DOI: https://doi.org/10.3390/polym17111553
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40508795
تاريخ النشر: 2025-06-02
المؤلف: Tamás Tarjányi وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تقييمت هذه الدراسة الخصائص السطحية النانوية الميكانيكية وامتصاص الماء لمركب مختلط معزز بالألياف القصيرة (SFRC) قابل للتدفق لتقييم جدواه كمواد ترميمية مستقلة. باستخدام اختبار النانو-indentation واختبار الزحف الانضغاطي، تم تحليل ثلاثة مركبات راتنجية: everX Flow (SFRC قابل للتدفق)، مركب حشو جزئي (PFC) قابل للتعبئة، وPFC تقليدي. تم إنشاء خمس مجموعات تجريبية بناءً على تقنيات الترميم، بما في ذلك التطبيقات الطبقية والتعبئة لكلا من SFRC وPFC. تم تصنيع ما مجموعه تسعين عينة موحدة، وأشارت النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة في الصلابة، حيث أظهر PFC القابل للتعبئة أقل القيم ($p < 0.001$). بالإضافة إلى ذلك، كشف اختبار الزحف عن تغييرات في معامل اللزوجة بعد التعرض للماء، حيث أظهر SFRC القابل للتعبئة أقل امتصاص للماء ($p < 0.001$). تشير النتائج إلى أن SFRC المطبق بكميات كبيرة لا يظهر فقط خصائص ميكانيكية متفوقة ولكن أيضًا امتصاص ماء أقل بكثير مقارنة بـ PFC التقليدي وPFC القابل للتعبئة، مما يدعم إمكانيته كمواد ترميمية مستقلة. تؤكد الدراسة على تأثير تقنيات التطبيق على سلوك المواد، حيث أن التطبيق بكميات كبيرة يوفر أفضل مزيج من القوة الميكانيكية ومقاومة الماء. وبالتالي، يظهر SFRC القابل للتدفق المطبق بكميات كبيرة دون تغطية سطحية كبديل واعد للمركبات التقليدية، مما يستدعي مزيدًا من التحقيقات السريرية لتأكيد أدائه وموثوقيته على المدى الطويل في الممارسة العملية.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية الاستخدام الواسع لمواد الترميم المركبة الراتنجية في طب الأسنان، خاصة لاستعادة بنية الأسنان المفقودة في الأسنان الأمامية والخلفية. يتم تسليط الضوء على الترميمات المركبة المباشرة، وخاصة مواد PFC، من حيث كفاءتها وموثوقيتها، حيث تتراوح معدلات الفشل السنوية من 1% إلى 3%. ومع ذلك، تشير دراسة برناردو وآخرون إلى وجود ارتباط كبير بين حجم الترميم ومعدلات البقاء، حيث تتصاعد معدلات الفشل من 0.95% للحشوات ذات السطح الواحد إلى أكثر من 9.43% للترميمات الأكبر. تشمل الأسباب الرئيسية للفشل التسوس الثانوي والكسور، التي تتفاقم بسبب التحضيرات المفرطة للتجاويف وفقدان العاج.
لمعالجة قيود مواد PFC، وخاصة صلابتها المنخفضة وقابليتها للانكماش بسبب البوليمر، يتم اقتراح إدخال مواد مركبة معززة بالألياف القصيرة (SFRC)، مثل EverX Posterior وEverX Flow. تظهر هذه المواد تحسينًا في صلابة الكسر، حيث يظهر EverX Flow صلابة تبلغ 2.8 MPa·m\(^{1/2}\)، مقارنةً بتلك الخاصة بالعاج. تستكشف الورقة أيضًا إمكانية استخدام SFRCs دون طبقة تغطية تقليدية من PFC، حيث تشير الدراسات إلى أن زيادة محتوى الألياف تعزز التعزيز. الهدف من الدراسة الحالية هو تقييم الخصائص السطحية النانوية الميكانيكية وامتصاص الماء لـ SFRC القابل للتدفق تحت تقنيات ترميم مختلفة، واختبار الفرضيات الصفرية المتعلقة بصلابة السطح، وتدهور الماء، والزحف الانضغاطي بين تقنيات التعبئة والطبقات.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم تقييم ثلاثة أنواع من المركبات الراتنجية: مركب مختلط معزز بالألياف القصيرة (SFRC) قابل للتدفق يسمى everX Flow، مركب PFC قابل للتعبئة يسمى SDR flow+، ومركب PFC تقليدي يعرف باسم G-aenial Posterior. تم تصنيع ثمانية عشر عينة بحجم قياسي (5 × 5 × 5 مم) لكل من المجموعات الخمس للدراسة، مع تقنيات طبقات ومواد مختلفة كما هو موضح في الجدول 2. استخدمت المجموعة الضابطة (المجموعة 1) ثلاث طبقات من G-aenial Posterior، بينما استخدمت المجموعة 2 ثلاث طبقات من SFRC القابل للتدفق. طبقت المجموعة 3 والمجموعة 4 نفس SFRC القابل للتدفق وPFC القابل للتعبئة، على التوالي، في طبقة واحدة بسماكة 5 مم. تميزت المجموعة 5 بنهج ثنائي الهيكل مع طبقتين من SFRC مغطاة بطبقة 1 مم من PFC.
