دانلود مقاله کامپوزیت های دندانی

کامپوزیت های مورد استفاده در دندانپزشکی ترمیمی (کاموزیت دندانی) در اوایل دهه 60 میلادی بوسیله Bowen به صورت تجاری معرفی شدند ]1-3[.

از آن زمان در کامپوزیت های دندانی تحولات زیادی صورت پذیرفته تا خواص فیزیکی و مکانیکی آنها بهبود یابد .

برای رفع مشکلاتی چون سایش کامپوزیت ]4-7[، جمع شدگی پس از پخت ]8-9[، جذب آب ]10[ تلاشهای زیادی صورت پذیرفته است .

یک کامپوزیت دندانی از اجزای گوناگونی تشکیل شده است .

این اجزاء شامل مونوسرهای مختلف ، پرکننده ، عوامل جفت کننده ، آغازگر ، شتاب دهنده‌.

پایدارکننده و افزودنیهای دیگر است .

شناخت ساختار شیمیایی ، ترکیب و خواص هر یک از این اجزاء می تواند به ساخت کامپوزیتی با خواص فیزیکی و مکانیکی خوب کمک نماید ]11[.

کامپوزیت دندانی ترکیبی شامل فازی پراکنده با مقاومت زیاد و ماتریسی با مقاومت کمتر است که صورت ریزتر می توان آن را به فاز ماتریس ، فاز پراکنده و فاز بین سطحی تقسیم کرد.

1- فاز ماتریس شامل مونومررزین ، شروع کننده برای آغاز پلیمریزاسیون رادیکال آزاد (نوری یا شیمیایی) و پایدار کننده است .

2- فاز پراکنده شامل ذرات تقویت کننده ، مثل ذرات شیشه ، کوارتز ، سیلیکای کلوئیدی .

3- فاز بین سطحی که شامل یک عامل جفت کننده مانند اورگانوسیلان است .

جفت کننده دارای گروههای عاملی خاصی است که فاز ماتریس و پراکنده را به هم می‌چسباند .

در کامپوزیت های دندانی خواصی چون استحکام ، مقاومت سایشی و سختی ، بیشتر به فاز پراکنده و فاز بین سطحی و خواصی مانند پایداری رنگی و تمایل به نرم شدن به فاز ماتریس بستگی دارد .

خواصی نظیر جمع شدگی ناشی از پخت و جذب آب به ویژگیهای هر سه فاز بستگی دارد]12[.

هر چه در طول سالیان گذشته تغییرات زیادی در ترکیب دهنده کامپوزیت های دندانی ایجاد شده است .

اما بیشتر آنها در مورد پرکننده ها و سامانه های شروع کننده پلیمر شدن بوده است و مونومری که امروزه در اکثر کامپوزیت های تجاری استفاده می شود مونومر دو اکریلاتی ، 202 بیس 4 ](2-هیدروکسی-3-متاکریلوکسی) پروپیلوکسی فنیل[پروپان (Bis-GMA) یا مشتقات آن است .

بنابراین سامانه مونومرهای کامپوزیتهای دندانی هنوز می تواند هدفی برای چالش در زمینه بهبود خواص کامپوزیت ها باشد ]12-15[.

اجزای کامپوزیت دندانی : فاز ماتریس (رزینهای مونومر) رزینهای اپوکسی : رزین اپوکسی توسط دندانپزشک امریکایی R.L.Bowen مورد توجه قرار گرفت .

رزینهای اپوکسی (شکل 1-1) می توانند در دمای ااق سخت شوند و جمع شدگی کمتر دارند و چسبندگی آنها به اغلب سطوح جامد خوب است .

شکل 1-1 رزین اپوکسی : بیس فنل آ-دی گلیسیدیل اتر ضریب انبساط حرارتی مناسب ، چسبندگی به ساختار دندان و پایداری رنگ رزینهای اپوکسی باعث شد تا اولین کامپوزیت های دندانی از ترکیب این رزینها با پرکننده هایی چون کوراتر یا ذرات چینی ساخته شود .

هر چند این کامپوزیتها در ترمیمهای غیرمستقیم نتایج خوبی نشان دادند ولی سرعت سخت شدن پایین ، مانع از استفاده آنها بعنوان مواد پرکننده مستقیم شد ]12[.

رزینهای Bis-GMA با توجه به عدم کارایی رزینهای اپوکسی در سالهای 1960 میلادی ، Bowen مونومری ساخت که باعث توسعه کامپوزیت های دندانی شد ]1-3[.

