DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-32575-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41495121
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Samar E. Salem وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تعزيز الموثوقية الميكانيكية في المواد الترميمية السنية من خلال دمج ألياف نانوية ونانوجزيئات من كربيد السيليكون (SiC) في مركبات Bis-GMA/TEGDMA. تم إنشاء سبع تركيبات، بما في ذلك تحكم وتركيزات مختلفة من الألياف النانوية والنانوهجينة، جميعها خضعت للتصلب الضوئي باستخدام أوضاع LED مختلفة. تم تقييم الخصائص الميكانيكية من خلال اختبار صلابة شور واختبار الضغط، بينما تم تقييم الأداء التريبيولوجي من خلال تحليل تآكل الدبوس على القرص. تم تحليل الخصائص الهيكلية والحرارية باستخدام SEM وXRD وDSC.
أشارت النتائج إلى أن مركب الألياف النانوية بنسبة 0.2% أظهر زيادة بنسبة 3.5% في الصلابة وزيادة بنسبة 13.2% في قوة الضغط مقارنة بالتحكم. على العكس، عانى مركب الهجين بنسبة 0.3 wt.% من انخفاض كبير بنسبة 34% في قوة الضغط، مما يشير إلى آثار سلبية بسبب محتوى الهجين المفرط. أظهرت كل من مركبات الألياف النانوية بنسبة 0.2% ومركبات الهجين بنسبة 0.3% مقاومة محسنة للتآكل، مع ملاحظة فقدان وزن طفيف. من الجدير بالذكر أن وضع التصلب أثر بشكل كبير على جميع الخصائص، حيث أدى التصلب في الوضع القوي إلى أداء مثالي. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات تعزيز SiC في تطوير مركبات سنية متقدمة مع تسليط الضوء أيضًا على القيود المرتبطة بتركيزات أعلى.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية المركبات الترميمية السنية في طب الأسنان الحديث، مع تسليط الضوء على جاذبيتها الجمالية وسهولة تطبيقها. ومع ذلك، غالبًا ما تتعرض فعاليتها السريرية للخطر بسبب الفشل الميكانيكي، والتآكل، والانهيار بسبب البيئة الفموية الصعبة، والتي تشمل عوامل مثل تقلبات درجة الحرارة، والضغوط الميكانيكية، والنشاط الميكروبي. لمعالجة هذه القضايا، أدت التقدمات في أبحاث المواد النانوية إلى تطوير أنظمة ترميمية متقدمة تهدف إلى تعزيز المتانة والخصائص الميكانيكية لهذه المركبات.
تؤكد هذه الفقرة على دور النانو مركبات، التي تدمج مواد مالئة على نطاق النانو داخل مصفوفات البوليمر لتحسين نقل الحمل والأداء الميكانيكي والتريبيولوجي العام. تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على أداء المواد الترميمية السنية تكوين مصفوفة البوليمر، وأنواع ونسب المونومرات المستخدمة، وطرق البلمرة والتصلب المعتمدة. تم تحديد Bis-GMA (بيسفينول A-ميثاكريلات الجليكيدي)، جنبًا إلى جنب مع TEGDMA (ثلاثي إيثيلين جليكول ديميثاكريلات) وUDMA (يوريثان ديميثاكريلات)، كنظام راتنج أساسي، معروف بخصائصه الميكانيكية المتوازنة وفعاليته السريرية. إن الاختيار الدقيق وتحسين هذه المكونات أمر حاسم لتحقيق الخصائص المادية المرغوبة وضمان الاستقرار على المدى الطويل في التطبيقات السنية.
طرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون المواد والطرق المستخدمة لتصنيع تركيبات مختلفة من المركبات السنية. كانت الراتنج السني مكونة من مصفوفة أساسية، Bis-GMA (C$_{29}$H$_{36}$O$_{8}$)، ومخفف، TEGDMA (C$_{14}$H$_{22}$O$_{6}$). شمل نظام المحفز الضوئي الكامفوركوينون (CQ) كمحفز وDMAEMA كعامل مساعد. لتعزيز التصاق نانو جزيئات SiC والألياف النانوية بمصفوفة الراتنج السني، تم استخدام عملية السيلان باستخدام γ-ميثاكريلوكسي بروبيل تريميثوكسي سيلاين (γ-MPTS).
تم إعداد محلول السيلان عن طريق خلط الإيثانول والماء المقطر بنسبة حجم 70:30، مع ضبط الرقم الهيدروجيني إلى 4.2 ± 0.1 باستخدام حمض الأسيتيك. ثم تم توزيع المواد المالئة في هذا المحلول، وتحريكها لفترة وجيزة في درجة حرارة الغرفة، وخضعت للتقطير عند 70 درجة مئوية لمدة 4 ساعات بعد فترة غمر مدتها ساعة واحدة. بعد المعالجة، تم شطف المواد جيدًا بالإيثانول وتجفيفها في فرن عند حوالي 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. كانت هذه الطريقة المنهجية تهدف إلى تحسين التفاعل بين المواد المالئة ومصفوفة الراتنج، مما قد يعزز الخصائص الميكانيكية للمركبات السنية الناتجة.
