Konzervační zubní lékařství I. 1. přednáška KOMPOZITNÍ VÝPLŇOVÉ MATERIÁLY 1 Kompozitní materiály Chemicky vázaná kombinace vhodného síťovaného polymeru s anorganickým plnivem. Historie 3  Dimetakryláty  Bowen 1960 – Bowenův monomer  Buoconore 1955 – leptání skloviny Složení kompozitních materiálů ̶ Polymerní matrix ̶ Plnivo ̶ Vazebný systém (vazebná činidla) ̶ Iniciační systém ̶ Pigmenty na bázi oxidů kovů, regulátory viskozity, fluorescenční látky, látky regulující rozptyl světla a UV absorbéry pro zabránění světelné degradace kompozitů 4 Polymerní matrix ̶ Monomery na bazi dimetakrylátů hlavně Bis-GMA, UDMA v kombinaci s dimetakryláty o nižší viskozitě – TEDMA (trietylénglykoldimetakrylát) a HDDMA (hexadioldimetakrylát) aj. 5 Polymerní matrix ̶ Ormocery (Organic Modified Ceramic). Akrylátové nebo metakrylátové funkční skupiny jsou vázány na křemičité domény rozměrů nanočástic. Polymerací vznikají anorganicko- organické hybridní materiály. Redukovaná kontrakce, dobrá abrazní odolnost, výborné optické vlastnosti. 6 Polymerní matrix ̶ Silorany (Siloxan a Oxiran) Polymerují otevíráním epoxidových cyklů – minimální polymerční smrštění. Mají zcela odlišný chemický charakter, kationovou polymeraci iniciovanou složitějším typem třísožkového fotoiniciačního systému. Lze je kombinovat pouze se speciálními adhezivními systémy na bázi epoxidů. 7 Kompozitní materiály podle plniva – nyní 4 základní skupiny Craig 2003 ̶ Mikrofilní ̶ Mikrohybridní ̶ Nanohybridní ̶ Nanofilní Vlastnosti kompozitních materiálů ̶ Plnivo Pojivo Pevnost v tlaku Pružnost Polymerační kontrakce Pnutí Nasákavost Mikrofilní kompozity ̶ Obsahují nanočástice pyrogenního oxidu křemíku (silika) o velikosti 0,04 -0,2 µm. Pro dosažení vyššího stupně plnění se přidávají ve formě organického plniva (předpolymer)- továrně zpolymerovaný kompozit pod tlakem a rozemletý. Kromě toho jsou v kompozitu i amotné silika částice (ovlivňují reologické vlastnosti – viskozitu a tixotropii) 10 Mikrohybridní kompozity ̶ Obsahují částice barnatého a strontnatého borosilikátového skla, zirkončitokřemičitého skla nebo částice křemene o střední velikosti menší než 1µm, dále částice siliky pro nastavení reologických vlastností.Vysoký stupeň plnění 77 -84 hm%. 11 Nanohybrifní kompozity ̶ Obsahují jak nanoplnivo, tak submikronové částice skla používané používané pro výrobu mikrohybridních kompozitů. Vysoká mechanická odolnost, výborné estetické vlstnosti ale v porovnání s nanofilními kompozity horší leštitelnost. 12 Nanofilní kompozity ̶ Obsahují směsi primárních a aglomerovaných částic stejného složení. Primární částice sestávají z jednotlivých nanočástic o velikosti okolo 20nm – např. zirkončitokřemičitého skla. V důsledku jejich velkého povrchu tyto částice výrazně snižují viskozitu z nich připravených kompozitních materiálů. 13 Nanofilní kompozity ̶ Proto se k dosažení vysokého stupně plnění používají směsi primárních částic a jejich aglomerátů o průměrné velikosti 0.6µm označované jeko nanoclustery. Pevnost podobná mikrohybridním kompozitům, vynikající leštitelnost a estetické vlastnosti. Rozptyl světla nanočásticemi přináší vysokou míru translucence. 