DOI: https://doi.org/10.3389/fdmed.2025.1581461
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40469450
تاريخ النشر: 2025-05-21
المؤلف: Maram A. AlGhamdi وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تهدف هذه الدراسة إلى تقييم تأثير تركيزات مختلفة من جزيئات أكسيد التيتانيوم النانوية (TN) على استقرار اللون وخصائص السطح للراتنجات الأساسية للأطقم الصناعية المصنعة بطريقة الإضافة (AF) بعد دورات حرارية. تم استخدام نوعين من راتنجات AF، NextDent و ASIGA، لإنشاء 120 عينة على شكل قرص، والتي تم تصنيفها إلى مجموعات بناءً على تركيزات TN (1 wt.%, 2 wt.%) ومجموعة تحكم من راتنج نقي. خضعت العينات للاختبار لتغيير اللون، الصلابة، وخشونة السطح (Ra) بعد 5,000 دورة حرارية، وتم تحليل البيانات باستخدام ANOVA واختبار Tukey’s بعد ذلك.
كشفت النتائج أن دمج TN أثر بشكل كبير على استقرار اللون، خاصة في NextDent، حيث تجاوزت تغييرات اللون (8.84 لـ 1 wt.% TN و 8.28 لـ 2 wt.% TN) الحدود المقبولة وفقًا لمكتب المعايير الوطنية (NBS). على العكس، أظهرت ASIGA تغيرًا طفيفًا في اللون، حيث بقيت ضمن الحدود المقبولة سريريًا. بينما لم يؤثر إضافة TN بشكل كبير على الصلابة عبر كلا المادتين، زادت بشكل ملحوظ خشونة السطح في NextDent بطريقة تعتمد على التركيز (p = 0.001)، بينما لم تظهر ASIGA أي تغيير كبير في Ra (p = 0.693). بشكل عام، تشير النتائج إلى أن تأثيرات TN تعتمد على المادة، مما يبرز أهمية اختيار الراتنج في إعداد قواعد الأطقم النانوية المركبة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التبني المتزايد لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع الأطقم الصناعية، وذلك بفضل فوائد مثل تقليل المواعيد السريرية، وزيادة رضا المرضى، والجدوى الاقتصادية. ومع ذلك، تشير إلى أن الأطقم الصناعية المصنعة بطريقة الإضافة (AF) تظهر عمومًا قوة ميكانيكية أقل مقارنة بالأطقم المفرومة، حيث تقدم الدراسات نتائج مختلطة بشأن الخصائص الميكانيكية للراتنج الأساسي للأطقم المصنعة بطريقة الإضافة (DBR) مقارنةً بالبولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) المعالج حراريًا. من المحتمل أن تكون الخصائص الميكانيكية الأضعف للراتنج AF ناتجة عن تقنية التصنيع طبقة تلو الأخرى، مما يؤدي إلى روابط بين الطبقات أضعف.
تناقش المقدمة أيضًا إمكانية دمج جزيئات أكسيد التيتانيوم (TiO2) النانوية (TN) في الراتنج لتعزيز خصائصه الميكانيكية ومكافحة الميكروبات. تشير الأبحاث السابقة إلى أن تركيزات TN بين 1-2 wt% يمكن أن تحسن من قوة الانحناء وتقلل من الالتصاق الميكروبي للـ DBR المطبوعة ثلاثية الأبعاد، بينما قد تؤدي التركيزات الأعلى إلى إضعاف المادة. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات TN على خشونة السطح، الصلابة، واللون لنوعين من DBR المصنعة بطريقة الإضافة، مع افتراض أن إضافة TN لن تؤثر على لون الراتنج أو صلابته وخشونة سطحه.
الطرق
في هذه الدراسة، تم إنشاء ما مجموعه 120 عينة مطبوعة ثلاثية الأبعاد للتحقيق في تأثيرات الإضافات النانوية المركبة على راتنجات الأسنان. تم تحديد حجم العينة من خلال تحليل القوة، مستهدفًا قوة 80%، وفترة ثقة 95%، ومستوى دلالة 0.05، مما أسفر عن 10 عينات لكل مجموعة. تم استخدام نوعين من راتنجات الطباعة ثلاثية الأبعاد، NextDent و ASIGA، مع دمج جزيئات التيتانيوم (TN) بتركيزات 1 wt.% و 2 wt.%, بينما بقيت مجموعة التحكم غير معدلة. شملت التحضيرات خلط TN جيدًا مع الراتنج، تلاه الطباعة ثلاثية الأبعاد لعينات على شكل أقراص، والتي تم تنظيفها بعد ذلك، وعلاجها بعد الطباعة، وتلميعها.