این مونومر Bis-GMA بود که در واقع ساختاری مشابه رزینهای اپوکسی دارد با این تفاوت که به جای گروه اپوکسی شامل گروه متاکریلاتی است .

Bis-GMA از ترکیب بین فنل A و گلیسیریل متاکریلات تهیه شد .

بعدها از ترکیب بیس فنل آ-دی گلیسیدیل اتر و متاکریلیک اسیدسنتز گردید ]18[ ، شکل (1-2).

شکل 1-2 - ساخت Bis-GMA Bis-GMA می تواند از طریق پیوندهای دوگانه انتهای خود وارد واکنش پلیمر شدن شود .

ساختار حجیم این مونومر دو عاملی و اندازه آن باعث فراریت کمتر ، جمع شدگی کمتر و سخت شدن سریع می شود که محصولی مقاوم را حاصل می نماید .

گرانروی بالای این مونومر باعث می شود که نتوان پرکننده های معدنی را به خوبی و در مقادیر زیاد به آن اضافه نمود .

بنابراین برای بهبود فرایند اختلاط رزین و پرکننده ها از مونومرهایی با وزن مولکولی کمتر و گرانروی پائین تر (تری اتیلن گیلکول دی متاکریلات (TEG-DMA) و یا تری اتیلن گیلکول دی متاکریلات در کنار آنها استفاده می شود .

رزین Bis-GMA دارای گرانروی حدود mpa.s1.000.000 () و تری اتیلن گلیکول دی متاکریلات حدود mpa.s‌10 () است ]12-17[.

هرچه گرانروی مخلوط مونومرها کمتر باشد ، پرکننده بیشتری را می توان به‌ آن افزود که منجر به بهبود خواصی چون سختی ، استحکام ، سفتی و ضریب انبساط حرارتی و جمع شدگی کم می‌گردد]18-19[.

با پلیمر شدن مونومرها ، رزین جمع می شود ، بدین علت که مونومرها با یکدیگر پیوسته و تبدیل به پلیمر خطی یا شبکه ای می شوند .

نیروی بین مولکولی در مونومرها از نوع واندروالسی و فاصله آنها در حدود 3/0-4/0 نانومتر است .

با پلیمر شدن اتصال بین واحدهای تکرار شونده از نوع کئوالانسی با طول پیوند حدود 15/0 نانومتر خواهد شد ، بنابراین موجب جمع شدگی می‌گردد .

میزان جمع شدگی به مقدار این پیوندها بستگی دارد یعنی با افزایش جرم مولکولی مونومر جمع شدگی کاهش می یابد و همچنین در یک جرم مولکولی یکسان با افزایش عاملیت (Functionality) جمع شدگی افزایش می یابد .

با پیشرفت پلیمریزاسیون سرعت نفوذ رادیکالهای در حال رشد و مونومرهای عمل نکرده به سرعت کاهش یافته و مانع تبدیل کامل پیوندهای دوگانه می گردد .

بنابراین حدود 25 تا 50 درصد از گروههای متاکریلاتی بصورت واکنش نکرده باقی می مانند .

شکل (1-3).

از میان این 25 تا 50 درصد متاکریلات های واکنش نکرده حدود 10 درصد مربوط به مونومرهای باقیمانده است .

از طرفی حضور مونومرهای عمل نکرده یا پیوندهای دوگانه کربن - کربن بصورت یک نرم کننده (Plasticizer)برای پلیمر عمل می کنند .

بنابراین در رزینهای کامپوزیت با سامانه های مونومری متفاوت خواص فیزیکی یک سامانه به درجه تبدیل ارتباط می یابد .

علاوه بر این پیوندهای دوگانه کربن - کربن باقیمانده ، ماتریس پلیمری را برای واکنش های تخریبی مساعد می سازد .

این واکنش ها باعث کاهش پایداری رنگ و کاهش مقاومت سایشی کامپوزیت وتشکیل و رهایش فرمالدئید و متاکریلیک اسید می گردد .

البته فرمالدئید آزاد شده آنقدر نیست که اثر سمی (toxic) داشته باشد ولی می تواند منجر به پاسخهای آلرژیک شود .

شکل 1-3 نمایش پیوندهای دوگانه کربن - کربن عمل نکرده در یک شبکه سه بعدی دی متاکریلات رزینهای مونومری آبگریز (Hydrophobic) : به علت ماهیت قطبی رزینهای دی متاکریلاتی بویژه آنهائیکه شامل اتصالات دی الکیل اتری هستند، تمام رزینهای کامپوزیت از محیط دهان آب جذب کرده و منبسط می شوند .

