (Diafil & Spectrum) and two nanofilled composite (nex com & synergy nano) were used in this in vitro experimental study. Samples were placed in a special circular mold and were light cured. After removing, the samples were stored in a light proof container under distilled water for 1 week. The specimens were then submitted to compressive and diametric tensile test, using universal compression machine at a crosshead speed of 1 mm/min. Data were analyzed using ANOVA and Duncan tests at significant level of 0.05.
Results: There was not any significant difference between the values of compressive strengths of the composites (P>0.05). Nex comp showed the least diametric tensile strength (P<0.05), but no significant difference was detected between the other three materials.
Conclusion: Compressive strength of various composites was about the same, but diametric tensile strength of Nexcomp nanofilled composites was lower than other nanofilled or hybrid composites.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
کامپوزیت‌های دندانی رزینی که با نور مرئی فعال میشوند به طور گستردهای به عنوان مواد ترمیمی در دندانهای قدامی و خلفی مورد استفاده قرار میگیرند.
مقدار نرمی مواد ترمیمی، سایش بیش از حد، از دست دادن حالت سازگاری حیاتی مواد ترمیمی، تغییر رنگ مواد، شکستگی و از دستدادن گیر مواد همه و همه به ناکافی بودن مقدار پلیمریزاسیون مواد مرتبط است.(1) خصوصیات مکانیکی از قبیل سختی و مقاومت در برابر سایش از جمله مواردی هستند که به مقدار تغییرات مونومرهای موجود در کامپوزیت‌ها بستگی دارد.(2)
در کامپوزیت‌های نانو به طور قابل توجهی انقباض بعد از پلیمریزاسیون کاهش یافته و دارای خصوصیات فوقالعاده ای از جهت زیبایی نسبت به دیگر کامپوزیت‌ها (Hybrid, Packable) میباشند. استفاده از نانو کامپوزیت‌ها هیچ محدودیتی در ترمیم دندانها ندارد به این معنی که میتوانند برای ترمیم دندانهای قدامی و خلفی مورد استفاده قرار گیرند.(3)
تکنولوژی نانو موجب پیشرفت در ساختار کامپوزیت‌های رزینی شده است که با وجود ذرات نانو به اندازهای حدود 25 نانومتر و تراکمی حدود 75 نانومتر (منظور تعداد ذرات در واحد حجم می باشد) این امر محقق گردیده است. از جمله این ذرات می‌توان به زیر کونیم و سیلیکا و یا ذرات نانو سیلیکا اشاره کرد.
این تراکم توسط ذرات سیلان ایجاد میشود که در نهایت به ماتریکس رزینی باند میشوند. پراکندگی فیلرها در ماتریکس موجب افزایش فشار تا 5/79 درصد میشود.(4)
هرچه اندازه و سایز ذرات کوچکتر باشد، رزینی که حاوی این نوع ذرات است قابلیت پرداخت بهتری دارد و نه تنها مقدار سایش در این نوع ترمیمها با گذشت زمان افزایش نمییابد بلکه سطح صاف و صیقلی در آنها باقی میماند. این تکنولوژی همچنین موجب بهبود خواص مکانیکی این مواد شده است تا بتوانند در دندانهای قدامی و خلفی مورد استفاده قرار گیرند.(5)
تنها اشکال موجود این است که به خاطر کوچک بودن بیش از اندازهی ذرات، آنها قادر به منعکس کردن نور نیستند، بنابراین به ناچار آنها را با ذراتی با سایز بزرگ تر ترکیب میکنند، که میانگین قطر این ذرات در حدود طول موج نور مرئی (حدوداً 1 میکرومتر) است، که این امر موجب بهبود هر چه بیشتر رفتارهای نوری آنها میشود.
کامپـوزیتهای نانوفیل و نانو هیبرید اخـیراً به صنعت معرفی شدهاند. کامپوزیت‌های نانو هیبرید دارای میانگین سایز ذرات (APS)[1] پایینتری نسبت به کامپوزیت‌های میکروفیلاند و با این حال بسیار محکم هستند.
