Navodila za izdelavo diplomske naloge - COREDilatacija kompozitov pri uporabi v stomatologiji Stran 5 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorici, prof. dr. Andreji Goršek za izjemno pomoč

Mateja Drevenšek

DILATACIJA KOMPOZITOV

PRI UPORABI V STOMATOLOGIJI

Diplomska naloga

Maribor, december 2012

Dilatacija kompozitov pri uporabi v stomatologiji Stran 2

Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa

DILATACIJA KOMPOZITOV

PRI UPORABI V STOMATOLOGIJI

Študent: Mateja DREVENŠEK Študijski program: univerzitetni, Kemijska tehnologija Smer: Biokemijska tehnika Predvideni strokovni naslov: Univ. dipl. inž. kem. tehnol. Mentorica: prof. dr. Andreja GORŠEK Somentor: prof. dr. Ivan ANŽEL Lektorica: Tamara Lilek

IZJAVA

Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelala sama, prispevki drugih so posebej označeni. Pregledala sem literaturo s področja diplomskega dela po naslednjih elementih:

Vir: ScienceDirect

Gesla: Dentalni kompoziti, krčenje kompozitov med polimerizacijo, vpliv svetlobne polimerizacije na krčenje kompozitov, faktorji polimerizacijskega krčenja, napetosti v kompozitu zaradi polimerizacije, metode ocenjevanja krčenja kompozitov

Skupine gesel (unija itd.): Dentalni kompoziti, krčenje, polimerizacija

Časovno obdobje: Od leta 1963 do leta 2010

Število referenc: 19

Število prebranih izvlečkov: 8

Število prebranih člankov: 8

Število pregledanih knjig: 3

-------------------------- Maribor, december 2012 podpis študenta(ke)




ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorici, prof. dr. Andreji Goršek za izjemno pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem somentorju, prof. dr. Ivanu Anželu za dragocene ideje in strokovne nasvete. Hvala tudi Igorju Orožimu, Roku Šuleku in Mihaelu Brunčku, ki so mi omogočili praktično izvedbo naloge.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij in mi vedno stali ob strani.


DILATACIJA KOMPOZITOV PRI UPORABI V STOMATOLOGIJI

Povzetek

Krčenje polimernih kompozitov med strjevanjem, kljub stalnemu napredku in razvoju, še vedno povzroča težave v dentalni medicini. Skrček je odvisen predvsem od sestave matice, a delno lahko nanj vpliva tudi način polimerizacije; t.j. jakost svetlobnega toka in čas potreben za polimerizacijo kompozitov. Polimerizacijske lučke v dentalni medicini imajo večinoma dvajset sekundni interval polimerizacije. Lučka Flashmax P3 podjetja CMS potrebuje za polimerizacijo kompozitov le tri sekunde in je novost na trgu. Njen vpliv na skrček med polimerizacijo kompozitov še ni bil raziskan. Podjetje Drevenšek & Drevenšek d.o.o. je zastopnik za lučko FlashMax P3 v Sloveniji in je pokazalo zanimanje za takšno raziskavo.

Narejena je primerjalna raziskava vpliva lučke FlashMax P3 in lučke Radii Plus podjetja SDI na polimerne kompozite Ice in Glacier podjetja SDI, Gradia podjetja GC in Charisma podjetja Heraeus Kulzer. Vse naštete produkte je priskrbelo podjetje Drevenšek & Drevenšek d.o.o., saj so želeli s podrobno raziskavo izdelkov in storitev, ki jih ponujajo, potrditi njihovo odličnost in neoporečnost.

Namen in cilj diplomske naloge je jasno pokazati vpliv vrste polimerizacijskih lučk in časov zamreženja na skrček polimernih kompozitov. Za dokazovanje so uporabljene tri različne metode; in sicer metoda prostega krčenja polimernih kompozitov v jeklenih cevkah, metoda vezanega krčenja polimernih kompozitov v zobeh in metoda izvleka oziroma »pull-out« metoda.

Ključne besede: Polimerni kompoziti, dentalna medicina, strjevanje, polimerizacija, skrček. UDK: 620.1:616.314(043.2)


DILATATION OF COMPOSITES USED IN DENTISTRY

Abstract

Shrinkage of polymer composites during polymerisation, despite ongoing progress and development, continues to cause problems in dental medicine. Shrinkage depends mainly on the resin composition, but partialy it is also affected by the method of polymerization, meaning luminous intensity and time required for curing composites. Polymerization lights in dental medicine mostly have twenty-second curing interval. LED light FlashMax P3 from the compay CMS is new on the market and needs only three seconds for curing of the composites. Its impact on the polymerization shrinkage of composites has not yet been studied. The company Drevenšek & Drevenšek d.o.o. is the Slovenian representative for light FlashMax P3 and has shown interest in such a study.

We made a comparative study of impact made by Flashmax P3 light from CMS and Radii Plus light from SDI on polymer composites Ice and Glacier – SDI company, Gradia – GC company and Charisma – Heraeus Kulzer company. All of these products had been provided by Drevenšek & Drevenšek d.o.o. because they required a detailed survey of those products to confirm the excellence and integrity of the products and services they offer.

The purpose and aim of this thesis is to clearly show the influence of the type of polymerization lights and curing time on the shrinkage of polymer composites. We used three different methods to demonstrate it: the method of free shrinkage of polymer composites in steel tubes, method of bonded shrinkage of polymer composites in teeth and pull-out method.

Key Words: Polymer composites, dental medicine, curing, polymerisation, shrinkage. UDK: 620.1:616.314(043.2)


Vsebina

1 UVOD....................................................................................................................................... 14

2 TEORETIČNI DEL ................................................................................................................... 16

2.1 KEMIJSKI PROCESI V POLIMERNIH KOMPOZITIH .................................................................... 16

2.2 RAZVOJ NAPETOSTI ZARADI KRČENJA ................................................................................. 17

2.3 POLIMERNI KOMPOZITI ....................................................................................................... 17

2.3.1 Makro polimerni kompoziti .......................................................................................... 18

2.3.2 Mikro polimerni kompoziti ........................................................................................... 18

2.3.3 Hibridni kompoziti ....................................................................................................... 19

2.3.4 Nano kompoziti ........................................................................................................... 19

2.3.5 Smolna matica ............................................................................................................ 19

2.3.6 Iniciatorji in koiniciatorji ............................................................................................... 20

2.3.7 Polnila v polimernih kompozitih .................................................................................. 21

2.3.8 Vezivno sredstvo ........................................................................................................ 21

3 MATERIALI IN METODE ........................................................................................................ 22

3.1 UPORABLJENI KOMPOZITI ................................................................................................... 22

3.2 LUČKI ZA ZAMREŽENJE ....................................................................................................... 25

3.3 OPTIČNA IN ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA .......................................................................... 27

3.4 PRIPRAVA VZORCEV ZA OCENO KRČENJA Z UPORABO OPTIČNEGA IN ELEKTRONSKEGA

MIKROSKOPA .................................................................................................................................. 29

3.5 TEST IZVLEKA (PULL-OUT TEST) ......................................................................................... 31

4 REZULTATI ............................................................................................................................. 33

4.1 RAZPOKE MED KOMPOZITOM IN MATERIALOM – OPTIČNI MIKROSKOP ..................................... 35

4.2 RAZPOKE MED KOMPOZITOM IN MATERIALOM – ELEKTRONSKI MIKROSKOP ............................ 40

4.3 PULL-OUT TEST ................................................................................................................. 41

5 SKLEP ..................................................................................................................................... 46

6 LITERATURA .......................................................................................................................... 47

7 PRILOGE ................................................................................................................................. 48

7.1 ŽIVLJENJEPIS .................................................................................................................... 48


Seznam slik

Slika 2 – 1: Struktura molekule silana. .............................................................................16

Slika 2 – 2: Kemijska formula molekule a) Bis-GMA in b) TEGDMA. ................................20

Slika 2 – 3: Kemijska formula kamforokvinona. ................................................................20

Slika 3 – 1: Kompozit Gradia. ...........................................................................................22

Slika 3 – 2: Kompozit Charisma. ......................................................................................23

Slika 3 – 3: Poenostavljena zgradba matice bifunkcionalne molekule Charisme. .............23

Slika 3 – 4: Kompozit Glacier. ..........................................................................................24

Slika 3 – 5: Kompozit Ice. ................................................................................................24

Slika 3 – 6: LED luč FlashMax P3. [17] ............................................................................25

Slika 3 – 7: LED luč Radii Plus. [18] .................................................................................26

Slika 3 – 8: Elektronski mikroskop QUANTA 200 3D........................................................27

Slika 3 – 9: Pripravljena preliminarna vzorca na dveh različno grobih ploščicah. .............29

Slika 3 – 10: Polimerni kompoziti v cevkah, strjeni z lučko FlashMax (a) in lučko Radii (b).