خضعت العينات لدورات حرارية لمحاكاة ستة أشهر من استخدام الأطقم، وتم تقييم تغييرات اللون باستخدام مساحة اللون CIE L*a*b*، مع حساب إجمالي اختلافات اللون باستخدام صيغة ΔE_ab. اعتبرت المادة مقبولة جماليًا إذا كانت وحدات مكتب المعايير الوطنية (NBS) أقل من 3.7. تم قياس صلابة فيكرز باستخدام جهاز قياس الصلابة، وتم تقييم خشونة السطح باستخدام جهاز قياس غير تلامسي. شملت التحليلات الإحصائية ANOVA ثنائية الاتجاه وANOVA أحادية الاتجاه مع اختبار Tukey’s بعد ذلك، مع تحديد عتبة دلالة عند p < 0.05. كانت البيانات تتبع توزيعًا طبيعيًا كما تم تأكيده بواسطة اختبار شابيرو-ويلك.
النتائج
تشير نتائج ANOVA ثنائية الاتجاه إلى وجود اختلافات كبيرة في التقاطع لجميع الخصائص المختبرة (p < 0.001)، بينما لم تسفر التفاعلات بين نوع المادة وتركيز TN عن اختلافات كبيرة (P > 0.05). من الجدير بالذكر أن تغيير اللون كان أكبر بشكل ملحوظ في مجموعة NextDent (P < 0.001) مقارنةً بـ ASIGA، حيث أظهرت NextDent قيم تغيير لون تتجاوز 3.7 NBS عند كلا التركيزين (1 wt.%: 8.84 NBS; 2 wt.%: 8.28 NBS)، بينما بقيت ASIGA تحت هذا العتبة. فيما يتعلق بالصلابة، لم تؤثر إضافة TN بشكل كبير على صلابة NextDent (P = 0.735). ومع ذلك، أظهرت ASIGA مع 2 wt.% TN صلابة أقل بشكل ملحوظ مقارنةً بكل من ASIGA النقي و1 wt.% TN (p = 0.046). من حيث خشونة السطح، زادت قيم Ra لـ NextDent مع إضافة TN عند كلا التركيزين (P < 0.001)، بينما لم تظهر ASIGA أي تغيير كبير في Ra مع تركيزات TN المتغيرة. بشكل عام، أظهرت NextDent باستمرار قيم Ra أعلى من ASIGA عبر جميع المجموعات المختبرة.
المناقشة
تحققت الدراسة من تأثير إضافة جزيئات التيتانيوم النانوية (TN) على تغيير اللون، الصلابة، وخشونة السطح لراتنجين مطبوعين ثلاثي الأبعاد—NextDent و ASIGA—بعد تعريضهما لـ 5,000 دورة حرارية تحاكي ستة أشهر من الاستخدام السريري. كشفت النتائج أن إضافة TN زادت بشكل كبير من تغيير اللون في NextDent إلى ما يتجاوز الحدود المقبولة سريريًا، بينما حافظت ASIGA على تغيير لون مقبول. ظلت الصلابة غير متأثرة إلى حد كبير بواسطة TN في كلا المادتين، باستثناء انخفاض ملحوظ في ASIGA عند تركيز 2% TN. زادت خشونة السطح في NextDent مع إضافة TN، مما يشير إلى تأثير يعتمد على التركيز، بينما ظلت خشونة سطح ASIGA مستقرة.
تسلط الدراسة الضوء على أهمية تركيب المادة في تحديد خصائص راتنجات قاعدة الأطقم المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تشير الاختلافات في استقرار اللون وخصائص السطح بين المادتين إلى أن ASIGA قد تكون خيارًا أكثر ملاءمة عند دمج TN. تؤكد الأبحاث على الحاجة إلى مزيد من التحقيق في تحسين تركيزات TN لتعزيز خصائص النانو المركبات المطبوعة ثلاثية الأبعاد مع الحفاظ على السلامة الميكانيكية. تشمل قيود الدراسة طبيعة التجارب المعملية، التي لم تأخذ في الاعتبار العوامل داخل الفم، والتوصية بإجراء دراسات مستقبلية لمحاكاة الظروف الفموية الحقيقية وفحص توزيع TN باستخدام تقنيات التصوير المتقدمة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fdmed.2025.1581461
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40469450
Publication Date: 2025-05-21
Author(s): Maram A. AlGhamdi et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study aimed to evaluate the impact of varying concentrations of titanium dioxide nanoparticles (TN) on the color stability and surface characteristics of additively fabricated (AF) denture base resins following thermal cycling. Two types of AF resins, NextDent and ASIGA, were utilized to create 120 disc-shaped specimens, which were categorized into groups based on TN concentrations (1 wt.%, 2 wt.%) and a control group of pure resin. The specimens underwent testing for color change, hardness, and surface roughness (Ra) after 5,000 thermal cycles, with data analyzed using ANOVA and post hoc Tukey’s test.