این ترکیب که حاوی APS کاهشیافته با استحکام بالا است با قرارگیری دقیق و منظم ذرات فیلر در ماتریکس و با بهرهگیری از صنعت نانو تکنولوژی امکانپذیر شده است.(6)
این نوع از کامپوزیت‌ها جلاپذیری بالایی دارند، زیبایی بسیار خوبی ایجاد میکنند و همچنین خصوصیات مکانیکی ایدهآلی دارند.
اساس و ماهیت تکنولوژی نانو در ایجاد و فراهم ساختن مواد و وسایلی در حد اتم، مولکول و ساختارهای مافوق ذره و بهره برداری از خصوصیات منحصر به فرد ذراتی با سایز بین 1/0 تا 100 نانومتر می‌باشد.(7)
رزین کامپوزیت‌های نانو فیلد خصوصیات مکانیکی در حد کامپوزیت‌های هیبرید دارند و از این رو امکان استفاده در همان مواردی را دارند که کامپوزیت‌های هیبرید مورد استفاده قرار می گیرند و همچنین در ترمیم‌های زیبایی دندانهای قدامی نیز بسیار مورد توجه میباشند.(8)
Tolosa و همکارانش در سال 2005 طی مطالعاتی مقدار استحکام کششی سه نمونه کامپوزیت نوری را با دو منبع نوری مختلف مورد ارزیابی قرار دادند. سه نمونه کامپوزیت نوری مورد استفاده در این مطالعه شامل میکروفیلد (3MESpe) A110، (3MESpe ) P60 که برای ترمیم‌های خلفی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند و میکروهیبرید کاریسما (Heraeus-Kulzer) بود و دو نوع منبع نوری مختلف یکی نور هالوژن HAL
(Degulux و Degussa) و دیـگـری نــور دایــدی LED
(Ultrablue و DMC) بود.
نتایج بیانگر این واقعیت بود که هیچ گونه تفاوت آماری قابل توجهی در مقدار (DTS)[2] یک گروه کامپوزیت کیور شده با دو منبع نوری متفاوت دیده نشد. هر چند گروههای کامپوزیتی مختلف مقادیر DTS متفاوتی را نشان دادند.(9)
در مطالعات Aguiar و همکارانش در سال 2005 مقدار سختی و استحکام کششی رزین کامپوزیت هیبریدی (Z250, 3MESPE) که با چهار روش نوردهی متفاوت بررسی شد. آنها بیان کردند که مدیای مورد استفاده جهت نگهداری نمونه‌ها این قابلیت را دارد که موجب تغییر در خصوصیات فیزیکی کامپوزیت‌ها با ساختارهای پلیمری متفاوت شود.(10)
طی مطالعات Bona و همکارانش در سال 2008 رابطه مقدار استحکام انعطاف‌پذیری (σf) و استحکام کششی (σt) 4 نوع کامپوزیت رزینی (Filtek Z250،
AM-Amelogen، VE-Vitol-escence و EX-Esthet-X) مورد ارزیابی قرار گرفته است. این مقادیر برای EX و Z250 در هر دو تست σt و σf بیشترین بود. این نتایج تئوری ارتباط σt و σf را اثبات کرد.(11)
طی مطالعات Ilie N و همکارانش در سال 2009 تعداد 72 کامپوزیت هیبرید، نانوهیبرید، میکروفیلد Packable، ارموسر و Flowable از جهت رفتارهای مکانیکی مورد مقایسه قرار گرفتند. در این مطالعه مقدار استحکام انعطاف‌پذیری [3](FS) ضریب انعطاف‌پذیری [4](FM) استحکام کششی (DTS) و استحکام فشاری [5](CS) مورد بررسی قرار گرفت. پایین‌ترین مقدار خصوصیات مکانیکی مربوط به کامپوزیت‌های میکروهیبرید بود. کامپوزیت‌های Flowable تفاوت آماری قابل توجهی از لحاظ خصوصیات مکانیکی نسبت به میکروهیبرید‌ها نداشتند و تنها تفاوت آنها در بالا بودن DTS نسبت به کامپوزیت‌های میکروهیبرید بود. لذا نتیجه گیری شد که مقدار فیلر تأثیر بسیار زیادی در افزایش خصوصیات کامپوزیت‌ها از جمله FS و FM تا حد 60% دارند، در حالی که در مقدار DTS و CS نداشتند، از طرف دیگر نوع مواد بر روی خصوصیات مکانیکی کامپوزیت‌ها تأثیر دارد و بیشترین تأثیر آنها بر روی CS می‌باشد.(12)
بنابراین مواد ترمیمی در خلال تعبیه در دهان و نیز هنگام عمل جویدن باید در برابر نیروهای وارده پایداری کنند به همین سبب خواص مکانیکی این مواد از اهمیت خاصی برخوردار است. بدین لحاظ بر آن شدیم تا ویژگیهای مکانیکی استحکام فشاری و کششی کامپوزیت‌های جدید را در این تحقیق مورد بررسی قرار دهیم.