.................................................................................................................................30

Slika 3 – 11: Polimerni kompoziti v zobeh, strjeni z lučko FlashMax (levo in zob brez

oznak na desni) in z lučko Radii (desno). .................................................................30

Slika 3 – 12: Stojalo za pripravo vzorcev pull-out testa. ...................................................31

Slika 3 – 13: Shema stojala za pripravo vzorcev izvlečnega testa. ...................................32

Slika 3 – 14: a)Naprava Zwick/Roell Z010 in b) čeljusti naprave. .....................................32

Slika 4 – 1: a) Kompozit na jekleni ploščici s hrapavostjo RA = 0,8 µm in b) izmerjena

širina razpoke. ..........................................................................................................33

Slika 4 – 2: a) Kompozit na jekleni ploščici s hrapavostjo RA = 6,3 µm in b) izmerjena

širina razpoke. ..........................................................................................................33

Slika 4 – 3: Mejna površina kompozita Ice po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni cevki

(a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Ice po strjevanju z lučko Radii v jekleni

cevki (b) in v zobu (d). ..............................................................................................35


Slika 4 – 4: Mejna površina kompozita Charisma po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni

cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Charisma po strjevanju z lučko

Radii v jekleni cevki (b) in v zobu (d). .......................................................................36

Slika 4 – 5: Mejna površina kompozita Gradia po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni

cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Gradia po strjevanju z lučko Radii v

jekleni cevki (b) in v zobu (d). ...................................................................................37

Slika 4 – 6: Mejna površina kompozita Glacier po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni

cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Glacier po strjevanju z lučko Radii

v jekleni cevki (b) in v zobu (d). ................................................................................38

Slika 4 – 7: Mejna površina kompozita Ice z izmerjeno širino razpoke po strjevanju z lučko

FlashMax v jekleni cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Ice z izmerjeno

širino razpoke po strjevanju z lučko Radii v jekleni cevki (b) in v zobu (d). ...............40

Slika 4 – 8: Razpon sil potrebnih za izvlek kompozitov, polimeriziranih z lučko FlashMax

P3 in lučko Radii Plus. .............................................................................................41

Slika 4 – 9: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Ice polimeriziranih z lučko FlashMax P3.

.................................................................................................................................42

Slika 4 – 10: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Ice, polimeriziranih z lučko Radii Plus.42

Slika 4 – 11: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Charisma polimeriziranih z lučko

FlashMax P3. ...........................................................................................................43

Slika 4 – 12: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Charisma, polimeriziranih z lučko Radii

Plus. .........................................................................................................................43

Slika 4 – 13: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Gradia, polimeriziranih z lučko

FlashMax P3. ...........................................................................................................44

Slika 4 – 14: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Gradia, polimeriziranih z lučko Radii

Plus. .........................................................................................................................44

Slika 4 – 15: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Glacier, polimeriziranih z lučko

FlashMax P3. ...........................................................................................................45

Slika 4 – 16: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Glacier, polimeriziranih z lučko Radii

Plus. .........................................................................................................................45


Seznam preglednic

Tabela 3 – 1: Sestava kompozita Gradia. ........................................................................22

Tabela 3 – 2: Tehnični podatki lučke FlashMax P3. [17] ..................................................25

Tabela 3 – 3: Tehnični podatki za Radii Plus. [18] ............................................................26

Tabela 3 – 4: Osnovne tehnične karakteristike elektronskega mikroskopa. [19] ...............28

Tabela 4 – 1: Skrček kompozitov, polimeriziranih z lučkama Flashmax P3 in Radii Plus v

jekleni cevki in zobu. ................................................................................................39


UPORABLJENE KRATICE

TEGDMA tetraetilenglikol dimetakrilat

UDMA uretan dimetakrilat

SiO silicijev oksid

Bis-GMA bisfenol A-glicidil metakrilat

SiO2 silicijev dioksid

UV ultra-vijolična svetloba

LED dioda, ki oddaja svetlobo (Light Emiting Diode)


UPORABLJENI SIMBOLI

A ploščina m2

M molska masa g/mol

V prostornina m3

EV jakost svetlobnega toka mW/cm2

t čas s

l dolžina mm

l1 dolžina kemijskih vezi Å

λ valovna dolžina nm

F sila N

RA hrapavost površine µm

Grške črke

viskoznost mPa s

gostota g/mL

ε skrček %


1 UVOD

Vse od njihovega nastanka so polimerni kompoziti eden izmed najbolj uporabljenih materialov v zobozdravstvu. Poleg dobrih estetičnih lastnosti se kompoziti kemično vežejo naravnost na zob, ne da bi morali odstranjevati zdravo tkivo, kot je to potrebno pri amalgamu. [1] Dolgoročni rezultat dobre kompozitne plombe je odvisen tako od izbire osnovnega materiala in ustreznega adhezijskega sredstva kot tudi od kvalitetne svetlobne polimerizacije. [2] V zadnjih treh desetletjih so z različnimi raziskavami kompozitom izboljšali tako mehanske kot tudi estetske lastnosti, vendar je njihov glavni problem še vedno krčenje med polimerizacijo. Ta nastane zaradi povezovanja monomernih molekul v polimerne mreže, pri čemer pride do zamenjave van der Waalsovih vezi s kovalentnimi. Takšno polimerizacijsko krčenje ustvarja napetosti med kompozitom in zobom, ki ga obdaja, kar se lahko kaže v pooperativni bolečini. Trenutno ne obstaja še nobeno adhezivno sredstvo, ki bi zagotovilo popolno vezavo med polimernega kompozita z zobom in zaradi tega se nastale napetosti lahko sprostijo. To vodi v slabo obrobno prilagajanje kompozita v zob in ponavljajoči se karies. [3] Ena prvih metod za merjenje volumskega krčenja materiala zaradi polimerizacije je bila z merkurijevim dilatometrom. [4] Ta naprava oceni spremembo volumna živega srebra v rezervoarju, ki obdaja kompozitni vzorec. Rezultati se merijo glede na spremembo višine živega srebra v tanki koloni. Leta 1991 sta Watts in Cash [5] opisala novo metodo vezanih diskov (bonded-disc method) za merjenje volumskega krčenja kompozitov. Kompozit v obliki diska se položi na sredino kvadratnega preseka medeninastega obroča, ki se z adhezivnim sredstvom veže na togo mikroskopsko stekelce. Tako sta zgornji del medeninastega obroča in vzorec pokrita s krovnim stekelcem, čez to je nameščena sonda linearnega variabilnega diferencialnega transformatorja (LVDT), ki meri upogibanje ploščice. LVDT je povezan z enoto za merjenje signala in računalnikom, ki zapisuje podatke glede na čas. Tem začetnim raziskavam so sledile mnoge druge. V okviru ene izmed študij napetosti v zobu, so preverili skrček kompozitov s tremi metodami. [6] V prvi seriji preizkusov so napetost materiala zaradi krčenja med polimerizacijo ocenili tako, da so kompozit vstavili med dve ploščici iz nerjavečega jekla. Vsaka je bila povezana na merilno napravo, med njiju pa so vstavili kompozit in ga 20 s polimerizirali s halogensko lučjo s 500 mW/cm2. Merilna celica je zaznala minimalno deformacijo, ki se je pokazala na testni napravi kot graf sile v odvisnosti od časa. Druga serija preizkusov je ocenila prosto linearno krčenje. Teflonske kalupe (12 x 5 x 2) mm so napolnili s kompoziti in jih z obeh strani zaprli s trakom iz poliesterske matrice in mikroskopskim steklecem. Ker teflon ne reagira s kompoziti, se lahko le-ta prosto krči med polimerizacijo, ki so jo izvajali s halogensko lučjo 40 s. Razpoke med teflonom in kompoziti so izmerili z mikroskopom pri 80-kratni povečavi. Tretja metoda je bila »wall-to-wall« krčenje. Uporabili so zobe goveda in v vsakega z diamantnim svedrom naredili luknjo globine 1,5 mm in premera 3 mm. Luknje so obdelali s fosforno kislino in adhezivnim sredstvom glede na navodila proizvajalcev kompozitov, s katerimi so jih nato zapolnili. Po svetlobnem strjevanju so odvečni kompozit odstranili s poliranjem in izmerili najširše razpoke pod svetlobnim mikroskopom. Za test so uporabili halogensko luč


