DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-51486-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38253714
تاريخ النشر: 2024-01-22
المؤلف: Min-Chae Kim وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير أربعة أنواع من النانو حشوات—Al$_2$O$_3$، ZnO، CeZr، وSiO$_2$—على استقرار اللون والخصائص الفيزيائية الكيميائية للراتنجات الأساسية للأطقم الصناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تم تعريض الراتنجات لعملية معالجة الضوء الرقمي وغمرها في مشروبات متنوعة (كوكا كولا، قهوة، شاي أسود، وماء مقطر) لمدة ستة أيام. أظهرت النتائج أن جميع المجموعات التجريبية أظهرت استقرارًا أفضل في اللون في الكوكا كولا مقارنة بمجموعة التحكم؛ ومع ذلك، أظهرت المجموعات التي تحتوي على ZnO وCeZr استقرارًا أقل في القهوة والشاي الأسود. بالإضافة إلى ذلك، أدى وجود هذه النانو حشوات إلى التكتل وانخفاض اللمعان مقارنة بمجموعة التحكم.
كشفت الدراسة أيضًا أنه بينما كانت الدقة البُعدية عمومًا متشابهة بين المجموعات التجريبية ومجموعة التحكم، تم ملاحظة اختلافات كبيرة في محاور معينة لتركيزات معينة من النانو حشوات. تأثرت الخصائص السطحية أيضًا، حيث أظهرت مجموعات ZnO وCeZr لمعانًا أقل وزوايا تماس متغيرة. ومن الجدير بالذكر أن امتصاص الماء كان أعلى في مجموعة Al$_2$O$_3$، بينما ظلت القابلية للذوبان مشابهة إحصائيًا عبر المجموعات. بشكل عام، تؤكد النتائج التأثير الكبير لـ ZnO وCeZr على استقرار اللون ضد عوامل التلوين، مما يبرز الإمكانية لتحسين تركيبات النانو حشوات لتعزيز أداء راتنجات الأساس للأطقم الصناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في التطبيقات السريرية.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام راتنج طباعة ثلاثية الأبعاد غير المعالج (NextDent Denture 3D+، 3D Systems، هولندا) كقاعدة لصنع الأطقم. تضمنت تركيبة الراتنج 75 وزناً.% من ثنائي الميثاكريلات الإيثوكسيلي، 10-20 وزناً.% من ثنائي الميثاكريلات، 5-10 وزناً.% من ميثاكريلات 2-هيدروكسي إيثيل، 5-10 وزناً.% من SiO₂، 1-5 وزناً.% من أكسيد الفوسفور (2،4،6-تريميثيل بنزويل)، وأقل من 0.1 وزناً.% من TiO₂. لتعزيز خصائص الراتنج، تم دمج أربعة أنواع من النانو حشوات—أكسيد الألمنيوم (Al₂O₃)، أكسيد الزنك (ZnO)، أكسيد السيريوم-الزركونيوم (CeO₄Zr)، وSiO₂—بتركيزات متفاوتة.
تم خلط الجسيمات النانوية، كل منها بحجم ≤ 50 نانومتر ومصدرها من سيغما ألدريتش (سانت لويس، ميزوري، الولايات المتحدة الأمريكية)، بشكل موحد في الراتنج غير المعالج باستخدام خلاط سرعة (DAC 150.1 FVZ، هاوشيلد، ألمانيا) بسرعة 3500 دورة في الدقيقة لمدة دقيقتين. لمنع البلمرة المبكرة، تم تخزين الخلطات في بيئة مظلمة عند درجة حرارة مضبوطة تبلغ 23 ± 2 °م حتى بدأ عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. كانت هذه الطريقة المنهجية تهدف إلى تحسين الخصائص الميكانيكية والفيزيائية للأطقم المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يتم تسليط الضوء على النتائج الرئيسية، مما يظهر فعالية الطرق أو النماذج المقترحة في معالجة أسئلة البحث. يتم استخدام التحليلات الإحصائية، بما في ذلك اختبار الدلالة وفترات الثقة، للتحقق من النتائج، مما يضمن القوة والموثوقية.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح اتجاهات البيانات والمقارنات بين ظروف أو مجموعات مختلفة. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز فهم النتائج ودعم الاستنتاجات المستخلصة. بشكل عام، تساهم النتائج في الجسم المعرفي القائم في هذا المجال، مما يوفر رؤى قد تُفيد في توجيه الأبحاث المستقبلية أو التطبيقات العملية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم دمج أنواع مختلفة من النانو حشوات في راتنج قاعدة طباعة ثلاثية الأبعاد للأطقم لتقييم تأثيراتها على استقرار اللون، الدقة البُعدية، وغيرها من الخصائص الفيزيائية الكيميائية. تم إعداد عينات بأشكال مميزة وتم تعريضها للغمر في محاليل التلوين (القهوة، الشاي الأسود، الكوكا كولا، والماء المقطر) لمدة ستة أيام، محاكاة التعرض طويل الأمد. أظهرت النتائج أن المجموعات التجريبية التي تحتوي على حشوات الألمنيوم (Al) والسيليكون (Si) أظهرت استقرارًا أفضل في اللون مقارنة بتلك التي تحتوي على حشوات الزنك (Zn) والسيريوم (Ce)، خاصة بعد الغمر في القهوة والشاي الأسود. ومن الجدير بالذكر أن جميع المجموعات أظهرت استقرارًا محسنًا في اللون في الكوكا كولا، مع قيم تغيير لون مقبولة سريريًا (ΔE < 3.3) لمجموعات Al وSi. كشفت تقييمات الدقة البُعدية عن عدم وجود اختلافات كبيرة في أبعاد المحور X بين المجموعات التجريبية ومجموعة التحكم، بينما أظهر المحور Y تباينًا كبيرًا لمجموعة 2.5% Si. أثر وجود حشوات Zn وCe بشكل كبير على أبعاد المحور Z، على الأرجح بسبب تكتل الجسيمات. بالإضافة إلى ذلك، وجدت الدراسة أن دمج النانو حشوات أثر على لمعان السطح، وزاوية التماس، والصلابة الدقيقة، حيث أظهرت مجموعات 5.0% Al، 2.5% Ce، و5.0% Si قيم صلابة أعلى بشكل ملحوظ. كان امتصاص الماء أعلى بشكل ملحوظ في مجموعة 5.0% Al، لكن القابلية للذوبان ظلت متسقة عبر المجموعات. تؤكد هذه النتائج على إمكانية استخدام حشوات نانوية محددة لتعزيز أداء مواد الأطقم المطبوعة ثلاثية الأبعاد، خاصة من حيث استقرار اللون والخصائص الميكانيكية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-51486-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38253714
Publication Date: 2024-01-22