14 Nanofilní kompozity ̶ Na černém pozadí rozptylují modré světlo, což dává nanofilním kompozitům opalescenci blízkou sklovině. 15 Vazebná fáze propojení organické matrix a částic plniva zajišťují molekuly organofunkčních silanů. Molekula silanu obsahuje dva typy funkčních skupin: 1. Alkoxy skupinu –hydrolyzuje a reaguje se silanolovou skupinou na povrchu částic skla 1. Metakrylátovou funkční skupinu – schopnost kopolymerace s akrylátovými nebo metakrylátovými monomery kompozitu 16 Význam vazebné fáze ̶ Rovnoměrná distribuce plniva v matrix – dokonalý přenos zatížení kompozitu na vyztužující částice plniva a odolnost kompozitu proti působení vnějšího prostředí, snížení abrazivity. Zvyšuje také smáčivost plniva pro pryskyřici při výrobě – vysoký stupeň naplnění. 17 Iniciační systémy ̶ Podstatou tuhnutí kompozitů je radikálová polymerace. Chemicky iniciované materiály: Dibenzoylperoxid a terciární aromatický amin. Světlem tuhnoucí materiály: Kafrchinon a aktivátor na bázi aminu (dimetylaminietylmetakrylát) 18 Kafrchinon ̶ Je intenzivně žlutý ̶ Působením světla se dále rozkládá – změna zabarvení kompozitu. ̶ U samoleptacích vazebných systémů může přítomnost kyselých složek ovlivňovat aktivitu minového koiniciátoru a snížovat účinnost polymerace. ̶ Maximum absospce 470 nm 19 Jiné typy fotoiniciátorů ̶ PPD (1 –fenyl-1,2 propandion) ̶ Skupina alkylfosfinoxidů (MAPO, BAPO) Maximum absorpce u PPD 410nm U MAPO a BAPO 390 nm 20 Další komponenty kompozitních materiálů  Pigmenty na bázi oxidů kovů, regulátory viskozity, fluorescenční látky, látky regulující rozptyl světla a UV absorbéry pro zabránení světelné degradace kompozitů 21 Připojení kompozitních materiálů k zubním tkáním  Mikromechanická vazba mikroretence, mechanická adheze  Specifická adheze - Fyzikální (mezimolekulární vazebné síly) - Chemická (iontová, kovalentní, kovová)  Rozhodující je mechanická adheze prostřednictvím vazebných (adhezivních) systémů 22 23 Adhezivní systémy 24  Dentální adhezivní systémy jsou směsí akrylátových nebo metakrylátových monomerů, organických rozpouštědel, fotoiniciátorů a dalších složek, napomáhajících jejich infiltraci do preparovaných zubních tkání, následnému mikromechanickému zakotvení v nich a kopolymeraci s monomery kompozitních materiálů. 35% - 37% kyselina ortofosforečná silika částice barvivo Leptání kyselinou ortofosforečnou Bond ̶ Zatéká do nerovností ve sklovině, kopolymeruje s kompozitem Stejné složení jako kompozitní pryskyřice – neobsahuje plnivo nebo jen velmi málo. 27 Mechanické 28 Obraz skloviny po odstranění aprizmatické vrstvy a leptání kyselinou ortofosforečnou Intraprizmatický typ Periprizmatický typ 29 Obraz aprizmatické skloviny před a po leptání kyselino ortofosforečnou Aprizmatická sklovina Aprizmatický typ naleptání 30 KYSELINA PŮSOBÍ I NA APRIZMATICKOU SKLOVINU PO 10 S. ROZHODUJÍCÍ JE ORIENTACE SKLOVINNÝCH PRIZMAT PLYNULÝ PŘECHOD KOMPOZITU NA ZUB ZAJISTÍME