Degulux in kompozite Filtek Z250 (mikro kompozit), Filtek Supreme (nano kompozit), Admira (Ormocer material) in Grandio (nano kompozit). Rezultati so pokazali, da se kompoziti v prvi in tretji seriji preizkusov bistveno ne razlikujejo. Velike razlike so se pokazale v drugi seriji preizkusov, kar kaže na to, da je skrček kompozitov odvisen predvsem od modulov elastičnosti in sestave kompozitov. V prvi in tretji seriji so se kompoziti vezali na steno in s tem je bilo prosto krčenje delno ovirano, kar se je pokazalo kot napetost v materialu. V drugi seriji preizkusov so se lahko kompoziti neovirano krčili tako v širino, kot v dolžino in njihova elastičnost ni imela nobenega vpliva. V tej raziskavi je najmanjši linearni skrček pokazal Grandio. Sledijo mu Admira, Filtek Supreme in Filtek Z250. Tu se kaže predvsem fizikalna lastnost materialov, saj sta Grandia in Filtek Supreme nano kompozita. To jima omogoča povečano lezenje med polimerizacijo in posledično razbremenitev napetosti, saj nanotehnologija proizvaja materiale z visoko vsebnostjo polnila in moduli elastičnosti, ki razbremenijo stres krčenja. Za določanje volumetričnega krčenja kompozitov so uporabili tudi živosrebrov dilatometer [4] pri 17 različnih kompozitnih vzorcih. Najprej so nanesli plast vakuumske masti na ravno površino steklenega zamaška. Nanj so položili kompozit in ga sploščili do debeline 1,5 mm. Po vstavitvi zamaška v dilatometer so ga svetlobno polimerizirali 40 s pri 750 mW/cm2. Preverili so tudi napetosti v materialu pri krčenju. Test so izvajali v tensilometru, kjer so kompozit vstavili med stekleno ploščico in ravno površino glave jeklenega vijaka ter svetlobno polimerizirali vzorec. Naprava je med strjevanjem beležila nastajanje napetosti pri krčenju materiala. Bistvo te raziskave ni bilo v primerjavi različnih kompozitov, temveč v povezanosti volumetričnega krčenja, napetosti krčenja, nateznega modula in toka kompozitov. Vse štiri lastnosti so odvisne od polnila v kompozitu, tipa delcev v polnilu, monomernega sistema, predpolimeriziranih delcev itd. W. D. Cook, M. Forrest in A. A. Goodwin so razvili novo metodo s plinskim piknometrom za določitev volumna kompozitov pred svetlobno polimerizacijo in po njej. [7] Kompozit so sploščili med dvema lističema Mylar-ja in z dovajanjem helija v piknometer izmerili volumen. Vzorec so previdno odstranili in ga polimerizirali s 1000 W halogensko lučjo 200 s, kar ustreza 20 s polimerizacije s komercialnimi LED lučkami, in ponovno izmerili volumen v piknometru. Najmanjši skrček so zabeležili pri kompozitu Glacier, nato so sledili Charisma, Z100 VitaShade in Prodigy. V okviru diplomske naloge smo raziskali vpliv vrste lučk in časov zamreženja na skrček. Pri raziskavi smo uporabili lučko Radii Plus podjetja SDI s standardnim časom strjevanja 20 s, in lučko FlashMax P3 podjetja CMS s časom strjevanja 3 s, ki je novost na trgu, ter kompozite Ice in Glacier (SDI), Charisma (Heraeus Kulzer) in Gradia (GC). Z metodo prostega krčenja na ravni jekleni površini smo ugotovili stopnjo vezanosti kompozita na jekleno podlago. Za oceno krčenja smo uporabili metodo prostega krčenja v jekleni cevki, metodo vezanega krčenja v zobu in metodo izvleka oziroma Pull-out metodo. Skrčke smo preverjali z opazovanjem dimenzijskih sprememb, pri čemer smo uporabili optični in elektronski mikroskop.


2 TEORETIČNI DEL

2.1 Kemijski procesi v polimernih kompozitih

Običajno polimerne kompozite sestavljajo anorganski delci, ki jih obdaja vezivno sredstvo in so porazdeljeni v organski smolni matici. [1] V monomerni sistem matice morajo biti dodani anorganski delci, da pridobimo primerno trdnost za izdelavo zalivk, ki bodo, sploh na okluzalni površini zoba, močno obremenjene. V splošnem velja, da večji in trši kot so delci, bolj trd je kompozit, a je poslabšano poliranje. Zato je potrebna pravilna kombinacija različnih delcev polnila za optimalne mehanične in polirne lastnosti. Uporabljeni delci običajno niso enake velikosti, ampak so mešanica različno velikih delcev, kar omogoča njihovo najboljšo integracijo v monomerno matico. Vendar delci niso le mehansko vezani na monomerno matico, ampak se nanjo vežejo tudi kemijsko, kar omogočajo silani. Ti imajo dve funkcionalni skupini. Na eni strani reagirajo s SiO skupinami na površini delcev, na drugi pa polimerizirajo kompozit v mrežo z metakrilatno skupino, kar je prikazano na sliki 2 – 1. [8]

Slika 2 – 1: Struktura molekule silana.

Polimerizacija se sproži z iniciacijo prostega radikala, ki se veže s sosednjim monomerom in tako nastanejo novi prosti radikali, kar vodi v nadaljnje spajanje molekul dokler ni dosežena končna kvota. Navadno se uporablja svetlobna aktivacija diketonov. Tem so dodani amini, ki pospešijo reakcijo. [10] Najpogosteje je kot fotoiniciator dodan kamforokvinon, ki ga modra svetloba pri (400–500) nm aktivira v vzbujeno stanje. Tako vzbujena molekula reagira s koiniciatorjem, ki tvori proste radikale. Ko takšen radikal reagira z monomerom, nastane aktivni center, ki nadaljuje proces polimerizacije. Polimerna veriga raste s hitrim zaporednim dodajanjem monomerov na aktivne centre prek kovalentnih vezi, dokler ni dosežena maksimalna stopnja konverzije dvojnih ogljikovih (C=C) vezi v enojne (C–C) vezi. Van der Waalsove vezi držijo monomere v skupinah pred polimerizacijo. Razdalja med njimi je približno 4 Å. Med polimerizacijo jih nadomestijo kovalentne vezi, ki držijo monomere na razdalji 1,5 Å. Zaradi tega se matica med polimerizacijo krči, volumen anorganskih delcev v njej pa ostaja konstanten.


Volumetrični skrčki kompozitov so lahko manjši od 1 % ali pa segajo vse do 6 % in so odvisni predvsem od sestave kompozita in načina strjevanja le tega. [1]

2.2 Razvoj napetosti zaradi krčenja

Napetost, ki nastane zaradi krčenja, je zelo kompleksen pojav. Odvisna je od adhezivnosti kompozita na podlago, količine uporabljenega kompozita, sestave matice, polimerizacijske reakcije, oblikovanja kompozita in končnih lastnosti.[1] V kompozitu se med polimerizacijo volumetrično krči matica. Če se lahko krči prosto in preteče dovolj časa, pride do sprostitve napetosti, ko se molekule ustrezno prerazporedijo. V zobozdravstvu je kompozit vezan na zob, zaradi česar je sposobnost samodejne sprostitve napetosti majhna. Če je napetost prevelika, lahko pride tudi do plastične deformcije. V tem primeru poči kompozit, zob ali pa nastanejo razpoke na meji med fazama, kjer vezivno sredstvo popusti. [1] Velikost napetosti je torej odvisna od krčenja in elastičnega modula kompozita. Kemijska sestava kompozita močno vpliva na ti dve lastnosti. Matica z monomeri visoke molekulske mase bi se manj krčila, kot tista z monomeri z nižjo molekulsko maso. Zaradi tega imajo lastnosti monomerov, molekulska struktura in molekulska masa velik vpliv tako na krčenje kompozita kot tudi na njegovo viskoznost.[1] Nekateri raziskovalci [9] trdijo, da bi bilo več časa za viskozni tok in posledično sprostitev napetosti v polimernih verigah, v kolikor bi polimerizacija potekala počasneje. Hitrejša, kot je polimerizacija, večja je napetost v kompozitu zaradi onemogočene sprostitve le-te. Najpomembnejši faktorji, ki vplivajo na razvoj in velikost napetosti v kompozitu, ter se tudi najpogosteje raziskujejo, so: volumetrično krčenje, togost materiala (elastični modul) in konverzija dvojnih ogljikovih vezi v enojne. [1]

2.3 Polimerni kompoziti

V dentalni medicini je želja, da bi zob popravili s podobno obarvanim materialom, stara skoraj toliko kot dentalna medicina sama. [8] Polimerni kompoziti, ki to omogočajo, so v rabi več kot 30 let in so načeloma v obliki paste ali viskozne tekočine. [11] Splošno o kompozitih profesor Glavič piše: ˝Sestavljena gradiva ali kompoziti vsebujejo dve ali več sestavin, ki so medsebojno povezane tako, da je povprečna lastnost kompozita določena z individualnimi lastnostmi sestavin. Prostorninski delež podrejene sestavine v kompozitih znaša vsaj (10–20) %. Faze sestavljenih gradiv imajo naslednje značilnosti:

med sestavinami ne sme biti kemičnih reakcij ali transformacij v celotnem področju uporabe,

sestavine morajo imeti zadostno vezivno energijo na stičnih ploskvah,

oblika porazdeljene sestavine je različna: kroglice, vlakna, lamele,

porazdelitev je lahko statistična (po vsej prostornini), nepravilna (npr. na faznih mejah) ali pravilna (keramika, karbidne trdine, beton).˝ [12]


Izraz kompozit v dentalni medicini se nanaša na dejstvo, da je material sestavljen iz vsaj dveh (matica in polnilo) različnih sestavin. Po tej širši definiciji spadajo pod ta izraz stekleni ionomeri, kompomeri, kompoziti na osnovi plastične smole in ormoceri. Vsi imajo skupno, da tvorijo polimerne mreže s steklom, kremenjakom ali keramičnim polnilom (navadno se uporablja SiO2). V tej nalogi uporabljamo izraz kompozit za kompozite, katerih matice so izdelane na osnovi smolnatih monomerov Bis-GMA, TEGDMA, UDMA in ormocera, ter imajo različne velikosti in oblike delcev polnila. [8] Namestitev kompozita v zob zahteva natančnost in pozornost, sicer lahko ta predčasno izpade. Zob mora biti med nanašanjem popolnoma suh, sicer obstaja velika verjetnost, da se kompozit nanj ne bo pravilno vezal. Polimerni kompoziti se nanašajo v obliki mehke paste ali viskozne tekočine in se strdijo ob polimerizaciji z modro svetlobo (običajno okrog 470 nm). Težavo predstavlja tudi popolna polimerizacija kompozita, saj svetloba pogosto ne predre plasti debelejše od (2–3) mm. Če je nanos kompozita predebel, se spodnja plast ne bo strdila in lahko povzroči draženje ali celo uničenje živca v zobu. Pri polnitvi, kjer je luknja v zobu globlja, je treba nanašati (2–3) mm plasti kompozita eno na drugo do zapolnitve in polimerizirati vsako plast posebej. Kompoziti so kategorizirani glede na njihovo viskoznost, osnovno kemijo, mehanizem strjevanja in velikost delcev polnila. Najpogostejša klasifikacija je glede na velikost delcev, ki hkrati ponazarja evolucijo kompozitov. Kategorizacija, ki jo uporabljamo v tej nalogi, je povzeta iz priročnika podjetja Heraeus Kulzer.