مواد و روش‌ها
در این مطالعه گروههای ده تایی از چهار نوع کامپوزیت نوری شامل دو نوع کامپوزیت هبرید (Diafill و Spectrum) و دو نوع کامپوزیت نانو (Nex comp و
Synergy Nano) و با رنگ یکسان A2 انتخاب شدند (جدول 1).
جهت آزمایش استحکام فشاری، قالبی از نیکل-کروم به ارتفاع mm 6 و قطر mm 3 ساخته شد تا به وسیله آن نمونه‌های استوانه ای شکل از قرار دادن کامپوزیت‌های متفاوت در داخل قالب تهیه شود. دیواره داخلی قالب از قبل توسط یک لوبریکنت غیرقابل واکنش با کامپویت (وازلین) پوشانده شد که این امر جهت سهولت در جدا کردن نمونه از قالب بعد از کیور کردن آنها بود. قبل از قرار دادن کامپوزیت، قالب به همراه یک نوار سلولوئیدی بر روی لام آزمایشگاهی قرار داده شد. کامپوزیت‌ها توسط اسپاتول پلاستیکی به صورت لایههایی با ضخامت mm 2 داخل قالب گذاشته و به مدت 40 ثانیه با دستگاه لایت کیور هالوژنی (Dent America ساخت کشور آمریکا) و با شدت ثابتmW/cm2550کیور شدند. در نهایت بر روی آخرین لایه کامپوزیت نوار سلولوئیدی قرار داده و با یک لام آزمایشگاهی دیگر بر روی نوار، کامپوزیت در داخل قالب به طور دقیق جای داده و به مدت 40 ثانیه دیگر کیور شد. نوک دستگاه لایت کیور در تماس با لام آزمایشگاهی قرار گرفت. نمونه‌های کامپوزیتی کاملاً کیور شده از قالب جدا شده و در ظرف حاوی آب مقطر با دمای oC 37 به مدت 1 هفته دور از نور نگهداری شدند.
تست استحکام فشاری توسط ماشین یونیورسال (SANTAM Co. STM-400 serial No:818408) با سرعت mm/min 1 صورت پذیرفت. نمونه‌ها به صورت عمودی بر روی پایه‌ی دستگاه قرار گرفتند و تا زمان ایجاد شکست تحت نیروی فشاری قرار گرفتند.
مقدار استحکام فشاری (CS) بر طبق فرمول CS=F/πr2 محاسبه شد (تصویر 1).
جدول 1 : ترکیب مواد کامپوزیتی مورد استفاده در مطالعه
|
Composite |
Organic/inorganic Matrix |
Inorganic Filler |
Filler size |
% Filler |
|
Diafill |
Bis-GMA TEGDEMA |
Boro-Silicate, Aluminum silica particles |
μm1 |
* 80% |
|
|
|
|
|
|
|
Specterum |
Bis-GMA Bis-EMA TEGDEMA |
Boro-Silicate, Aluminum silicon dioxide |
μm5/1 |
* 77% |
|
|
|
|
|
|
|
Nex Comp Nano |
Bis-GMA |
Barium glass and silicon Particles |
μm4/0 |
* 75% |
|
|
|
|
|
|
|
Synergy Nano |
Bis-GMA TEGDEMA |
silicon Particles Barium glass StrontiumParticles |
μm6/0 |
* 74% |
|
* Manufacturer’s information |
||||
تصویر 1 :نمایی از تست استحکام فشاری
میانگین مقادیر استحکام فشاری بر حسب MPa گزارش شد. برای تست مقدار استحکام کششی، قالبی از جنس نیکل-کروم با ارتفاع mm 3 و قطر mm 6 جهت تهیه نمونه‌های سیلندری شکل (براساس دستورالعمل ADA، بند 5) ساخته شد. قالب بر روی یک لام آزمایشگاهی همراه با یک نوار سلولوئیدی قرار گرفت.