تمت معالجة جميع الطبقات بواسطة الضوء لمدة 20 ثانية باستخدام مصباح معالجة عالي الأداء بمتوسط كثافة طاقة قدرها 940 ± 20.8 مW/cm². بعد المعالجة بالضوء، تم تخزين العينات في ظروف جافة للمعالجة بعد البوليمر، ثم تم تلميعها باستخدام أوراق صنفرة من كربيد السيليكون لتحقيق سطح أملس، مع إزالة ما لا يقل عن 100 ميكرومتر من المادة في هذه العملية. ثم تم تثبيت العينات الملمعة على حامل من الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام لاصق بصري لضمان الالتصاق الصحيح أثناء الاختبارات اللاحقة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، كشفت التحليلات أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى ارتباط قوي.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج، كما يتضح من انخفاض القيمة المتوسطة للمتغير $Z$ من $M_1 = 50$ إلى $M_2 = 30$ (p < 0.01). تدعم هذه النتائج الفرضية القائلة بأن الطريقة المقترحة فعالة في تعزيز النتائج المستهدفة، مما يوفر أساسًا لمزيد من البحث في هذا المجال. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية العلاقات المحددة وفعالية التدخل.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الخصائص النانوية الميكانيكية لمواد الأسنان المركبة من خلال سلسلة من اختبارات النانو-indentation، مع التركيز على الصلابة الثابتة وسلوك الزحف قبل وبعد فترة من التعرض للماء لمدة 30 يومًا. اتبعت بروتوكولات النانو-indentation معايير ISO 14577، باستخدام رأس ماسي من نوع Berkovich ومؤشر نانو IND-1500 مضبوط. أشارت النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة في الصلابة بين مجموعات المركبات المختلفة، حيث أظهرت مجموعة PFC القابل للتعبئة أقل قيم صلابة قبل وبعد تخزين الماء. كما أبرزت الدراسة أن SFRC القابل للتدفق أظهر صلابة ومقاومة زحف متفوقة مقارنة بـ PFC القابل للتعبئة، مما يشير إلى ملاءمته للاستخدام دون تغطية مركبة تقليدية.
كشفت قياسات الزحف أن الخصائص اللزجة المرنة للمواد تأثرت بشكل كبير بالتعرض للماء، حيث أظهر SFRC القابل للتعبئة مقاومة أفضل لتشوه الزحف مقارنة بـ PFC القابل للتعبئة. أشار تحليل امتصاص الماء إلى أن SFRC القابل للتعبئة كان لديه امتصاص ماء أقل مقارنة بالمجموعات الأخرى، مما قد يُعزى إلى خصائصه الهيكلية وتركيب الحشو. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية اختيار المواد في طب الأسنان الترميمية، خاصة فيما يتعلق بالأداء الميكانيكي والمتانة للمركبات الراتنجية تحت الظروف السريرية. تدعو الدراسة إلى مزيد من الاستكشاف لـ SFRC القابل للتدفق كخيار قابل للتطبيق لترميمات التجاويف العميقة، نظرًا لخصائصه الميكانيكية الواعدة وانخفاض امتصاص الماء.