2.3.1 Makro polimerni kompoziti

Makro kompoziti vsebujejo ˝velike˝ delce polnila premera (5–10) µm. Kljub temu, da imajo delci stekla izjemno visoko trdnost, so takšni kompoziti veliko bolj dovzetni za nenadzorovano odnašanje materiala (brušenje). Delci, ki so več kot 50 % zunaj matice, izpadejo in povzročijo jamice. To vodi k nadaljnjemu odnašanju mehkejše matice in nato k ponovnemu izpadu delcev. Velikost delcev ima tudi negativen učinek na polirne lastnosti materiala, saj jih je po končani obdelavi praktično nemogoče polirati. [8]

2.3.2 Mikro polimerni kompoziti

Ker je bila zmožnost mlinov omejena, so v času razvoja mikro kompozitov za izdelavo manjših delcev SiO2 (0,05–0,1) µm uporabili tehnologijo z ognjeno pirolizo. Manjša velikosti delcev in manjša izpostavljenost njihove površine, prepreči njihovo izpadanje in hkrati omogoči poliranje do višjega sijaja. Vendar je gostota takšnega homogenega mikro polimernega kompozita manjša, v primerjavi z makro polimernimi kompoziti, zaradi manjšega izkoristka prostora in razporeditve delcev v matici. To se kaže v zmanjšani trdnosti in večjem krčenju pri polimerizaciji. Eno izmed rešitev tega problema je konec 70-tih let predstavilo podjetje Heraeus Kulzer. [8] Da bi zmanjšali polimerizacijsko krčenje na sprejemljivo stopnjo in hkrati ohranili odlične polirne lastnosti, so čistim mikro delcem SiO2 dodali fino mlete predpolimerizirane mikro kompozite (organski makro kompoziti) in nastali so nehomogeni mikro kompoziti. A mikro kompoziti še vedno niso dovolj trdni za obdelavo najbolj izpostavljenih mest pri žvečenju. To so omogočili hibridni kompoziti z dodatkom kombinacije majhnih do ultra finih trdnih delcev kremena, stekla ali keramike.


2.3.3 Hibridni kompoziti

Prvi hibridni kompoziti so se pojavili konec osemdesetih let. Ime kaže na to, da kot polnilo vsebujejo različne komponente. Optimalne fizikalne lastnosti steklenih makro delcev in odlične polirne lastnosti mikro delcev pirogene silicijeve kisline omogočajo kombinacijo prednosti obeh skupin. Hibridne kompozite delimo glede na velikost delcev polnila na:

Hibridne kompozite, ki vsebujejo delce v povprečju velike do 10 µm.

Fine hibridne kompozite, ki vsebujejo delce velike do 5 µm.

Ultrafine hibridne kompozite, ki vsebujejo delce velike do 3 µm.

Submikronske hibridne kompozite, ki so sestavljeni iz delcev s premerom manjšim od 1 µm. [8]

2.3.4 Nano kompoziti

Prve nano kompozite so razvili že v sedemdesetih letih in so se imenovali nehomogeni mikro kompoziti. Zdaj jih poznamo pod imenom nehomogeni nano kompoziti. Prvi pravi nano kompoziti pa obstajajo od leta 2003. Nano kompoziti se razlikujejo od nehomogenih mikro kompozitov po vsebnosti polnila. Pri nano kompozitih je vsebnost delcev polnila do 85 %, kar zmanjša krčenje in poveča trdnost kompozita. Delijo se na nano-polnjene kompozite in nano-hibridne kompozite. Prvi so iz samih nano delcev, medtem ko so drugi kombinacija večjih delcev z izoliranimi nano delci, ki zapolnijo prostore med večjimi. Od hibridnih kompozitov se razlikujejo predvsem po velikosti delcev polnila, saj so ti manjši od 0,1 µm. [8]

2.3.5 Smolna matica

Smolna matica običajno sestoji iz organskih monomerov, fotoiniciatorjev, koiniciatorjev, ihibitorjev, UV-stabilizatorjev in nekaj dodatnih komponent, ki se razlikujejo glede na proizvajalca. Bis-GMA in TEGDMA sta monomera, ki se najpogosteje uporabljata v polimernih kompozitih. Leta 1963 je Bowen [13] bisfenol A in glicidilmetakrilat razredčil s TEGDMA (trietilen glikol dimetakrilat) in ustvaril prvo BIS-GMA smolo, ki se še danes najpogosteje uporablja kot monomer v polimernih kompozitih. Razredčila se dodajajo zato, da zmanjšajo viskoznost, olajšajo nanašanje ter pripomorejo k boljšemu mreženju in povečajo trdnost matice. Bis-GMA (bisfenol-A-glicidilmetakrilat) prikazan na sliki 2 – 2a. Ima dva aromatična obroča (togo bisfenol A jedro), ki negativno vplivata na stopnjo konverzije, in dve obešeni hidroksilni skupini, ki ustvarita močno vodikovo vez. Zaradi tega ima molekula visoko viskoznost ((5·105–8·105) mPas) in dobre adhezivne lastnosti na delce polnila. Zaradi zelo visoke molekularne teže (512 g/mol) se med polimerizacijo manj krči in ima izjemne mehanične kvalitete. Visoka viskoznost lahko povzroča težave pri obdelavi, zato se morajo dodajati razredčila. [1] TEGDMA (trietilenglikol dimetakrilat) je manj viskozen (100 mPas) in ima manjšo molekularno težo (286 g/mol). Deluje kot reaktivno razredčilo, ki zmanjša viskoznost monomerne mešanice, izpopolni mreženje med posameznimi monomeri in uravnava togost aromatičnih obročev v Bis-GMA. Zaradi teh lastnosti ima strjena matica dobre fizikalne lastnosti, visoko odpornost proti obrabi in visoko odpornost proti razpokam. Slabi strani TEGDMA sta večja absorpcija vode v kompozit in povečano krčenje med polimerizacijo. Kemijska formula je prikazana na sliki 2 – 2b. [1]


Slika 2 – 2: Kemijska formula molekule a) Bis-GMA in b) TEGDMA.

2.3.6 Iniciatorji in koiniciatorji

Za začetek polimerizacije potrebujemo proste radikale, te pa dobimo z iniciatorji. Iniciacija sproži širjenje in nadaljnje spajanje molekul na dvojnih vezeh dokler ne pride do prekinitve. Kot prve fotoiniciatorje so uporabljali benzoin metil eter, ki je občutljiv na UV-svetlobo pri 365 nm. A UV-svetloba prodre le do določene debeline in s tem je bila omejena uporaba. Zaradi tega je postala bolj priljubljena uporaba diketonov, ki imajo počasno reakcijo na vidno, modro svetlobo. Diketonom so dodani amini, ki pospešijo reakcijo. Trenutno se za različne kompozite uporabljajo različni fotoiniciatorji. Vsak izmed njih se aktivira ob različni svetlobni valovni dolžini. Najpogosteje uporabljeni fotokemični iniciatorji so kamforokvinon (Camphoroquinone), ki je prikazan na sliki 2 – 3, acenaften kvinon (Acenaphthene quinone) in benzil. [10] Kamforokvinon pod določeno valovno dolžino (okrog 468 nm) tvori proste radikale, ki napadejo dvojne vezi metakrilatnih skupin in s tem povzročijo polimerizacijo.

Slika 2 – 3: Kemijska formula kamforokvinona.