ZÁBRUSEM 32 Bond ̶ Čistý bond je hydrofobní pryskyřice. Nemůže fungovat v dentinu. Definujte zápatí – název prezentace nebo pracoviště33 34 Vazebný systém Převážně mechanické historie 35  Fusayama 1979  Adhezivní připojení k dentinu  Yoshida. Nakabaiashi  Van Meerbek Dentin ̶ Vždy vlhký ̶ Vyšší obsah organických látek ̶ Nízká povrchová energie – špatná smáčivost ̶ Smear layer Dentin Nelze smáčet hydrofobním bondem. Je riziko, že kolagenní síť zkolabuje a vznikne netěsnost. Proto je třeba primer. Primer Otvírá kolagenní síť dentinu a brání jejímu kolapsu. Obsahuje amfifilní pryskyřice (mají hydrofilní a hydrofobní část molekuly) a rozpouštědlo. Rozpouštědlo se odpaří a primer prosytí dentin. Jeho hydrofobní část kopolymeruje s kompozitem. Smear layer Dentin po ošetření kyselinou Otrvřené dentinové tubuly a odvápněný povrch kolagenní sítě Dentinové tubuly s pryskyřicí Bond ̶ Prosytí kolagenní síť dentinu ošetřenou primerem a zatéká do nerovností ve sklovině, kopolymeruje s kompozitem. ̶ Primer a bond mohou být v jedné lahvičce Leptání nemusí být zvláštní krok. Kyselá složka může být spojena s primerem a může se tedy upustit od leptání jako separátního kroku. Samoleptací vazebné systémy Klasifikace adheziv  Generace  Klinicky orientovaná klasifikace podle počtu kroků 43 Leptání (Conditioning) Oplachování Priming Bonding Leptání Oplachování Priming a bonding Samoleptací primer (Selfetching priming) Bonding Samoleptací primer a bond (Selfetching bonding) 44 Klinicky orientovaná klasifikace adheziv 45 Adheziva využívající leptání kyselinou TEA – vlastnosti 46  Vysoce spolehlivá vazba ke sklovině  Riziko kolapsu dentinové kolagenní sítě při ostraňování přebytku vody - přesušení  Riziko velké demineralizace dentinu:  Špatné prosycení vazebným systémem, degradace matrix metaloproteinázou, hydrolýza kolagenu Adheziva samoleptací 47  Méně spolehlivá vazba ke sklovině  Odpadá riziko kolapsu dentinové kolagenní sítě při ostraňování přebytku vody  Míra demineralizace dentinu závisí na pH  Časová úspora Obraz skloviny po ošetření SEA TEA 48 Obraz dentinu – TEA SEA 49 Samoleptací adheziva jsou heterogenní skupinou s různou účinností 50 51 TE SE Dvoukroková Samoleptací adheziva ̶ Kyselý hydrofilní primer – odpaření rozpouštědla, penetrace, rozpuštění smear layer ̶ Hydrofobní bond – zapečetí povrch 52 Jednokroková samoleptací adheziva ̶ Menší odolnost spoje, hydrofilní monomery – riziko hydrolýzy 53 FAKT !!! Klasifikace SEA podle morfologie hybridní vrstvy ̶ Silně kyselá samoleptací adheziva ̶ pH menší než 1 ̶ Vysoká pevnost vazby na sklovinu, dentinová hybridní vrstva 3 - 5mm, horší dlouhodobá odolnost vazby. ̶ (velká demineralizace, mnoho volných iontů, difuze vody z dentinu, menší stupeň konverze –zbytky kyselého primeru, další rozpouštění v hloubce) 54 Klasifikace SEA podle morfologie hybridní vrstvy ̶ Středně kyselá samoleptací adheziva ̶ pH cca 1,5 ̶ Hybridní vrstva má 2 zóny. V horní části kompletní odvápnění vláken, v dolní ještě obsah krystalů hydroxylapatitu. ̶ (Monomery se postupně