نتائج
تشير النتائج إلى أن قوة الصلابة لمركب الأسنان تتماشى مع الدراسات السابقة، مما يعزز الفكرة القائلة بأن دمج النانو جزيئات داخل الألياف النانوية يقلل بشكل فعال من المسافة بين الجزيئات ويعزز قوة الترابط. يُعزى هذا التحسين إلى المساحة السطحية العالية للنانو جزيئات، مما يسهل التفاعلات الواجهة الأفضل مع مصفوفة الراتنج، مما يؤدي في النهاية إلى تحسين خصائص المركب.
بالإضافة إلى ذلك، توضح نتائج دراسة الشكل المزيد من الخصائص الهيكلية للمركبات، على الرغم من عدم تفصيل النتائج المحددة من هذه الدراسة في النص المقدم. بشكل عام، تؤكد النتائج على الدور الكبير لدمج النانو جزيئات في تحسين الخصائص الميكانيكية للمركبات السنية.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للإضافات في تعزيز عملية البلمرة للمركبات السنية، مع التركيز بشكل خاص على الأنظمة المعالجة بالضوء. تعتبر المحفزات الضوئية مثل الكامفوركوينون (CQ) والعوامل المساعدة مثل EDMAB وDMAEMA ضرورية لتحسين كفاءة توليد الجذور الحرة وتحويل المونومرات. يعزز دمج المواد المالئة، وخاصة المواد المالئة على نطاق النانو، بشكل كبير الخصائص الميكانيكية، ومقاومة التآكل، والخصائص الجمالية للمواد الترميمية السنية. أظهرت النانو مركبات الهجينة، التي تجمع بين أنواع مختلفة من المواد المالئة، تحسينات تآزرية في الصلابة وقوة الضغط، بالإضافة إلى مقاومة تآكل محسنة واستقرار حراري ميكانيكي.
تقوم الدراسة بتقييم منهجي لمركبات Bis-GMA/TEGDMA السنية المدعمة بألياف نانوية من كربيد السيليكون (SiC) ومركبات هجينة تحت أوضاع تصلب ضوئي مختلفة. تشير النتائج الرئيسية إلى أن SiC يعزز الأداء الميكانيكي والتريبيولوجي للمركبات، حيث حقق المركب المدعم بالألياف النانوية بنسبة 0.2% أعلى قوة ضغط (240.6 ميغاباسكال) مقارنة بالقوى الأقل في المركبات الهجينة. تكشف التحليلات أيضًا أنه بينما يقلل زيادة محتوى SiC من التآكل، يمكن أن يؤثر تحميل المواد المالئة المفرط سلبًا على الخصائص الميكانيكية بسبب عدم كفاية البلمرة والاضطرابات الهيكلية. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على أهمية تحسين أنواع المواد المالئة ومحتوياتها لتعزيز أداء المواد الترميمية السنية.
القيود
تظهر الدراسة حول المركبات المطورة أداءً ميكانيكيًا وتريبيولوجيًا وحراريًا واعدًا؛ ومع ذلك، فهي محدودة بعدة عوامل. من الجدير بالذكر أن البحث لم يتضمن تقييمات بيولوجية مثل التوافق الخلوي والتوافق البيولوجي على المدى الطويل، وهي ضرورية لتقييم ملاءمة هذه المواد لزراعة الأسنان. بالإضافة إلى ذلك، لم يتم التحقيق بدقة في مقاومة التآكل وسلوك التآكل للمركبات تحت ظروف مشابهة للعاب أو رطبة، وهي معلمات حاسمة لتطبيقها في البيئات السنية.
ستهدف الأبحاث المستقبلية إلى معالجة هذه القيود من خلال إجراء اختبارات بيولوجية شاملة في المختبر، ودراسات تآكل كهربائية، وتجارب تآكل مشحمة. علاوة على ذلك، سيتم السعي لاستكشاف أنواع وتركيزات مختلفة من المواد المالئة لتعزيز الصلة السريرية للمواد. ستوفر هذه المقاربة فهمًا أكثر شمولاً لأداء المركبات في التطبيقات السنية الواقعية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-32575-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41495121
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Samar E. Salem et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study investigates the enhancement of mechanical reliability in dental restorative materials through the incorporation of silicon carbide (SiC) nanofibers and nanoparticles into Bis-GMA/TEGDMA composites. Seven formulations were created, including a control and various concentrations of nanofibers and nanohybrids, all subjected to photo-curing using different LED modes. Mechanical properties were assessed via Shore hardness and compression testing, while tribological performance was evaluated through pin-on-disc wear analysis. Structural and thermal characteristics were analyzed using SEM, XRD, and DSC.