انبساط خطی ناشی از جذب آب بین 02/0 درصد تا 6/0 درصد متغیر است .

این امر ممکن است باعث ضعیف شدن ماتریس شده و با نفوذ به سطح مشترک بین ماتریس و پرکننده منجر به جدایش ماتریس و پرکننده و کاهش خواص مکانیکی کامپوزیت گردد .

بنابراین با واکنش گروههای هیدروکسی Bis-GMA مشتقات یورتانی یا استری از آن تهیه شده شکل (1-4) .

هر چند هدف اولیه در تولید این ترکیبات بهبود خواص شبکه‌ای آنها بوده ولی کاهش جذب آب نیز حاصل شد .

استفاده از حاصل واکنش Bis-GMA و یک ایزوسیانات در ساخت کامپوزیت (Nuva-Fil,L.D.Caulk) کارایی کلینیکی بهتری به دست نداد .

به همین خاطر ، برای کاهش جذب آب ، همولوگهای بدون هیدروکسی از Bis-GMA نیز ارائه شد ، شکل (1-4) استفاده از این مونومرها با آبگریزی بیشتر در کامپوزیتهای تجاری نشان داد که خواص مکانیکی کامپوزیت پس از نگهداری طولانی در آب بیشتر می شود .

اما استفاده از آنها خواص مکانیکی و مقاومت سایشی بهتری را ارائه نداد .

این امر می تواند ناشی از کاهش پیوند هیدروژنی در همولوگهای بدون گروه هیدروکسی باشد ]20،12[.

شکل 1-4 - مشتقات استری یا یورتانی Bis-GMA حاصل از واکنش با گروههای هیدروکسی نوع دوم .

khatri C.A و همکاران ]22[ ، مشتقات Bis-GMA که در آنها گروه هیدروکسی این مونومر با استخلاف نرمال الیکل یورتان جایگزین شده بود تهیه کردند و خواص آنها را بررسی و با خواص Bis-GMA مقایسه کردند .

آنها نشان دادندکه مشتقات یورتاین Bis-GMA بعلت کاهش اثر پیوندهای هیدروژنی دارای گرانروی کمتری نسبت به این مونومر هستند .

به علت همین کاهش گرانروی مشتقات یورتانی درجه تبدیل بالاتری نسبت به Bis-GMA به دست می دهند و به دلیل افزایش جرم مولکولی جمع شدگی کمتری را از خود نشان می دهند .

همچنین جذب آب در این مشتقات به دلیل حذف گروه هیدرکسیل کاهش می یابد .

اما از سوی دیگر استحکام خمشی این مشتقات نسبت به Bis-GMA پائین تر است .

شکل 1-5 - همولوگهای بدون هیدروکسی Bis-GMA رزینهای یورتان دی متاکریلات : گروه دیگری از مونومرها که کاربرد تجاری پیدا کردند یورتان دی متاکریلاتها هستند .

اولین یورتان دی متاکریلات از هیدروکی الیکل متاکریلاتها و دی ایزوسیاناتها ساخته شدند .

این مونومرها وزن مولکولی در حدود Bis-GMA دارند اما گرانروی آنها کمتر است .

متداولترین نوع مونومر 1 و 6 بیس (متاکریلوکسی-2-اتوکسی-کربونیل آمینو)-2و4و4-تری متیل هگزان (UEDMA-UDMA) است که حاصل واکنش 2 هیدروکسی اتیل متاکریلات و2و4و4-تری متیل هگزا متیلن دی ایزوسیانات است ، شکل (1-2) .

این مونومر به تنهایی و یا همراه با سایر مونومرهای مثل Bis-GMA و TEG-DMA استفاده شده است .

شکل 1-6 ساخت UDMA مزیتهای UEDMA گرانروی پائین آن (Mpa.S)11.000 در ) و انعطاف پذیری بیشتر اتصال یورتانی و در نتیجه بهبود چقرمگی (Toughness) کامپوزیت است .

آزمونهای انجام شده روی کامپوزیتهایی که در سایر شرایط بجز نوع مونونر یکسان بودند نشان داد که کامپوزیتهای بر پایه UEDMA دارای خواص مکایکی بهتر نسبت به کامپوزیتهای بر پایه Bis-GMA هستند .

همچنین معین شده است که یورتان دی متاکریلاتها درجه تبدیل بالاتری نسبت به مخلوط TEGDMA/Bis-GMA به دست می دهند .