وسیله مخصوصی مواد کامپوزیتی توسط وسیله مخصوصی با ضخامتهایی حدود 5/1 تا 2 میلی متری به صورت لایه لایه داخل قالب قرار داده شدند و به مدت 40 ثانیه مورد نوردهی قرار گرفتند. لایه آخر کامپوزیت به وسیله نوار سلولوئیدی دیگری پوشانده شد و لام آزمایشگاهی دیگری بر روی قالب و نوار قرار داده شد و مجدداً به مدت 40 ثانیه کیور شد. (نوک دستگاه لایت کیور در تماس مستقیم با لام آزمایشگاهی قرار گرفت). نمونه‌های کامپوزیتی کاملاً کیور شده از قالب جدا شد و در ظروف حاوی آب مقطر با دمای oC 37 به مدت 1 هفته دور از نور نگهداری شدند.
مقدار استحکام کششی (DTS) بر اساس فرمولDTS=2p/πDt محاسبه شد. که L مقدار نیروی ثبت شده توسط ماشین، D قطر و t ارتفاع نمونه می‌باشد
(تصویر 2).
تصویر 2 : نمایی از تست استحکام کششی قطری
تست استحکام کششی قطری توسط ماشین یونیورسال SANTAM Co. STM-400 Serial No: 818408 با سرعت mm/min1 صورت پذیرفت. جهت آنالیز داده‌ها از آزمونهای ANOVA و دانکن استفاده شد. در آزمون ها سطح معنی داری 05/0 مدنظر قرار گرفت.
یافتهها
میانگین استحکام فشاری در چهار کامپوزیت مورد بررسی طی جدول 2 آورده شده است.
نتایج به دست آمده از جدول 2 با توجه به آزمون ANOVA نشان می‌دهد که اختلاف معنی‌داری در میانگین استحکام فشاری در چهار نوع کامپوزیت مورد مطالعه وجود ندارد (570/0P=).
مقایسه میانگین استحکام کششی قطری در چهار کامپوزیت مورد بررسی طی جدول 3 آورده شده است.
نتایج به دست آمده از جدول 3 با توجه به آزمون آنالیز واریانس، اختلاف آماری معنی‌داری بین میانگین استحکام کششی چهار نوع کامپوزیت مورد مطالعه نشان می‌دهد (038/0P=).
با توجه به جدول 4 و مقایسه دوبهدو اختلاف معنی‌داری بین Hybrid Diafil و Synergy Nano با
Nex comp مشاهده گردید (05/0P<). ولی بین سایر گروهها تفاوت معنی داری مشاهده نگردید.