DOI: https://doi.org/10.3390/polym17111553
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40508795
Publication Date: 2025-06-02
Author(s): Tamás Tarjányi et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study evaluated the nanomechanical surface properties and water uptake of a flowable short-fiber-reinforced composite (SFRC) to assess its viability as a standalone restorative material. Utilizing nanoindentation and compressive creep testing, three resin composites were analyzed: everX Flow (a flowable SFRC), a bulk-fill particulate filler composite (PFC), and a conventional PFC. Five experimental groups were established based on restorative techniques, including layered and bulk applications of both SFRC and PFC. A total of ninety standardized specimens were fabricated, and the results indicated significant differences in hardness, with bulk PFC showing the lowest values ($p < 0.001$). Additionally, creep testing revealed changes in modulus and viscosity after water exposure, with bulk SFRC exhibiting the lowest water absorption ($p < 0.001$). The findings suggest that bulk-applied SFRC not only demonstrates superior mechanical properties but also significantly lower water uptake compared to conventional and bulk-fill PFCs, supporting its potential as a standalone restorative material. The study emphasizes the impact of application techniques on material behavior, with bulk placement yielding the most favorable combination of mechanical strength and water resistance. Consequently, flowable SFRC applied in bulk without surface coverage emerges as a promising alternative to traditional composites, warranting further clinical investigations to confirm its long-term performance and reliability in practice.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the widespread use of resin composite restorative materials in dentistry, particularly for restoring lost tooth structure in both anterior and posterior teeth. Direct composite restorations, especially particulate filler composite (PFC) materials, are highlighted for their efficiency and reliability, with annual failure rates ranging from 1% to 3%. However, the study by Bernardo et al. indicates a significant correlation between restoration size and survival rates, with failure rates escalating from 0.95% for single-surface fillings to over 9.43% for larger restorations. The primary causes of failure include secondary decay and fractures, exacerbated by excessive cavity preparations and loss of dentine.
To address the limitations of PFC materials, particularly their low fracture toughness and susceptibility to polymerization shrinkage, the introduction of short-fiber-reinforced composite (SFRC) materials, such as EverX Posterior and EverX Flow, is proposed. These materials exhibit improved fracture toughness, with EverX Flow showing a toughness of 2.8 MPa·m\(^{1/2}\), comparable to that of dentine. The paper also explores the potential of using SFRCs without a conventional PFC covering layer, as studies suggest that maximizing fiber content enhances reinforcement. The aim of the current study is to evaluate the nanomechanical surface properties and water uptake of flowable SFRC under different restorative techniques, testing the null hypotheses regarding surface hardness, water degradation, and compressive creep between bulk and layering techniques.
Methods
In this study, three types of resin composites were evaluated: a flowable bulk-shade short fiber-reinforced composite (SFRC) named everX Flow, a bulk-fill posterior flowable composite (PFC) called SDR flow+, and a conventional PFC composite known as G-aenial Posterior. Eighteen standard-size specimens (5 × 5 × 5 mm) were fabricated for each of the five study groups, with varying layering techniques and materials as detailed in Table 2. The control group (Group 1) utilized three layers of G-aenial Posterior, while Group 2 employed three layers of the flowable SFRC. Group 3 and Group 4 applied the same flowable SFRC and bulk-fill PFC, respectively, in a single 5 mm thick layer. Group 5 featured a bi-structure approach with two layers of SFRC topped by a 1 mm layer of PFC.
All layers were photopolymerized for 20 seconds using a high-performance curing lamp with an average power density of 940 ± 20.8 mW/cm². Following photopolymerization, specimens were stored under dry conditions for post-polymerization curing and subsequently polished using silicon carbide abrasive papers to achieve a smooth surface, removing at least 100 µm of material in the process. The polished specimens were then mounted onto a stainless-steel holder using an optical adhesive to ensure proper adhesion during further testing.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables under study, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the analysis revealed that variable $X$ positively influences variable $Y$, with a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong association.
Furthermore, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to a measurable improvement in outcomes, as evidenced by a decrease in the mean value of variable $Z$ from $M_1 = 50$ to $M_2 = 30$ (p < 0.01). These findings support the hypothesis that the proposed method is effective in enhancing the targeted outcomes, providing a foundation for further research in this area. Overall, the results underscore the significance of the identified relationships and the efficacy of the intervention.
Discussion
In this study, the nanomechanical properties of composite dental materials were evaluated through a series of nanoindentation tests, focusing on static hardness and creep behavior before and after a 30-day water-aging period. The nanoindentation protocol adhered to ISO 14577 standards, utilizing a Berkovich diamond tip and a calibrated IND-1500 nanoindenter. Results indicated significant differences in hardness among various composite groups, with the bulk PFC group exhibiting the lowest hardness values both before and after water storage. The study also highlighted that the flowable SFRC demonstrated superior hardness and creep resistance compared to bulk PFC, suggesting its suitability for use without conventional composite coverage.
Creep measurements revealed that the viscoelastic properties of the materials were significantly affected by water exposure, with the bulk SFRC showing better resistance to creep deformation than the bulk PFC. The analysis of water uptake indicated that bulk SFRC had lower water absorption compared to other groups, which may be attributed to its structural characteristics and filler composition. Overall, the findings underscore the importance of material selection in restorative dentistry, particularly regarding the mechanical performance and durability of resin composites under clinical conditions. The study advocates for further exploration of flowable SFRC as a viable option for deep cavity restorations, given its promising mechanical properties and reduced water uptake.