neutralizují) 55 Klasifikace SEA podle morfologie hybridní vrstvy ̶ Slabě kyselá samoleptací adheziva ̶ pH cca2 ̶ Problematická vazba ke sklovině, žádný efekt na aprizmatickou sklovinu, po odstranění aprizmatické skloviny ve sklovině fungovat mohou. ̶ Dentin mírně demineralizován, dlouhodobá trvanlivost vazby. ̶ Kolagenní vlákna chráněna před hydrolýzou a proteolytickými enzymy (zůstává v nich část hydroxyapatitu) ̶ Vedle mikromechanické vazby se uplatňuje i chemická vazba mezi funkčními monomery adheziva a molekulami hydroxyapoatitu.56 57 Zdroj obrázku: Dudek M. Adhezivní spoj a adhezivní systémy I. LKS 11/2013 58 Kolagenní vlákna s inter a intrafibrilárními krystaly hydroxyapatitu Kolagenní vlákna s intrafibrilárními Krystaly hydroxyapatitu Kolagenní vlákna zbavená krystalů hydroxyapatitu Zdroj obrázku: Dudek M. Adhezivní spoj a adhezivní systémy I. LKS 11/2013 59 Aktivní a pasivní nanášení adheziva 60 Ve sklovině platí: Lehké nanášení je pro naleptanou sklovinu Vtírání je pro samoleptací systém V dentinu platí: Nanášíme vždy aktivně Adhezivní spoj – faktory ovlivňující jeho kvalitu ̶ Struktura a složení zubních tkání, adheziva a kompozitního materiálu ̶ Povrchové vlastnosti zubních tkání, hlavně charakter a přítomnost smear layer, kontaminace vlhkostí, slinou, krví ̶ Geometrický tvar kavity-velikost a rozložení napětí působících na adhezivní spoj ̶ Mechanické zatížení adhezivního spoje ̶ Chemické vlivy přirozeného prostředí dutiny ústní a působení externích látek 61 62 Monomer Polymer Světlo Polymerace 63 Pre –gel Gel point Post -gel -pregelová fáze (kompozit je ještě plastický, molekuly se spojují vzniká pnutí -gel point -postgelová fáze (uplatňuje se polymerační stres – je ohrožen okrajový uzávěr) Co se děje při tuhnutí? ̶ Dochází k polymeračnímu smrštění a pnutí ̶ Vytvrzování ̶ Smrštění 64 smrštění způsobuje velký stres!! 65 Polymerační smrštění 66 Mýtus o směru kontrakce kompozitu Fotokompozit 3,2mm 57 mm 3mm 8,5mm Fotokompozit 102mm 48mm Chemicky iniciovaný kompozit 434343 43mm 42mm 70 U chemicky iniciovaných kompozitů je delší pregelová fáze. Gel point nastává později. • U fotokompozitů nastává gel point dříve. V pregelové fázi dochází k pohybu molekul, pnutí se může realizovat deformací povrchu V postgelové fázi nikoli – silná námaha adhezivního spoje Riziko: Netěsnost a trhliny ̶ U chemicky iniciovaných kompozitů je delší gelová fáze. Gel point nastává později. Pnutí má možnost se uvolnit! ̶ U fotokompozitů nastává gel point dříve. Pnutí má menší možnost se uvolnit. Velikost polymeračního stresu ovlivňují: Vlastnosti materiálu Geometrie kavity Způsob aplikace Způsob polymerace 72 Velikost polymeračního stresu ovlivňují: Vlastnosti materiálu Geometrie kavity Způsob aplikace Způsob polymerace 73 Vlastnosti materiálu Hookův zákon: Ut tensio, sic vis.  =  . E  poměrné délkové prodloužení σ je mechanické napětí. platí pouze pro dokonale pružná (elastické) přetvoření, která navíc mají lineární závislost mezi napětím a deformací. Jelikož u reálných materiálů vždy dojde k překročení meze kluzu, případně meze porušení, je možno uvažovat s Hookovým zákonem pouze do tzv. meze úměrnosti. Za mezí kluzu je nutné uvažovat s teorií plasticity, pro viskózní materiály platí Hookův zákon pouze pro krátkodobá zatížení. Deformace jepřímo úměrná napětí materiálu. To je elementární Hookův zákon. Hookův zákon Čím tužší je materiál, tím větší je polymerační stresstres. 74 Velikost polymeračního stresu ovlivňují: Vlastnosti materiálu  =  . E 0 10 20 40 80 plnivo% pnutí el.modul polym.kontrakce 76 0 10 20 40 80 plnivo% pnutí el.modul polym.kontrakce Vliv obsahu plniva na ▪ pnutí, ▪ modul elasticity ▪stupeň polymerační kontrakce Velikost pnutí ovlivňuje: Vlastnosti materiálu Geometrie kavity Způsob aplikace Způsob polymerace 77 Konfigurační faktor – C faktor. ̶ Plocha adheze / volný povrch výplně 1:1 a méně je optimální 78 C- faktor Suma vázané plochy Suma volné plochy 80 5:1=5 4:2=2 3:3=1 1 81 Fotokompozit 3,2 mm 8,5mm Světlo Nepříznivý c-faktor a důsledky 82 BÍLÁ LINIE – PEČETĚNÍ VÝPLNĚ Trhliny ve sklovině, netěsnosti v dentinu ̶ Pečetění výplně má smysl. Velikost pnutí ovlivňuje: Vlastnosti materiálu Geometrie kavity Způsob aplikace Způsob polymerace 84 85 Vytvořit první vrstvu tenkou Smrštění tenké vrstvy – minimální pnutí Přispívá k lepší polymeraci polymerace adheziva vzdušným kyslíkem Představuje velký povrch – pnutí se rozloží Tvoří elastické rozhraní – tlumí působení pnutí dalších vrstev. (?) 1 2 3 PRVNÍ VRSTVA FLOW – Adaptace výplně ke stěnám Vrstvení materiálů Vždy ponecháme co největší volný povrch tj. respektujeme C-faktor každého místa kavity. Velikost pnutí ovlivňuje: Vlastnosti materiálu Geometrie kavity Způsob aplikace Způsob polymerace 87 Jak polymerovat ? Prodloužit pregelovou fázi Soft start?  Většina zubních lékařů polymeruje ze vzdálenosti 4 mm – 10 mm. Volba materiálu jeho aplikace a polymerace ̶ Fotokompozit - tenké vrstvy s co největším volným povrchem - kombinace materiálů o různé konzistenci - vložení zpolymerovaného inkrementu Volba materiálu jeho aplikace a polymerace ̶ Chemicky iniciovaný kompozit a fotokompozit Volba materiálu jeho aplikace a polymerace ̶ Skloionomerní cement (a kompozit) Velmi nepříznivý C-faktor ̶ Vložení zpolymerovaného inkrementu 94 Současné možnosti polymerace ̶ Halogenové lampy ̶ Plasma lampy ̶ LED lampy ̶ Laser 95 Polymerační lampy  Halogenové  LED (3.generace)  Plasma  600 -800 mW/cm2  1000 -1800 mW/cm2 modré  50 – 100 mW/cm2 fialové  1500 - 2000mW/cm2 96 Energie a čas polymerace  Doporučená dávka energie je 12000 – 16000 mJ/cm2  12 000 mWs/cm2  Intenzita mW/cm2 Čas polymerace v sekundách Spektrum světla lampy a materiál  Za vytvrzení kompozitu je odpovědný iniciační systém  Fotoiniciátory absorbují světlo a předávají excitační energii aktivátoru, který se mění ve volné radikály  Aktivátor nepotřebuje každý iniciátor (kafrchinon ano, TPO ne)  Kafrchinon  CQ  Phenylpropandion  PPP  Trimetylbenzoylphosp hinoxid TPO Fotoiniciátory  Kafrchinon  CQ  Phenylpropandion  PPP  Trimetylbenzoylphos phinoxid TPO Absorpční spektrum fotoiniciátorů Fotoiniciátor Absorpční spektrum (nm) Maximum (nm) CQ 440 - 500 470 PPD 380 – 430 400 TPO 350 - 410 380 Absorpční spektrum kafrchinonu a efekt lamp Absorpční spektrum CQ LED lampa Halogenová lampa Vlnová délka SpektrálníiradiancemW/cm2/nm Volba světlovodu  Menší plocha konce světlovodu koncentruje více energie, avšak rozptyl světla je větší.  