جدول 2 : مقایسه میانگین و انحراف معیار استحکام فشاری در گروههای مورد مطالعه (برحسب MPA)
|
نوع کامپوزیت |
میانگین |
انحراف معیار |
|
Hybrid Diafil |
28/236 |
95/58 |
|
Hybrid Spectrum |
86/249 |
88/43 |
|
Nex comp nano |
77/266 |
86/51 |
|
Synergy nano |
88/238 |
47/33 |
570/0=P-value
جدول 3 : مقایسه میانگین و انحراف معیار استحکام کششی قطری در گروههای مورد مطالعه (برحسب MPa)
|
نوع کامپوزیت |
میانگین |
انحراف معیار |
|
Hybrid Diafil |
56/29 |
13/7 |
|
Hybrid Spectrum |
74/32 |
51/3 |
|
Nex Comp Nano |
23/26 |
75/4 |
|
Synergy Nano |
91/31 |
82/4 |
038/0=P-value
جدول 4 : نتایج مربوط به مقایسه های دو به دو
|
نوع کامپوزیت |
تعداد |
Subset |
05/0For α= |
|
1 |
2 |
||
|
Nex Comp Nano |
10 |
23/26 |
|
|
Hybrid Spectrum |
10 |
56/29 |
56/29 |
|
Synergy Nano |
10 |
|
91/31 |
|
Hybrid Diafil |
10 |
|
74/32 |
|
|
|
162/0 |
207/0 |
بحث
جهت دستیابی به مواد ترمیمی مناسب که توانایی مقاومت در برابر نیروهای حاصل از جویدن را داشته باشند، لازم است که مقدار استحکام فشاری مواد ترمیمی مشابه دندان باشد. از این رو استحکام فشاری کامپوزیت‌ها از نقطه نظر علمی و کلینیکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با وجود اینکه مطالعات بسیاری بر روی خصوصیات مکانیکی کامپوزیت‌ها صورت گرفته ولی نتایج متفاوتی گزارش شده است.(13) لذا هیچ‌گونه راهنمای مشخصی جهت تشخیص حد اعلای خصوصیات مکانیکی کامپوزیت‌ها در دسترس نیست. اساساً کامپوزیت‌های نوری ترکیبی از ماتریکس رزینی، فیلرهای غیر ارگانیکی و مواد چسباننده میباشند. بنابراین، مواد موجود در کامپوزیت‌ها تأثیر بسزایی در خصوصیات مکانیکی آنها ایفا میکنند. کامپوزیت‌های ترمیمی از جهت ماتریکس و فیلر تشکیل‌دهنده آنها دارای تفاوت‌های قابل ملاحظه‌ای میباشند، که این امر موجب تفاوت در خصوصیات این مواد میشود.(16-14)
شواهد بیانگر این واقعیت است که پروسه پلیمریزاسیون به طور مستقیم در ارتباط با اندازه ذرات فیلری، حجم آنها بر حسب درصد، فیلرهای غیر ارگانیک و ماتریکس ارگانیک کامپوزیت‌های دندانی است.(17)
در مطالعه حاضر از گروه کامپوزیت هیبرید، Diafill و از گروه کامپوزیت نانو، Nexcomp بالاترین میزان استحکام فشاری را از خود نشان دادند که احتمالاً به دلیل بالا بودن درصد حجم فیلرهای غیر ارگانیک آنها نسبت به انواع مشابه خود است (جدول 1).
این مطالعه با نتایج Li و همکارانش که بیان کردند با افزایش مقدار فیلر، مقدار سختی و استحکام فشاری کامپوزیت‌ها نیز افزایش می‌یابد مطابقت دارد.(18)
استحکام کششی از خصوصیات مکانیکی است که جهت درک بهتر شکنندگی مواد در برابر نیروی کششی مورد بحث قرار میگیرند، که معمولاً در مورد ترمیم‌های قدامی مطرح میشود. DTS از قابل قبول‌ترین و معمول‌ترین تست‌ها برای کامپوزیت‌های دندانی
است.(21-19و11) مقدار میانگین آن در کامپوزیت‌های مورد آزمایش در مطالعات مختلف بین اعداد (MPA) 50-30 بود که نشان‌دهنده مقادیر نرمال می‌باشد.(20)
در مطالعه حاضر مقدار میانگین DTS کامپوزیت‌ها بین (33-25) بود که کمی پایین‌تر از حد نرمال برای کامپوزیت‌هاست.
نتایج حاصله از این مطالعه در رابطه با ارزیابی مقدار DTS حاکی از این است که بین دو کامپوزیت هیبریدی هیچ تفاوت آماری معنی‌داری وجود ندارد. ولی مقدار میانگین DTS بین دو کامپوزیت نانو و همچنین مقدار میانـگین DTS بین دو نوع کامپوزیت نانو و هیبرید دارای
تفاوت آماری معنی‌داری می‌باشد.