Author(s): Min-Chae Kim et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study investigates the impact of four types of nanofillers—Al$_2$O$_3$, ZnO, CeZr, and SiO$_2$—on the color stability and physicochemical properties of 3D-printed denture base resins. The resins were subjected to digital light processing and immersed in various beverages (Coke, coffee, black tea, and distilled water) for six days. Results indicated that all experimental groups exhibited improved color stability in Coke compared to the control group; however, those containing ZnO and CeZr showed reduced stability in coffee and black tea. Additionally, the presence of these nanofillers led to agglomeration and lower gloss compared to the control.
The study further revealed that while dimensional accuracy was generally comparable between experimental and control groups, significant differences were noted in specific axes for certain nanofiller concentrations. Surface properties were also affected, with the ZnO and CeZr groups demonstrating lower gloss and altered contact angles. Notably, water sorption was higher in the Al$_2$O$_3$ group, while solubility remained statistically similar across groups. Overall, the findings underscore the significant influence of ZnO and CeZr on color stability against discoloring agents, highlighting the potential for optimizing nanofiller formulations to enhance the performance of 3D-printed denture base resins in clinical applications.
Methods
In this study, uncured 3D printing denture resin (NextDent Denture 3D+, 3D Systems, Netherlands) served as the base matrix for the denture fabrication. The resin composition included 75 wt.% ethoxylated bisphenol A dimethacrylate, 10-20 wt.% bismethacrylate, 5-10 wt.% 2-hydroxyethyl methacrylate, 5-10 wt.% SiO₂, 1-5 wt.% diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, and less than 0.1 wt.% TiO₂. To enhance the properties of the resin, four types of nanofillers—aluminum oxide (Al₂O₃), zinc oxide (ZnO), cerium-zirconium oxide (CeO₄Zr), and SiO₂—were incorporated at varying concentrations.
The nanoparticles, each with a size of ≤ 50 nm and sourced from Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA), were uniformly mixed into the uncured resin using a speed mixer (DAC 150.1 FVZ, Hauschild, Germany) at 3500 rpm for 2 minutes. To prevent premature polymerization, the mixtures were stored in a dark environment at a controlled temperature of 23 ± 2 °C until the 3D printing process commenced. This methodical approach aimed to optimize the mechanical and physical properties of the 3D printed dentures.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments or analyses. Key outcomes are highlighted, showcasing the effectiveness of the proposed methods or models in addressing the research questions. Statistical analyses, including significance testing and confidence intervals, are employed to validate the results, ensuring robustness and reliability.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables that illustrate the data trends and comparisons between different conditions or groups. These visual aids serve to enhance the understanding of the results and support the conclusions drawn. Overall, the findings contribute to the existing body of knowledge in the field, providing insights that may inform future research directions or practical applications.
Discussion
In this study, various nanofillers were incorporated into a 3D printing denture base resin to evaluate their effects on color stability, dimensional accuracy, and other physicochemical properties. Specimens were prepared in distinct shapes and subjected to immersion in discoloration solutions (coffee, black tea, Coke, and distilled water) for six days, simulating long-term exposure. Results indicated that the experimental groups containing aluminum (Al) and silicon (Si) nanofillers exhibited superior color stability compared to those with zinc (Zn) and cerium (Ce) nanofillers, particularly after immersion in coffee and black tea. Notably, all groups showed enhanced color stability in Coke, with clinically acceptable color change values (ΔE < 3.3) for the Al and Si groups. Dimensional accuracy assessments revealed no significant differences in the X-axis dimensions between experimental and control groups, while the Y-axis showed significant variation for the 2.5% Si group. The presence of Zn and Ce nanofillers significantly affected the Z-axis dimensions, likely due to particle agglomeration. Additionally, the study found that the incorporation of nanofillers influenced surface gloss, contact angle, and microhardness, with the 5.0% Al, 2.5% Ce, and 5.0% Si groups demonstrating significantly higher hardness values. Water sorption was notably higher in the 5.0% Al group, but overall solubility remained consistent across groups. These findings underscore the potential of using specific nanofillers to enhance the performance of 3D-printed denture materials, particularly in terms of color stability and mechanical properties.