The results indicated that the 0.2% nanofiber composite exhibited a 3.5% increase in hardness and a 13.2% enhancement in compression strength compared to the control. Conversely, the 0.3 wt.% hybrid composite experienced a significant 34% decrease in compression strength, suggesting adverse effects due to excessive hybrid content. Both the 0.2% nanofiber and 0.3% hybrid composites demonstrated improved wear resistance, with minimal weight loss observed. Notably, the curing mode significantly affected all properties, with strong-mode curing yielding optimal performance. These findings underscore the potential of SiC reinforcement in developing advanced dental composites while also highlighting the limitations associated with higher concentrations.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of dental restorative composites in modern dentistry, highlighting their aesthetic appeal and ease of application. However, their clinical effectiveness is often compromised by mechanical failures, wear, and degradation due to the challenging oral environment, which includes factors such as temperature fluctuations, mechanical stresses, and microbial activity. To address these issues, advancements in nanomaterial research have led to the development of advanced restorative systems aimed at enhancing the durability and mechanical properties of these composites.
The section emphasizes the role of nanocomposites, which incorporate nanoscale fillers within polymer matrices to improve load transfer and overall mechanical and tribological performance. Key factors influencing the performance of dental restorative materials include the composition of the polymer matrix, the types and ratios of monomers used, and the polymerization and curing methods employed. Bis-GMA (Bisphenol A-glycidyl methacrylate), along with TEGDMA (Triethylene glycol dimethacrylate) and UDMA (Urethane dimethacrylate), is identified as a primary resin system, known for its balanced mechanical properties and clinical efficacy. The careful selection and optimization of these components are crucial for achieving the desired material properties and ensuring long-term stability in dental applications.
Methods
In this section, the authors describe the materials and methods used to fabricate different compositions of dental composites. The dental resin was composed of a base matrix, Bis-GMA (C$_{29}$H$_{36}$O$_{8}$), and a diluent, TEGDMA (C$_{14}$H$_{22}$O$_{6}$). The photoinitiator system included camphorquinone (CQ) as the initiator and DMAEMA as the co-initiator. To enhance the adhesion of SiC nanoparticles and nanofibers with the dental resin matrix, a silanization process was employed using γ-methacryloxypropyl trimethoxysilane (γ-MPTS).
The silanization solution was prepared by mixing ethanol and distilled water in a 70:30 volume ratio, with the pH adjusted to 4.2 ± 0.1 using acetic acid. The fillers were then dispersed in this solution, briefly stirred at room temperature, and subjected to reflux at 70 °C for 4 hours after a 1-hour immersion period. Following the treatment, the materials were rinsed thoroughly with ethanol and dried in an oven at approximately 100 °C for 24 hours. This methodical approach aimed to optimize the interaction between the fillers and the resin matrix, potentially enhancing the mechanical properties of the resulting dental composites.
Results
The results indicate that the hardness strength of the dental composite aligns with previous studies, reinforcing the notion that the incorporation of nanoparticles within nanofibers effectively reduces interparticle spacing and enhances bonding strength. This improvement is attributed to the high surface area of the nanoparticles, which facilitates better interfacial interactions with the resin matrix, ultimately leading to enhanced composite properties.
Additionally, the morphology study results further elucidate the structural characteristics of the composites, although specific findings from this study are not detailed in the provided text. Overall, the findings underscore the significant role of nanoparticle integration in optimizing the mechanical properties of dental composites.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the critical role of additives in enhancing the polymerization process of dental composites, particularly focusing on light-cured systems. Photoinitiators like camphorquinone (CQ) and co-initiators such as EDMAB and DMAEMA are essential for improving the efficiency of free radical generation and monomer conversion. The incorporation of fillers, especially nanoscale fillers, significantly enhances the mechanical properties, wear resistance, and aesthetic qualities of dental restorative materials. Hybrid nanocomposites, which combine different filler types, have shown synergistic improvements in hardness and compressive strength, as well as enhanced wear resistance and thermo-mechanical stability.
The study systematically evaluates Bis-GMA/TEGDMA dental composites reinforced with silicon carbide (SiC) nanofibers and hybrid composites under various photo-curing modes. Key findings indicate that SiC enhances the mechanical and tribological performance of the composites, with the 0.2% nanofiber-reinforced composite achieving the highest compressive strength (240.6 MPa) compared to lower strengths in hybrid composites. The analysis also reveals that while increasing SiC content reduces wear, excessive filler loading can negatively impact mechanical properties due to insufficient polymerization and structural disruptions. Overall, the research underscores the importance of optimizing filler types and contents to enhance the performance of dental restorative materials.
Limitations
The study on the developed composites demonstrates promising mechanical, tribological, and thermal performance; however, it is limited by several factors. Notably, the research did not include biological assessments such as cytocompatibility and long-term biocompatibility, which are essential for evaluating the suitability of these materials for dental implants. Additionally, the corrosion resistance and wear behavior of the composites under saliva-like or wet conditions were not thoroughly investigated, which are critical parameters for their application in dental settings.
Future research will aim to address these limitations by conducting comprehensive in vitro biological testing, electrochemical corrosion studies, and lubricated wear experiments. Furthermore, the exploration of various filler types and concentrations will be pursued to enhance the clinical relevance of the materials. This approach will provide a more holistic understanding of the composites’ performance in real-world dental applications.