Bis-GMA، به همراه TEGDMA باعث بهبود و افزایش مقدار DTS میشود. این مسئله میتواند یک علت افزایش DTS درکامپوزیت‌های دایافبل و سینرجی نانو باشد (جدول 3). در حالی که وجود Bis-EMA در کامپوزیت اسپکترام نه تنها باعث افزایش در مقدار DTS نشده بلکه مقدار آن را نیز کاهش داده است.
نتایج حاصله از این مطالعه نشان‌دهنده این واقعیت است که در مورد کامپوزیت‌های نانو رابطه معکوسی بین مقدار وزن فیلر و مقدار استحکام کششی دیده میشود که این نتیجه با مطالعه Chung و همکارانش مطابقت ندارد. طی مطالعات آنها اینگونه بیان شد که با افزایش مقدار فیلر در ماتریکس رزینی خصوصیات مکانیکی کامپوزیت‌های دندانی از جمله استحکام فشاری و کششی آنها نیز افزایش می‌یابد.(22)
از طرف دیگر نتایج به دست آمده از این مطالعه با یافته‌های Dauvillier و همکارانش مطابقت دارد که کامپوزیتی انقباض با مقدار فیلر بیشتر دارای مقدار سختی بیشتری است که متعاقباً باعث مقاومت در برابر افزایش نیروی ناشی از انقباض میشود.(23) انقباض ناشی از پلیمریزاسیون باعث ایجاد استرس بر روی دندان ترمیم شده میشود که ممکن است موجب ضعیف شدن در قسمت مارجین ترمیم شده و در نهایت طول عمر ترمیم در محیط دهان کاهش یابد.(24و22)
یکی دیگر از فاکتورهایی که مقدار DTS را تحت تأثیر قرار می‌دهد اندازه ذرات فیلری است که موجب پخش نور در کامپوزیت‌ها میشوند (جدول 1). که هر چه اندازه ذرات فیلری بزرگتر باشد مقدار DTS نیز افزایش می‌یابد پخش نور توسط فیلرها باعث کاهش مقدار نور عبوری از کامپوزیت میشود.(25)
بنابراین کامپوزیت‌های هیبریدی دایافیل و اسپکترام و کامپوزیت نانو سینرجی مقدار پلی‌مرازیسیون بیشتری را نشان می‌دهند (مقدار DTS بیشتر) به علت اینکه آنها نور کمتری را پخش و منعکس می‌سازند.(26)
با این وجود در این مطالعه نتایج متفاوت است که به علت بزرگ بودن اندازه ذرات فیلری موجود در اسپکترام مقدار DTS کمتری را در مقایسه با کامپوزیت هیبرید دایافیل داشت. این دو عامل میتوانند از نفوذ کامل نور به داخل ماده کامپوزیتی در زمان پلیمریزاسیون جلوگیری کنند و در نتیجه تبدیل مواد مونومری به پلیمری به صورت کامل و تمام صورت نمی‌گیرد که در نهایت این عامل خود را در مقدار DTS نشان می‌دهد و آن را به شدت کاهش می‌دهد.
نتیجه‌گیری
در نهایت با توجه به محدودیتهای این مطالعه می‌توان اینگونه نتیجه گرفت که:
1- مقدار استحکام فشاری کامپوزیت‌های نوری نانو و هیبرید در این مطالعه تفاوت چندانی با یکدیگر نشان ندادند.
2- در مورد کامپوزیت‌های نانو مورد استفاده در این مطالعه رابطه معکوسی بین اندازه فیلر و حجم فیلر موجود در کامپوزیت‌های نوری و مقدار استحکام کششی آنها وجود داشت.
3- با توجه به نتایج متفاوت بدست آمده پیشنهاد می‌گردد تحقیقات و مطالعات بیشتری در مورد خواص مکانیکی کامپوزیت‌های نانو صورت پذیرد.
تشکر و قدردانی
بدینوسیله از اعضای محترم شورای پژوهشی دانشکده و حوزه معاونت محترم پژوهشی دانشگاه شهید صدوقی یزد که در این تحقیق ما را یاری نمودند تقدیر و تشکر بعمل می آید.
)