در صورتیکه سایر شرایط برابر باشد این امر نشان دهنده افزایش نیست سازگاری بدلیل کاهش گروههای آویز متاکریلاتی و مونومر باقیمانده کمتر ، احتمال تشکیل فرمالدهید و اسید متاکریلات کمتر است .

علاوه بر این استفاده از یورتان دی متاتمریلات خط ایجاد بین فنل A را کاهش می دهد .

ممکن است یک گروه دی یورتافنیل توسط گروه دی یورتان در ساختار Bis-GMA جایگزین گروه OH گردد که این امر باعث ایجاد انعطاف پذیری بیشتر و کاهش ممانعت در چرخش حول پیوندهای ساده گردد‌.

شکل (1-6) ، چرخش حول پیوندها ، انعطاف پذیری را بیشتر نموده و از این طریق می توان درجه تبدیل بالاتر بدست آورده از این ترکیبات را توجیه نمود .

شکل 1-6 - نمایش الیگومرهای یورتان دی متاکریلات دی متاکریلاتها با گروههای آروماتیک منجر به تولید پلیمرهای ساخت می گردد ، در حالیکه در متاکریلاتها با گروههای آروماتیک منجر به تولید پلیمرهای سخت می گردد .

در حالیکه دی متاکریلاتها با گروههای آلیفاتیک منجر به تولید پلیمرهای انعطاف پذیر می گردد ]24-23[.

به نظر می رسد استفاده از دی متاکریلاتها که بطور همزمان دارای بخشهای «سخت» (گروههای آروماتیک) و بخشهای «نرم» (گروههای آلیفاتیک) در یک مولکول باشند پلیمرهایی با سختی (toughness) افزایش یافته را ایجاد می کنند .

به منظور طراحی چنین پلیمری .

یک زنجیره پلی یورتان از 2-هیدروکسی اتیل متاکریلات و یک پلی یورتان دی ایزوسیانات ساخته شده است ]25[، شکل (1-7) .

در این ساختار گروههای متیل فنیل بعنوان بخش سخت و پروپیلن گلیکول و یا پلی متیلن بخش نرم را تشکیل می دهند .

در صورتیکه این ترکیب پخت حرارتی گردد جذب آب کمتر همراه با جمع شدگی حجمی کمتر را از خود نشان می دهد .

شکل 1-7 - ساختار PUDMA ، یک پلی یورتان دی متاکریلات R=Poly(ester-urethane) فاز پراکنده : از شبکه ای شدن مونومرهای اکریلاتی موردبحث شبکه‌ی پلیمری حاصل می شود که دارای خواص فیزیکی و مکانیکی لازم نیست بنابراین باید خواص آن را به کمک اجزای دیگری تقویت کرد .این فاز تقویت کننده (پرکننده) که عموماً به صورت ذرات زیر میکرونی است علاوه بر بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی : خواص ظاهری فاز پلیمری را نیز بهبود می بخشد ]26و11[.

خواص همچون مقاومت مکانیکی ، مقاومت در مقابل سایش ،انقباض کم پس از پلیمر شدن شدیداً به انتخاب نوع و اندازه این ذرات بستگی دارد .

در کامپوزیتهای حداقل انواع متفاوتی از پرکننده ها مورد استفاده قرار می گیرد که شامل کوارتز ، سیلیکاهای رسوبی ،سیلیکاتهای متفاوت و گاهی ذرات پلیمری است اندازه این ذرات از حدود صدم میکرون تا حدود چند صد میکرون متغیر است .

برای رسیدن به پرتوکوری مناسب که یکی از خواص فیزیکی مهم در کامپوزیت ها است از شیشه های باریوم یا دیگر فلزات سنگین استفاده می شود .

نمونه های آزمایشی که از سیلیکاتهای زیرکونیوم یا قلع - آلومینیوم تهیه شدند نیز کدری خوبی را از خود نشان دادند .

شیمی تهیه ترکیبات یورتانی : شیمی تهیه ترکیبات یورتانی بر پایه واکنش پذیری ، بالای گروه عاملی ایزوسیانات استوار است .

ایزوسیاناتها مشتقات ترکیب ایزوسیانیک اسید ، H-N=C=O هستند که گروههای الیکل یا‌ آریل مستقیماً به اتم نیتروژن گروه -N=C=O وصل شده است .

علت واکنش پذیری بالای ایزوسیاناتها را می توان به غیر مستقر بودن الکترون در ساختار NCO ها و الکترونگاتیو