2.3.7 Polnila v polimernih kompozitih

Anorganska polnila se uporabljajo, ker okrepijo in ojačajo kompozit, zmanjšajo krčenje ter izboljšajo fizikalne lastnosti. Industrijski kompoziti lahko kot polnila vsebujejo steklo, kevlar, grafit, les, prazne steklene krogle in podobno, kar ustreza zahtevam. Dentalni kompoziti pa morajo biti prosojni in ustrezati barvi zoba. Uporabljajo se stroncijevo, barijevo, borosilikatno steklo, kremen, keramika, silika ali predpolimerizirana smola. Polnilo, površina delcev, velikost, optični indeks, količina in razporeditev polnila v matici vplivajo na različne lastnosti kompozita kot so: trdota, termična stabilnost, sijaj in hrapavost, vpojnost vode, visko-elastične lastnosti, lomna žilavost in elastični modul. Polnila so razvrščena glede na material, obliko in velikost delcev. Lahko so nepravilnih ali sferičnih oblik, kar določa vrsta proizvodnje. Bolj kot so delci sferični, lažje se vgradijo v matico in zapolnijo več prostora. Med večje delce se dodajajo manjši za optimalno zapolnitev prostora, minimalno krčenje med polimerizacijo in bolj gladko površino polimeriziranega kompozita. [1, 10]

2.3.8 Vezivno sredstvo

Vezivno sredstvo je mora biti dodano v kompozit, ker se matica in polnilo med seboj ne vežeta. γ-MPTS (γ-methacryloxypropyl-triethoxysilane) je najpogosteje uporabljeno vezivno sredstvo, ker poveča močljivost anorganskih delcev z organsko fazo in s tem enotno kompozitno mešanico. Polimerizacija omogoči metakrilatnim skupinam v sredstvu, da kopolimerizirajo z matico. S tem ustvari dobra medfazna adhezija med organsko matico in anorganskimi delci. [1]


3 MATERIALI IN METODE

Vpliv vrste lučk in časov zamreženja na skrček smo preverjali z dvema LED lučkama, ki imata različne čase polimerizacije na štirih kompozitih z različnimi sestavami. Uporabili smo metodi prostega in vezanega krčenja, kjer smo rezultate preverjali pod optičnim in elektronskim mikroskopom. Zasnovali smo tudi metodo izvleka (pull-out metodo).

3.1 Uporabljeni kompoziti

Kompozit Gradia (slika 3 – 1), ki ga izdeluje podjetje GC, spada med mikro kompozite. Sestavljen je iz uretan dimetakrilatne matice in mikro keramičnih delcev. [14] Sestava kompozita je podana v tabeli 3 – 1. Iz nje je razvidno, da je matica tega kompozita UDMA, polnilo je mešanica silikatnega stekla in predpolimeriziarnih delcev ter da se za aktivacijo polimerizacije uporablja kamforokvinon.

Slika 3 – 1: Kompozit Gradia.

Tabela 3 – 1: Sestava kompozita Gradia.

Komponenta Masni delež (%)

Uretan dimetakrilat (UDMA) 15 – 30

Floro alumino-silikatno steklo 30 – 40

Silikatni prašek 10 – 20

Predpolimerizirano polnilo 20 – 30

Dimetakrilat 0 – 5

Kamforokvinon <1


Kompozit Charisma (slika 3 – 2) nemškega proizvajalca Heraeus Kulzer je eden izmed prvih submikronskih hibridnih kompozitov. Struktura matice je iz Bis-GMA smole. Njena poenostavljena struktura je prikazana na sliki 3 – 3. Povprečna velikost delcev polnila (barijevi stekleni mikro delci) je 0,7 µm, največji premer pa je 2,0 µm. [8] V Charismi sta uporabljeni dve vrsti delcev različnih sestav in velikosti:

Ba-Al-B-F-Si steklo (d50 = 0,7 µm d99 < 2 µm) s kompaktno strukturo in amorfno

obliko zagotavlja visoko prosojnost in odlične optične značilnosti.

Pirogeničen SiO2 ((0,01 – 0,07) µm) preprečuje sedimentacijo steklenega polnila in zapolni prostor med delci barijevega stekla, s čimer zagotavlja visoko gostoto približno 78 ut % (61 vol %). [8]

Slika 3 – 2: Kompozit Charisma.

Slika 3 – 3: Poenostavljena zgradba matice bifunkcionalne molekule Charisme.


Glacier (slika 3 – 4) je mikro hibridni kompozit. Proizvaja ga avstralsko podjetje SDI. Povprečna velikost delcev polnila je 0,7 µm, kar optimizira obrabo in poliranje kompozita. Sestavljen je iz 19 ut % (36 vol%) multi funkcionalnega metakrilatnega estra in 81 ut % (64 vol %) anorganskega polnila z velikostjo delcev med 40 nm in 1 µm. Ta sestava, poleg daljših polimernih verige smole z manj monomernimi povezavami, omogoča manjše krčenje (do 1,5 %). [15, 16]

Slika 3 – 4: Kompozit Glacier.

Ice (slika 3 – 5) predstavlja nano-hibridno tehnologijo proizvajalca SDI dopolnjeno z mikro delci polnila. Ima podobno sestavo in lastnosti kot Glacier. Sestavljen je iz 22,5 ut % (39 vol %) multi funkcionalnega metakrilatnega estra in 77,5 ut % (61 vol%) anorganskega polnila z velikostjo delcev med 40 nm in 1,5 µm. Ta sestava omogoča odlično poliranje in visoko trdoto kompozita.

Slika 3 – 5: Kompozit Ice.


3.2 Lučki za zamreženje

Lučka FlashMax P3, prikazana na sliki 3 – 6, ima površinsko gostoto moči (4 000–6 000) mW/cm2, kar je desetkrat več, kot halogene luči. Strjevanje kompozita zato poteka hitreje in kompozitna zalivka se strdi že v treh sekundah. Ker je krčenje odvisno predvsem od specifikacije kompozita, se le-ta ne bi smel krčiti več kot običajno pri uporabi te lučke. Zaradi večje hitrosti polimerizacije pa lahko pride do vpliva na velikost notranjih napetosti v kompozitu. Tehnični podatki lučke so prikazani v tabeli 3 – 2. [17]

Slika 3 – 6: LED luč FlashMax P3. [17]

Tabela 3 – 2: Tehnični podatki lučke FlashMax P3. [17]

Lastnost Vrednost

Moč diode (4 000–6 000) mW/cm2

Valovna dolžina oddane svetlobe (460±20) nm

Teža 120 g

Dolžina 225 mm

Širina 25 mm

Tip baterije LiFePO4

Kapaciteta porabe Približno 500 s

Čas polnjenja 2 h

Nominala napetost 3,2 V

Nominalna kapaciteta 1 200 mA


Lučka Radii Plus, prikazana na sliki 3 – 7, ima moč na enoto površine 1 500 mW/cm2, kar omogoča globoko penetracijo svetlobe in efektivno strjevanje kompozita. Uporabi se lahko za 1 200 deset sekundnih strjevanj s samo enim polnenjem. Ima možnost postopnega večanja moči svetlobe v prvih petih sekundah (t.i. »ramp«). S tem se zmanjša stres pri polimerizaciji. Kombinacija impulzne tehnologije in konstantnega toka doseže višjo moč svetlobe brez prekomernega segrevanja. Strjuje lahko kompozite do globine 6 mm. Valovna dolžina svetlobe ustreza največji absorbciji kamforkvinona in zagotavlja najbolj učinkovito strjevanje večine kompozitov. Tehnične specifikacije lučke so podane v tabeli 3 – 3. [18]

Slika 3 – 7: LED luč Radii Plus. [18]

Tabela 3 – 3: Tehnični podatki za Radii Plus. [18]

Lastnost Vrednost

Moč diode 1 500 mW/cm2

Valovna dolžina oddane svetlobe (460±20) nm

Teža 177 g

Dolžina 243 mm

Širina 22 mm

Tip baterije Lithium Ion

Kapaciteta porabe 3 h 20 min

Čas polnjenja (60–80) min

Nominala napetost 4,2 V

Nominalna kapaciteta 1 400 mA


3.3 Optična in elektronska mikroskopija

Svetlobna mikroskopija je poleg radiografije edina metoda, s katero dobimo celotni vtis o raziskovalni površini vzorca. Svetlobni mikroskop je sestavljen iz iluminatorja za osvetljevanje površin vzorca in objektiva za razločevanje mikrostrukturnih podrobnosti. Sliko vzorca dobimo s pomočjo sistema leč objektiva in okularja. Pri delu z optičnim mikroskopom smo uporabili osvetljevanje v svetlem polju, kjer žarki preko objektiva padejo na raziskovalno površino vzorca. Zato so podrobnosti bolj ali manj temne na svetli osnovi. REM (rastrska elektronska mikroskopija) oziroma SEM (Scanning Electron Microscopy) metoda omogoča neposredno upodobitev in topografsko preiskavo površin različnih materialov. Pri tej metodi z elektronsko puško (volframova katoda) proizvajamo elektrone in jih zbiramo s pomočjo elektronskih leč v fokusirani elektronski curek. Tega usmerjamo na vzorec in ga s pomočjo uklonskih leč vodimo vzdolž površine po vzporednih črtah, kar omogoča generator. Elektrone s površine vzorca vodimo v detektor, jih ustrezno ojačamo in uporabimo za upodobitev površine v svetlo-temnem polju. Interakcijski signali elektronskega curka na površini vzorca so posledica sekundarnih odbitih in absorbiranih elektronov. Sekundarni elektroni so najprimernejši za vizualno analizo površine. Emisija elektronov je najmanjša, če elektronski curek zadene površino pod pravim kotom. [19] QUANTA 200 3D (slika 3 – 8) je elektronski mikroskop z volframovo katodo kot izvorom elektronov. V tabeli 3 – 4 so prikazane njegove osnovne tehnične karakteristike. Mikroskop je namenjen raziskovanju bioloških in medicinskih vzorcev, neprevodnih polimerov, geoloških vzorcev, gradbenih in kovinskih materialov ter materialov za elektropolprevodniško industrijo.

