Dental and Medical Problems

Dent. Med. Probl.
Index Copernicus (ICV 2019) – 118.76
MNiSW – 20
CiteScore (2020) – 1.2
Average rejection rate (2020) – 88.71%
ISSN 1644-387X (print)
ISSN 2300-9020 (online)
Periodicity – quarterly

Download PDF

Dental and Medical Problems

2016, vol. 53, nr 1, January-March, p. 34–40

doi: 10.17219/dmp/61059

Publication type: original article

Language: Polish

Download citation:

  • BIBTEX (JabRef, Mendeley)
  • RIS (Papers, Reference Manager, RefWorks, Zotero)

Creative Commons BY-NC-ND 3.0 Open Access

Wpływ dodatku amorficznego fosforanu wapnia (ACP) na wytrzymałość eksperymentalnego kompozytu światłoutwardzalnego

The Influence of Amorphous Calcium Phosphate Addition on Mechanical Properties of the Experimental Light-Cured Dental Composite

Karolina Drzewiecka1,A,B,C,D, Joanna Kleczewska2,B,C, Michał Krasowski3,B,C, Barbara Łapińska1,C,E,F, Jerzy Sokołowski1,A,E,F

1 Zakład Stomatologii Ogólnej, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Łódź, Polska

2 Instytut Technologii Polimerów i Barwników, Politechnika Łódzka, Łódź, Polska

3 Uczelniane Laboratorium Badań Materiałowych, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Łódź, Polska

Streszczenie

Wprowadzenie. Dostępne obecnie materiały kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach stomatologii. Rozwój inżynierii polimerów umożliwia modyfikację składu kompozytów dentystycznych dodatkami o działaniu remineralizacyjnym względem szkliwa i zębiny, takimi jak amorficzny fosforan wapnia (ACP). Powstaje jednak pytanie, czy taka ingerencja w skład materiału kompozytowego będzie miała wpływ na jego właściwości chemiczne i fizyczne.
Cel pracy. Ocena wytrzymałości mechanicznej eksperymentalnego materiału kompozytowego modyfikowanego ACP.
Materiał i metody. Do badań wykorzystano eksperymentalny materiał kompozytowy o półpłynnej konsystencji na bazie żywic dimetakrylanowych Bis-GMA i TEGDMA (60:40) zawierający 25% wag. krzemionki ARSIL oraz dodatek amorficznego fosforanu wapnia (ACP) w postaci proszku. Wyodrębniono 3 grupy badane (n = 13) w zależności od dodanej ilości ACP do materiału kompozytowego. Grupę kontrolną stanowiły próbki wykonane z kompozytu bez dodatku ACP. Próbki do badań wykonano w formie walców o wysokości 3 mm i średnicy 5 mm, wypełniając silikonową formę uzyskaną pastą kompozytową dwoma warstwami. Warstwy materiału polimeryzowano światłem lampy polimeryzacyjnej Megalux® (Mega Physik Dental). Do oceny wytrzymałości próbek wykorzystano test średnicowej wytrzymałości na rozciąganie (DTS) przeprowadzony w uniwersalnym urządzeniu testującym Zwick-Roell Z020 (Zwick-Roell) przy prędkości przesuwu belki poprzecznej 2 mm/min. W każdej grupie zbadano 10 próbek. Twardość próbek określano metodą Vickersa w mikrotwardościomierzu ZHVμ (Zwick-Roell). Pomiary przeprowadzono przy obciążeniu 1 kg (HV1), a czas penetracji wgłębnika wynosił 10 s. Dla 3 próbek z każdej grupy przeprowadzono 5-krotny pomiar twardości.
Wyniki. Największe wartości w badaniu DTS uzyskano dla kompozytu o 15,25% wag. zawartości ACP (15,25% wag.), a najmniejsze dla kompozytu o 10,72% wag. zawartośći ACP, przy czym wartości te były niższe niż dla grupy kontrolnej. Różnice te nie były jednak istotne statystycznie. Największą twardość wykazały próbki o największej zawartości ACP, a najmniejszą próbki kompozytu bez dodatku ACP.
Wnioski. Dodatek ACP do materiału kompozytowego zwiększa istotnie twardość materiału kompozytowego, ale nie wpływa na jego wytrzymałość.

Abstract

Background. Currently available composite materials are widely used in many branches of dentistry. The development of polymer engineering allows for the modification of these materials’ composition by adding substances which remineralize enamel and dentin, such as amorphous calcium phosphate (ACP). However, the question arises whether the addition of ACP to composite materials will have an impact on their physical and chemical properties.
Objectives. The aim of the study was to evaluate the mechanical properties of an experimental ACP-modified dental composite.
Material and Methods. The study used an experimental semi-flow composite material based on dimetacrylic resins BisGMA and TEGDMA (60:40) filled with colloidal silica and ACP as powder. Three study groups (n = 13) were created, depending on the amount of ACP added to the basic composite. The experimental composite without ACP was the control group. Roller-shaped samples 3 mm high and of 5 mm in diameter were prepared by filling the silicone matrix with the obtained composite paste in two layers. The material was light-cured with a LED polymerization lamp. Diametral tensile strength (DTS) was tested using Zwick Roell Z020 device with transverse bar movement velocity at 2 mm/min. Ten samples in each group were examined. The hardness of samples was evaluated using the HV1/10 method in the ZHVμ (Zwick-Roell) hardness tester. From each group 3 samples were tested, hardness was measured fivefold for each sample.
Results. The highest value of DTS was obtained for the composite with the highest content of ACP (15.25% wag.) and the lowest value for the composite with 10.7% content of ACP; still both values were lower than for the control group, but those differences were not statistically significant. The greatest hardness was obtained for the composite with the highest amount of ACP and the lowest hardness for the material without ACP.
Conclusion. Addition of ACP to the composite material significantly increases its hardness, but does not influence its durability.