The findings revealed that the incorporation of TN significantly affected color stability, particularly in NextDent, where the color changes (8.84 for 1 wt.% TN and 8.28 for 2 wt.% TN) exceeded acceptable limits according to the National Bureau of Standards (NBS). Conversely, ASIGA exhibited minimal color change, remaining within clinically acceptable thresholds. While TN addition did not significantly alter hardness across both materials, it notably increased surface roughness in NextDent in a concentration-dependent manner (p = 0.001), while ASIGA showed no significant change in Ra (p = 0.693). Overall, the results indicate that the effects of TN are material-dependent, underscoring the importance of resin selection in the preparation of nanocomposite denture bases.
Introduction
The introduction highlights the growing adoption of 3D printing technology in denture fabrication, attributed to benefits such as reduced clinical appointments, enhanced patient satisfaction, and cost-effectiveness. However, it notes that additively fabricated (AF) dentures generally exhibit inferior mechanical strength compared to milled dentures, with studies presenting mixed findings regarding the mechanical properties of additively fabricated denture base resin (DBR) in comparison to heat polymerized polymethyl methacrylate (PMMA). The weaker mechanical properties of AF resin are likely due to the layer-by-layer manufacturing technique, which results in weaker interlayer bonds.
The introduction further discusses the potential of incorporating titanium dioxide (TiO2) nanoparticles (TN) into the resin to enhance its mechanical and antimicrobial properties. Previous research indicates that TN concentrations between 1-2 wt% can improve the flexural strength and reduce microbial adhesion of 3D-printed DBR, while higher concentrations may weaken the material. The study aims to investigate the effects of TN on the surface roughness, hardness, and color of two types of AF DBR, positing that TN addition will not alter the resin’s color or its hardness and surface roughness.
Methods
In this study, a total of 120 3D-printed specimens were created to investigate the effects of nanocomposite additives on dental resins. The sample size was determined through a power analysis, targeting a power of 80%, a confidence interval of 95%, and a significance level of 0.05, resulting in 10 specimens per group. Two types of 3D-printed resins, NextDent and ASIGA, were utilized, with titanium nanoparticles (TN) incorporated at concentrations of 1 wt.% and 2 wt.%, while a control group remained unmodified. The preparation involved thorough mixing of TN with the resin, followed by 3D printing of disc-shaped specimens, which were subsequently cleaned, post-cured, and polished.
The specimens underwent thermal cycling to simulate six months of denture usage, and color changes were assessed using the CIE L*a*b* color space, with total color differences calculated using the ΔE_ab formula. A material was considered aesthetically acceptable if the National Bureau of Standards (NBS) units were below 3.7. Vickers hardness was measured using a hardness tester, and surface roughness was evaluated with a noncontact profilometer. Statistical analyses included two-way ANOVA and one-way ANOVA with Tukey’s post hoc test, with a significance threshold set at p < 0.05. The data followed a normal distribution as confirmed by the Shapiro-Wilk test.
Results
The results of the two-way ANOVA indicate significant differences in the intercept for all tested properties (p < 0.001), while the interaction between material type and TN concentration did not yield significant differences (P > 0.05). Notably, the color change was significantly greater in the NextDent group (P < 0.001) compared to ASIGA, with NextDent exhibiting color change values above 3.7 NBS at both concentrations (1 wt.%: 8.84 NBS; 2 wt.%: 8.28 NBS), whereas ASIGA remained below this threshold. Regarding hardness, the addition of TN did not significantly affect the hardness of NextDent (P = 0.735). However, ASIGA with 2 wt.% TN demonstrated significantly lower hardness compared to both pure ASIGA and 1 wt.% TN (p = 0.046). In terms of surface roughness, the Ra values for NextDent increased with TN addition at both concentrations (P < 0.001), while ASIGA showed no significant change in Ra with varying TN concentrations. Overall, NextDent consistently exhibited higher Ra values than ASIGA across all tested groups.
Discussion
The study investigated the impact of adding titanium nanoparticles (TN) on the color change, hardness, and surface roughness of two 3D-printed resins—NextDent and ASIGA—after subjecting them to 5,000 thermal cycles simulating six months of clinical use. The findings revealed that the addition of TN significantly increased the color change of NextDent beyond clinically acceptable limits, while ASIGA maintained an acceptable color change. Hardness remained largely unaffected by TN in both materials, except for a notable decrease in ASIGA at 2% TN concentration. Surface roughness increased in NextDent with TN addition, indicating a concentration-dependent effect, whereas ASIGA’s surface roughness remained stable.
The study highlights the importance of material composition in determining the properties of 3D-printed denture base resins. The differences in color stability and surface characteristics between the two materials suggest that ASIGA may be a more suitable option when incorporating TN. The research underscores the need for further investigation into optimizing TN concentrations to enhance the properties of 3D-printed nanocomposites while maintaining mechanical integrity. Limitations of the study include the in vitro nature of the experiments, which did not account for intraoral factors, and the recommendation for future studies to simulate real oral conditions and examine TN dispersion using advanced imaging techniques.