Slika 3 – 8: Elektronski mikroskop QUANTA 200 3D.


Tabela 3 – 4: Osnovne tehnične karakteristike elektronskega mikroskopa. [19]

Lastnost Vrednost

Izvir elektronov Volframova elektroda (W)

Ločljivost v visokem vakuumu 3,5 nm pri 30 kV

Ločljivost v ESEM načinu 3,5 nm pri 30 kV

Ločljivost v nizkem vakuumu < 15 nm pri 3 kV

Pospeševalna napetost 200 V do 30 kV

Izvor curka ionov Tekoči kovinski galij

Ločljivost ionske puške 10 nm pri 30 kV

Motorizirana os (5x)

x = 50 mm

y = 50 mm

z = 25 mm

Nagib – 10 ° do 60 °

Rotacija n x 360 °

Povečava 10x do 300.000x

Komora Infrardeča kamera

Širina 379 nm


3.4 Priprava vzorcev za oceno krčenja z uporabo optičnega in

elektronskega mikroskopa

Za oceno krčenja smo uporabili metodi prostega in vezanega krčenja. Najprej smo smo jeklene ploščice in cevke temeljito očistili z alkoholom. S tem smo se znebili umazanije in drobnih jeklenih delcev, nastalih med obdelavo. Hrapavost stene v cevkah je morala biti manj kot 0,8 µm, kar smo določili s preliminarnimi preizkusi, luknje v zobeh pa smo naredili s srednje grobim diamantnim svedrom. Vse vzorce smo pripravili po enakem postopku. Na podlago smo najprej nanesli vezivo Stae, ga rahlo spihali, da je odvečno topilo izparelo, in osvetlili z lučko Radii za 10 s ter z lučko FlashMax za 1 s. Nanesli smo kompozit debeline 2 mm in ga strjevali z lučko Radii 20 s ter z lučko FlashMax 3 s. V cevkah in zobeh, kjer je bila globina luknje večja od dveh milimetrov, smo kompozit nanašali v plasteh debeline od 1,5 do 2 mm. Tako pripravljene vzorce smo zalili v polimerno umetno maso in jih zbrusili ter spolirali na aparatu za vodno brušenje, da smo dobili ravno in gladko površino. Vzorce smo razmastili v ultrazvočni kopeli in jih popolnoma posušili. V vakuumu smo nanje nanesli tanko plast zlatih ionov in jih z elektro prevodnim grafitnim trakom pritrdili na nosilec. S tem smo omogočili električni pretok preko vzorca. Vzorce smo vstavili v elektronski mikroskop, vzpostavili vakuum in posneli slike. V prvem sklopu praktičnega dela smo najprej preverili ustreznost nerjavnega jekla za vezavo s kompoziti. Da bi lahko ugotovaljali vpliv vrste lučke in časa zamreženja na skrček smo morali uporabiti metodo prostega krčenja. Na dveh različno grobih ploščicah nerjavnega jekla smo strdili (5 x 5 x 2) mm velik kompozit. Hrapavost manj grobe ploščice je bila RA = 0,8 µm, bolj groba ploščica pa je imela RA enak 6,3 µm. Ploščici smo zalili z umetno maso in zbrusili do polovice, da smo dobili prečni prerez in s tem mejo med kompozitom in ploščico (slika 3 – 9).

Slika 3 – 9: Pripravljena preliminarna vzorca na dveh različno grobih ploščicah.


Nadaljevali smo s polnenjem cevk iz nerjavnega jekla, ki so imele premer 5 mm in dolžino 1,5 cm. Z vsakim kompozitom smo zapolnili štiri cevke in strdili po dva vzorca z lučko FlashMax in dva z lučko Radii. Vzorce smo po strjevanju opazovali v vzdolžnem in prečnem prerezu (slika 3 – 10).

Slika 3 – 10: Polimerni kompoziti v cevkah, strjeni z lučko FlashMax (a) in lučko Radii (b).

Po predpisanem postopku smo zapolnili tudi luknje, ki smo jih naredili v zobe z diamantnim svedrom, premera približno 5 mm in globine 2 mm. Zobe smo zalili z umetno maso in jih pobrusili do polovice (slika 3 – 11).

Slika 3 – 11: Polimerni kompoziti v zobeh, strjeni z lučko FlashMax (levo in zob brez oznak na desni) in z lučko Radii (desno).


3.5 Test izvleka (Pull-out test)

Za izvedbo testa smo potrebovali posebej narejeno orodje (slika 3 – 12 in 3 – 13). Zasnovano je tako, da je zgornja palčka popolnoma na sredini in poravnana s spodnjim valjem. S tem smo dosegli, da so vsi vzorci enakomerno sredinsko poravnani.

Slika 3 – 12: Stojalo za pripravo vzorcev pull-out testa.

Spodnji valj dolžine 4,2 cm ima na zgornji strani odprtino (hrapavost stene je manjša od RA = 0,8 µm), globoko 2,5 mm. V orodje ga vstavimo s spodnje strani in ga pričvrstimo s sponko. V vrhnjo odprtino valja smo nanesli 2 mm debelo plast kompozita po navodilih proizvajalcev in skozi zgornjo luknjico na napravi potisnili palčko v kompozit. Palčka je dolga 4 cm in ima na spodnjem delu 1 cm navoja za boljši oprijem kompozita. S tem smo dosegli, da se je kompozit mehansko vezal na palčko. Osvetlitev kompozita je bila direktno iz zgornje strani onemogočena, zato smo ga strjevali pod kotom 45 °. S tem je bil del kompozita rahlo osenčen zaradi palčke. Za vsak kompozit smo pripravili osem vzorcev (štiri smo strdili z lučko FlashMax in štiri z lučko Radii).


Slika 3 – 13: Shema stojala za pripravo vzorcev izvlečnega testa.

Tako pripravljene vzorce smo testirali na napravi Zwick/Roell Z010, ki je prikazana na sliki 3 – 14. Vzorec smo vpeli v čeljusti naprave in s pomočjo programa merili silo, potrebno za izvlek kompozita. Hitrost pomika čeljusti je bila 1 mm/min. Spodnji del vzorca (valj) smo vpeli v spodnje čeljusti, ki so bile statične. Palčko smo vpeli v zgornje čeljusti, ki so se počasi pomikale navzgor. S tem smo lahko kompozit počasi izvlekli, saj je bil zaradi navoja na palčki mehansko vezan nanjo.

Slika 3 – 14: a)Naprava Zwick/Roell Z010 in b) čeljusti naprave.


4 REZULTATI

Cilj preliminarnih preizkusov je bil ugotoviti pri kateri stopnji hrapavosti podlage lahko govorimo o prostem krčenju. Na slikah 4 – 1 in 4 – 2 je prikazano prileganje kompozita na ploščici s fino in grobo hrapavostjo. Razpoka med kompozitom in ploščico s fino hrapavostjo (RA = 0,8 µm) je 5.5 µm, največja razpoka med kompozitom in ploščico z grobo hrapavostjo (RA = 6,3 µm) pa je 1,6 µm.

Slika 4 – 1: a) Kompozit na jekleni ploščici s hrapavostjo RA = 0,8 µm in b) izmerjena širina razpoke.

Slika 4 – 2: a) Kompozit na jekleni ploščici s hrapavostjo RA = 6,3 µm in b) izmerjena širina razpoke.


Kompozit kemijsko ne reagira z jeklom, zato lahko pri ploščici s fino hrapavostjo govorimo o prostem krčenju. Po celotni meji med kompozitom in ploščico je vidna razpoka (slika 4 – 1a). V primeru grobe jeklene ploščice gre za vezano krčenje, ker kompozit zalije intruzije na jekleni površini in sta s tem mehansko vezana (slika 4 – 2a). Posledično je razpoka med kompozitom in ploščico s fino hrapavostjo večja. S tem smo potrdili naše domneve glede vezanosti kompozita na jeklo.


4.1 Razpoke med kompozitom in materialom – optični mikroskop

Razpoke med kompoziti in jekleno cevko oziroma zobom po strjevanju z različnima lučkama so prikazane na slikah 4 – 3, 4 – 4, 4 – 5 in 4 – 6. Razpoke v cevkah so večje, kot v zobu, saj se kompozit slabše veže na kovino in posledično lažje krči. Na sliki 4 – 3 so prikazane razpoke na mejni površini kompozita Ice, ki so nastale zaradi polimerizacijskega krčenja pri različnih pogojih. Širina razpoke med kompozitom Ice in jekleno cevko je po polimerizaciji z lučko FlashMax (a) 17 µm in 11 µm po strjevanju z lučko Radii (b). Razpoka med zobom in kompozitom Ice je znatno manjša. Po strjevanju z lučko Flashmax (c) znaša 8 µm in po strjevanju z lučko Radii (d) 5 µm.