Většina zubních lékařů polymeruje ze vzdálenosti 4 mm – 10 mm.  Za běžných podmínek je jistější použití standardního světlovodu. Standardní a kónický světlovod 104 TE SE Úskalí ̶ - Kvalita tvrdých zubních tkání ̶ - Kolaps dentinové kolagenní sítě ̶ - Kontaminace povrchu ̶ - Trvanlivost adheziv 10 5 Faktory ovlivňující kvalitu vazby 1) Leptání ̶ Příliš dlouhé leptání zasahuje hlubší struktury ̶ skloviny, ztěžuje pronikání pryskyřice na hranici ̶ neleptané tkáně 10 6 Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 2)Sušení ̶ Přesušení dentinu po leptání způsobuje ̶ kolaps kolagenní dentinové sítě a dramaticky ̶ snižuje vazebnou sílu 10 7 Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 3)Doba aplikace ̶ Příliš krátká doba aplikace nedovolí dokonalé ̶ odpaření rozpouštědla a kompletní hybridizaci. ̶ Kritické zejména pro samoleptací systémy. 10 8 Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 4) Rozfoukání ̶ Příliš tenká vrstva adheziva nedovolí úplnou ̶ Polymeraci díky inhibici vzdušným kyslíkem. ̶ Příliš silná vrstva může obsahovat ještě rozpouštědlo. 10 9 110 Je třeba dosáhnout translucence Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 5) Fotopolymerace ̶ Přílíš krátké nebo nedokonalé ̶ svícení způsobuje nedokonalou ̶ polymeraci materiálu a jeho nižší soudržnost ̶ může být příčinou pooperační senzitivity ̶ . 11 1 Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 6) Aplikace kompozitu ̶ Nedokonalá kondenzace kompozitu vede k ̶ netěsnostem ve výplni 11 2 Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 7) Kontaminace ̶ Krev ̶ Sulkulární tekutina ̶ Aj….. 11 3 Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 8) Znehodnocené adhezivum ̶ Po expiraci ̶ Po odpaření rozpouštědla 11 4 115 Faktory ovlivňující kvalitu vazby 9) Polymerační smrštění Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 10) C - faktor 11 6 Faktory ovlivňující kvalitu vazby ̶ 11) Autodegradace kolagenu dentinu 11 7 Význam chlorhexidinu ̶ Široký antibakteriální účinek ̶ Dlouhodobá vazba na povrchy ̶ Inhibitor proteázy 11 8 Samoleptací technika nebo totální leptání? ̶ Sklovina je po aplikaci samoleptacích systémů méně členitá, pevnost vazby je nižší ̶ U dentinu nehrozí kolaps kolagenní sítě ̶ Samoleptací adheziva jsou hydrolyticky méně stabilní 11 9 ̶ Kde to lze, leptáme sklovinu a dentin i naleptanou sklovinu ošetříme samoleptacím adhezivem ̶ Sklovinu leptáme 20s, dentin 10s (15 na 15) ̶ Kde nelze leptat sklovinu zvlášť (malé kavitym nespolupracující pac.) – pouze samoleptací systém Závěr ̶ Kompozitní materiály lze připojit k zubním tkáním kvalitně a dlouhodobě. 12 1 122 Děkuji! lroubal@med.muni.cz 607 122 064