Słowa kluczowe

ACP, materiały kompozytowe, remineralizacja, wytrzymałość na rozciąganie

Key words

ACP, composite materials, remineralization, diametral tensile strength

References (21)

  1. LeGeros R.Z.: Calcium phosphates in oral biology and medicine. Karger, Basel, 1991, 1–201.
  2. Skrtic D., Antonucci J.M., Eanes E.D.: Amorphous calcium phosphate-based bioactive polymeric composites for mineralized tissue regeneration. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2003, 108, 167–182.
  3. Eanes E.D.: Amorphous calcium phosphate: thermodynamic and kinetic considerations. [In:] Calcium Phosphates in Biological and Industrial Systems. Eds.: Amjad Z. Kluwer Academic Publisher, Boston, 1998, 21–39.
  4. Mahamid J., Sharir A., Addadi L., Weiner S.: Amorphous calcium phosphate is a major component of the forming fin bones of zebrafish: indications for an amorphous precursor phase. Proc. Natl. Acad. Sci. 2008, 105, 12748–12753.
  5. Wang L., Nancollas G.H.: Pathways to biomineralization and biodemineralization of calcium phosphates: the thermodynamic and kinetic controls. Dalton Trans. 2009, 21, 2665–2672.
  6. Beniash E., Metzler R.A., Lam R.S., Gilbert P.U.: Transient amorphous calcium phosphate in forming enamel. J. Struci. Biol. 2009, 166, 133–143.
  7. Li Y.B., Li D.X., Weng W.J.: Amorphous calcium phosphates and its biomedical application. J. Inorgan. Mater. 2007, 22, 775–782.
  8. Iijima Y., Cai F., Shen P., Walker G., Reynolds C., Reynolds E.C.: Acid resistance of enamel subsurface lesions remineralized by a sugar-free chewing gum containing casein phosphopeptide-amorphous calcium phosphate. Caries Res. 2004, 38, 551–556.
  9. Shen P., Cai F., Nowicki A., Vincent J., Reynolds E.C.: Remineralization of enamel subsurface lesions by sugar-free chewing gum containing casein phosphopeptide-amorphous calcium phosphate. J. Dent. Res. 2001, 80, 2066–2070.
  10. Dorozhkin S.V., Epple M.: Biological and medical significance of calcium phosphates. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2002, 41, 3130–3146.
  11. Lata S., Varghese N.O., Varughese J.M.: Remineralization potential of fluoride and amorphous calcium phosphatecasein phospho peptide on enamel lesions: An in vitro comparative evaluation. J. Conserv. Dent. 2008, 13, 42–46.
  12. Moreau J.L., Sun L.M., Chow L.C., Xu H.H.K.: Mechanical and acid neutralizing properties and bacteria inhibition of amorphous calcium phosphate dental nanocomposite. J. Biomed. Mater. Res. B Apel. Biomater. 2011, 98B, 80–88.
  13. Antonucci J.M., Skrtic D., Eanes E.D.: Remineralizing dental composites based on amorphous calcium phosphate. Polymer Reprints, 1995, 36, 779–780.
  14. Antonucci J.M., Skrtic D., Eanes E.D.: Bioactive polymeric dental materials based on amorphous calcium phosphate – effect of coupling agents. [In:] Hydrogels and Biodegradable Polymers for Bioapplications. Eds.: Ottenbrite R., Huang S., Park K. ACS, Washington DC, 1996, 243–254.
  15. O’Donnell J.N., Antonucci J.M., Skrtic D.: Amorphous calcium phosphate composites with improved mechanical properties. J. Bioact. Compact. Polym. 2006, 21, 169–184.
  16. Dunn W.J.: Shear bond strength of an amorphous calcium-phosphate-containing orthodontic resin cement. Am. J. Orthod. Dentofacial. Orthop. 2007, 131, 243–247.
  17. Foster J.A., Berzins D.W., Bradley T.G.: Bond strength of an amorphous calcium phosphate-containing orthodontic adhesive. Angle Orthod. 2008, 78, 339–344.
  18. Park M.S., Eanes E.D., Antonucci J.M., Skrtic D.: Mechanical properties of bioactive amorphous calcium phosphate/ methacrylate composites. Dent. Mater. 1998, 14, 137–141.
  19. Moreau J.L., Weir M.D., Giuseppetti A.A., Chow L.C., Antonucci J.M., Xu H.H.K.: Long-term mechanical durability of dental nanocomposites containing amorphous calcium phosphate nanoparticles. J. Biomem. Mater. Res. B Apel. Biomater. 2012, 100B, 1264–1273.
  20. O’Donnell J.N.R., Schumacher G.E., Antonucci J.M., Skrtic D.: Structure-composition-property relationships in polymeric amorphous calcium phosphate-based dental composites. Materials, 2009, 2, 1929–1954.
  21. Marovic D., Tarle Z., Hiller K.A., Müller R., Rosentritt M., Skrtic D., Schmalz G.: Reinforcement of experimental composite materials based on amorphous calcium phosphate with inert fillers. Dent. Mater. 2014, 30, 1052–1060.