Slika 4 – 3: Mejna površina kompozita Ice po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Ice po strjevanju z lučko Radii v jekleni cevki

(b) in v zobu (d).


Slika 4 – 4 prikazuje mejno površino kompozita Charisma. Razpoka med jekleno cevko in kompozitom Charismo je pri polimerizaciji z obema lučkama (a, b) široka 25 µm. Med zobom in Charismo je pri strjevanju z lučko FlashMax (c) široka 8 µm ter pri strjevanju z lučko Radii (d) 2 µm.

Slika 4 – 4: Mejna površina kompozita Charisma po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Charisma po strjevanju z lučko Radii v

jekleni cevki (b) in v zobu (d).


Na sliki 4 – 5 je prikazana mejna površina kompozita Gradia. Kot je razvidno iz slike, se je ta kompozit najmanj krčil. Po strjevanju kompozita v cevki z lučko Flashmax je razpoka široka (a) 12 µm ter v zobu (c) 3 µm. Pri strjevanju z lučko Radii je nastala razpoka med kompozitom in cevko široka 6 µm, med Gradio in zobom pa le1 µm.

Slika 4 – 5: Mejna površina kompozita Gradia po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Gradia po strjevanju z lučko Radii v



Razpoke na mejnih površinah kompozita Glacier so prikazane na sliki 4 – 6. Med jekleno cevko in kopozitom je razpoka široka 25 µm po strjevanju z lučko FlashMax in 16 µm po strjevanju z lučko Radii. Po polimerizaciji kompozita v zobu z lučko FlashMax je razpoka na meji široka 2,5 µm ter po polimerizaciji z lučko Radii 4 µm. Omeniti velja, da je kompozit, ki smo ga strjevali z lučko Flashmax, v zobu precej napokan, a so razpoke majhne.

Slika 4 – 6: Mejna površina kompozita Glacier po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Glacier po strjevanju z lučko Radii v



V tabeli 4 – 1 so prikazani izračunani skrčki kompozitov (v %). Vsi so manjši od največje dovoljene meje krčenja, ki je 1 %. Kljub temu so med njimi opazne razlike. Velika razlika je med kompoziti, strjenimi v jekleni cevki in tistimi, ki so bili strjeni v zobu. To potrjuje našo predpostavko, da se kompoziti v jeklenih cevkah krčijo prosto ter da so na zobe kemijsko vezani.

Tabela 4 – 1: Skrček kompozitov, polimeriziranih z lučkama Flashmax P3 in Radii Plus v jekleni cevki in zobu.

Kompozit FlashMax P3 Radii Plus

ε (%) ε (%)

Ice – Jeklena cevka 0,34 0,22

Charisma – Jeklena cevka 0,50 0,50

Gradia – Jeklena cevka 0,24 0,12

Glacier – Jeklena cevka 0,50 0,32

Ice – Zob 0,16 0,10

Charisma – Zob 0,16 0,04

Gradia – Zob 0,06 0,02

Glacier – Zob 0,05 0,08


4.2 Razpoke med kompozitom in materialom – elektronski mikroskop

Želeli smo potrditi, da so bile naše meritve širine razpok pod optičnim mikroskopom dovolj natančno izmerjene. Tako smo po polimerizaciji nastale razpoke med materialom in kompozitom izmerili natančneje še z elektronskim mikroskopom. Odločili smo se za povečavo mejnih površin kompozita Ice (slika 4 – 7), saj je izmed vseh najbolj reprezentativen in ima po navedbah podjetja, ki je priskrbelo vzorčni material, največjo popularnost med uporabniki. Razpoke smo izmerili na več mestih, da smo dobili čimboljšo predstavo o njihovi širini. Povprečna velikost razpoke po strjevanju z lučko FlashMax med kompozitom Ice in jekleno cevko (a) je 16,83 µm ter med kompozitom Ice in zobom (c) 7,86 µm. Po polimerizaciji z lučko Radii je povprečna velikost razpoke med kompozitom in jekleno cevko (b) 10,31 µm ter med kompozitom in zobom (d) 5,52 µm.

Slika 4 – 7: Mejna površina kompozita Ice z izmerjeno širino razpoke po strjevanju z lučko FlashMax v jekleni cevki (a) in v zobu (c). Mejna površina kompozita Ice z izmerjeno širino

razpoke po strjevanju z lučko Radii v jekleni cevki (b) in v zobu (d).


4.3 Pull-out test

Odločili smo se tudi za izvedbo pull-out testov, saj nas je zanimalo, ali krčenje vpliva na silo, ki jo potrebujemo za izvlek kompozita. Predpostavka je bila, da se kompozit skrči in se stene s hrapavostjo manj kot RA=0,8 µm, ne drži več popolnoma. Zaradi tega, bi se morala poznati razlika v sili izvleka med kompoziti, ki se bolj krčijo in tistimi, ki se manj. Pripravili smo osem vzorcev za vsak kompozit. Polovico smo jih strdili z lučko FlashMax in polovico z lučko Radii. Večina vzorcev je počila pred popolnim izvlekom. Dobra polovica jih je počila na debelini vzorca približno 0,5 mm, nekateri pa so počili na 1 mm debeline vzorca. Celotna debelina vzorca je bila 2,5 mm. Graf na sliki 4 – 8 prikazuje razpon sile pri izvleku vzorcev od najmanjše do največje za vsak kompozit. Graf je povzetek ostalih grafov, ki prikazujejo izvlečne sile za vsak vzorec posebej in so predstavljeni na slikah od 4 – 9 do 4 – 16 ter prikazujejo silo izvleka v N proti izvleku v mm. V opisih teh grafov smo poudarili, kateri kompozit je bil popolnoma izvlečen in kateri so počili še pred popolnim izvlekom. Pri kompozitu, kjer je bil vsaj eden od vzorcev izvlečen popolnoma, smo vzeli to vrednost oziroma povprečno vrednost vseh popolnoma izvlečenih vzorcev, kot referenčno in ostale zanemarili. Pri kompozitih, kjer so vsi vzorci počili, smo kot referenčno vzeli povprečno vrednost vseh štirih meritev.

Slika 4 – 8: Razpon sil potrebnih za izvlek kompozitov, polimeriziranih z lučko FlashMax P3 in lučko Radii Plus.


Slika 4 – 9 prikazuje izvlek vzorcev kompozita ice strjenega z lučko FlashMax. Vzorec 1 je bil izvlečen v celoti s silo 1 630 N, ostali trije so počili tik pod vrhom. Slika 4 – 10 prikazuje enak kompozit strjen z lučko Radii, kjer sta bila popolnoma izvlečena vzorca 1 in 3 s povprečno silo 1 160 N. Vzorca 2 in 4 sta počila na sredini kompozita. Pri vzorcu 4 je zaradi velikega padca v sili izvleka ob zlomu vzorca program nehal zapisovati vrednosti.

Slika 4 – 9: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Ice polimeriziranih z lučko FlashMax P3.

Slika 4 – 10: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Ice, polimeriziranih z lučko Radii Plus.


Na sliki 4 – 11 je prikazana sila izvleka kompozita Charisma pri strjevanju z lučko FlashMax. Vsi vzorci so počili tik pod vrhom kompozita. Povprečna sila izvleka je 945 N. Na sliki 4 – 12 je kompozit, strjen z lučko Radii, kjer sta vzorca 1 in 2 počila na sredini kompozita, ter vzorca 3 in 4 tik pod vrhom kompozita. Povprečna sila izvleka vseh štirih vzorcev je 920 N.

Slika 4 – 11: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Charisma polimeriziranih z lučko FlashMax P3.

Slika 4 – 12: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Charisma, polimeriziranih z lučko Radii Plus.


Kompozit Gradia, strjen z lučko FlashMax (slika 4 – 13) je pri vseh vzorcih počil tik pod vrhom. Pri vzorcu 3 je program nehal zapisovati vrednosti, saj je ob prelomu kompozita sila izvleka močno padla (877,5 N). Kompozit, strjen z lučko Radii (slika 4 – 14), ima povprečno silo izvleka 1 592,5 N. Vsi vzorci so počili tik pod vrhom.

Slika 4 – 13: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Gradia, polimeriziranih z lučko FlashMax P3.

Slika 4 – 14: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Gradia, polimeriziranih z lučko Radii Plus.


Pri kompozitu Glacier, strjenim tako z lučko Flashmax (slika 4 – 15), kot z lučko Radii (slika 4 – 16), so bile sile izvleka precej nizke. Prvi trije vzorci, strjeni z lučko FlashMax, so počili, a je bil vzorec 4 popolnoma izvlečen. Sila izvleka v tem primeru je bila 700 N. Vzorce 1, 3 in 4, ki so bili strjeni z lučko Radii, smo lahko popolnoma izvlekli, le vzorec 2 je počil na sredini. Povprečna sila izvleka je bila 933,3 N.

Slika 4 – 15: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Glacier, polimeriziranih z lučko FlashMax P3.

Slika 4 – 16: Sile izvleka štirih vzorcev kompozita Glacier, polimeriziranih z lučko Radii Plus.


5 SKLEP

Zaradi stalnega napredka v razvoju polimernih kompozitov v dentalni medicini in razvoju lučk za njihovo polimerizacijo smo v diplomskem delu predstavili raziskavo vpliva dveh različnih lučk na skrček polimernih kompozitov. Primarni cilj diplomske naloge je bil raziskati vpliv lučke FlashMax P3, ki polimerne kompozite strdi v 3 s, na njihov skrček. Ta lučka je novost na trgu, tako svetovnem kot slovenskem, in še ni bila raziskana s tega vidika. Za referenčno lučko smo uporabili Radii Plus, ki je standardna LED lučka za polimerizacijo dentalnih kompozitov v 20 s. Vpliv lučk na skrček smo raziskali na štirih različnih polimernih kompozitih. Ti so se razlikovali tako po velikosti delcev polnila, kot po sestavi matice. Polimerni kompozit Gradia je mikro kompozit, Glacier je mikro-hibridni kompozit, Charisma hibridni in Ice nano-hibridni polimerni kompozit. V tej nalogi smo želeli pokazati predvsem razlike v skrčkih, zato smo izbrali za način evaluacije metodo prostega ter vezanega krčenja. Povsem na novo smo vpeljali metodo izvleka (pull-out metodo). Pri preliminarnih preizkusih smo ugotovili, da lahko govorimo o prostem krčenju ob polimerizaciji kompozita na kovinski podlagi, če ima podlaga hrapavost najmanj RA = 0,8 µm. S tem smo zagotovili, da lahko pri polimerizaciji kompozitov v jeklenih cevkah govorimo o metodi prostega krčenja. Jeklene cevke s strjenimi polimernimi kompoziti smo pobrusili in izmerili razpoko med kompozitom in steno jeklene cevke pod optičnim in tudi elektronskim mikroskopom ter s tem dobili natančno izmerjeno širino razpoke. S ponovljenimi poizkusi z metodo vezanega krčenja kompozitov v zobu smo lahko določili razliko v krčenju. Ugotovili smo, da so med obema lučkama opazne razlike v strjevanju. Pri polimerizaciji z lučko FlashMax P3 se kompoziti krčijo bolj kot pri polimerizaciji z lučko Radii Plus. Vendar je krčenje še vedno v mejah normale, določenih s strani proizvajalcev kompozitov. Pri metodi izvleka smo predpostavili, da ima polimerni kompozit z večjim skrčkom, manjšo izvlečno silo. Tega nam ni uspelo potrditi. Smo pa ugotovili, da se izvlečne sile pri nekaterih kompozitih (Gradia in Glacier) zelo razlikujejo, glede na to ali so bili polimerizirani z lučko FlashMax P3 ali z lučko Radii Plus. Največji skrček je bil izmerjen pri polimernih kompozitih Glacier in Charisma. Največja razlika v lučkah glede na izveden pull-out test se je pokazala pri polimernem kompozitu Gradia, ki je sicer imel najmanjši skrček. Za prihodnje raziskave bi bilo vsekakor zanimivo izvesti primerjalno študijo še na ostalih polimernih kompozitih kot potrditev sklepa te naloge. Zanimivo bi bilo preveriti tudi največjo možno obremenitev kompozitov, strjenih z eno in drugo lučko ter izračunati napetosti v kompozitih po polimerizaciji v zobu.


6 LITERATURA

[1] L. F. J. Schneider, L. M. Cavalcante, N. Silikas, Shrinkage Stresses Generated during Resin-Composite Applications: A Review,˝ Journal of Dental Biomechanics, vol. 2010, članek ID 131630, 14 strani, 2010 [2] F. Klemenc, ˝Polimerizacija kompozitov z različnimi viri svetlobe,˝ Zobozdravstveni vestnik, vol. 57, str. 54-58, 2002 [3] C. J. Kleverlaan, A. J. Feilzer, ˝Polymerization shrinkage and contraction stress of dental resin composites,˝ Dental Materials, vol. 21, str. 1150-1157, 2005 [4] A. J. de Gee, C. L. Davidson, and A. Smith, ˝A modified dilatometer for continuous recording of volumetric polymerization shrinkage of composite restorative materials,˝ Journal of Dentistry, vol. 9, št. 1, str. 36 – 42, 1981 [5] D. C. Watts and A. J. Cash, ˝Determination of polymerization shrinkage kinetics in visible-light-cured materials: methods development,˝ Dental Materials, vol. 7, št. 4, str. 281 – 287, 1991. [6] R. A. Pereira, P. A. de Araujo, J. C. Casta eda-Espinosa, R. F. L. Mondelli, ˝Comparative analysis of the shrinkage stress of composite resins,˝ Journal of Applied Oral Science, vol. 2008, št. 16(1), str. 30-34, 2008 [7] W. D. Cook, M. Forrest, A. A. Goodwin, ˝A simple method for the measurement of polymerization shrinkage in dental composites,˝ Dental Materials, vol. 15, str. 447-449, 1999 [8] Heraeus Kulzer, Charisma, Scientific Information [9] R. L. Sakaguchi, B. D. Wiltbank, C. F. Murchison, ˝Prediction of composite elastic modulus and polymerization shrinkage by computational micromechanics,˝ Dental Materials, vol. 20, št. 4, str. 397-401, 2004 [10] Dental composites http://www.dentalcomposites.com/chemistry%20resin.htm [11] Use of Composite Resins in Dentistry http://clubweb.interbaun.com/~jevans/compositeresin.htm [12] Peter Glavič, ˝Gradiva,˝ str. 279, 2006 [13] R. L. Bowen, ˝Properties of a silica-reinforced polymer for dental restorations,˝ The Journal of the American Dental Association, vol. 66, pp. 57-64, 1963 [14]GC – Technical manual GC Gradia [15] SDI – Glacier – Instructions for use [16] SDI – Glacier – Anterior / Posterior micro-hybrid composite [17] CMS Dental – FlashMax P3 – letak, promocijski material [18] SDI – Radii – promocijski material [19] http://ucem.uni-mb.si/Quanta.html

http://www.dentalcomposites.com/chemistry%20resin.htm

http://clubweb.interbaun.com/~jevans/compositeresin.htm


7 PRILOGE

7.1 Življenjepis

Mateja DREVENŠEK

OSEBNI

PODATKI

Griže 53, 3302 Griže

GSM: 041 627 956

email: [email protected]

Rojena 31. decembra 1986 v Celju

IZOBRAZBA 1.10.2005 – Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo (FKKT)

Univerza v Mariboru

Univerzitetni študijski program Kemijska tehnologija,

smer Biokemijska tehnika

Naziv: Univerzitetni diplomirani inženir kemijske

tehnologije

1.9.2001 –

20.6.2005

1. Gimnazija v Celju

Splošna gimnazija

Naziv: Gimnazijski maturant


DELOVNE

IZKUŠNJE

4.7.2012 –

19.8.2012

Raziskovalno delo v laboratoriju

School of Pharmacy, Queen's University Belfast

97 Lisburn Road, BT9 7BL Belfast (UK)

Raziskava hidrogelov

Raziskava in primerjava lastnosti mikroiglic iz

različnih hidrogelov

Priprava raztopin

Pomoč v laboratoriju

11.9.2008 –

10.6.2009

Obvezna študijska praksa - Delo v laboratoriju

Medicinska fakulteta, Univerza v Mariboru

Laboratoriji medicinske fakultete, Oddelek za

mikrobiologijo

Slomškov trg 15, 2000 Maribor (Slovenija)

Priprava vzorcev

Izolacija limfocitov, rdečih krvničk in seruma iz

krvi in tkiva

izolacija DNK, RNK in proteinov iz limfocitov

PCR pomnoževanje DNK

15.9.2002 – Delo v pisarni in prodaja na terenu

Drevenšek & Drevenšek d.o.o.

Griže 53, 3302 Griže (Slovenija)

Administrativna dela

Pomoč na seminarjih

Stiki z dobavitelji in strankami

Svetovanje pri uporabi materiala

Zastopstvo za prodajo lup ExamVision


ZNANJA in

IZKUŠNJE

Tehnična znanja:

Pisarniški paketi (MS Office, OpenOffice)

Računovodski program Vasco

Uporaba svetovnega spleta

Uporaba merilnih instrumentov in naprav v kemijski industriji

Uporaba laboratorijske opreme

Tuji jeziki:

Angleščina – tekoče (C1: Usposobljeni uporabnik)

Nemščina – osnovno razumevanje (A2: Osnovni uporabnik)

Organizacijska znanja:

Vodenje

Smisel za organizacijo

Hitro prilagajanje v nepričakovanih situacijah

Socialna znanja:

Sposobnost delovanja v timu

Komunikativnost

Javno nastopanje, predstavitve

Marketing

Umetniška in druga znanja:

Pisanje poezije

Risanje in ustvarjanje z različnimi tehnikami

Igranje klavirja in kitare

Ukvarjanje z različnimi športi (tenis, potapljanje, karate, …)

Vozniški izpit:

A in B kategorije

Documents

Navodila za izdelavo diplomske naloge - COREDilatacija kompozitov pri uporabi v stomatologiji Stran 5 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorici, prof. dr. Andreji Goršek za izjemno pomoč