بررسی اثر نانو ساختار سیلیکا ایروژل و نانو الیاف PAN بر خواص فیزیکی رزین بیس فنول A - گلیسیدیل متاکریلات (Bis- GMA) مورد استفاده در مواد دندانی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Dental composite resin generally contains methacrylate monomers such as Bisphenol-a-glycidyl methacrylate (BIS-GMA) and Triethylene glycol Dimethacrylate (TEGDMA) reinforced by filler particles. According to the recent works, a significant improvement in the properties of dental composite could be obtained by the creating porosity in the filler surface which increases the physical bonding between resin and filler. Hence, the main aim of this study is the investigation of the effect of nanostructured silica aerogel with unique properties such as high porosity, nanoscale pores, low density and high specific surface as filler on the mechanical and physical properties of TEGDMA/BIS-GMA based dental composites. For better realize of the aerogel effect, dental composites reinforced with modified PAN nanofibers and dental composites reinforced with both fillers of silica aerogel and PAN nanofibers were evaluated. In this regard, both hydrophobic and hydrophilic silica aerogel particles were synthesized and characterized by FTIR, nitrogen adsorption and desorption analysis. PAN nanofibers modified after electrospinning and then used as filler. The suitable conditions for the preparation of dental composite samples were determined based on the mechanical properties results of the primary samples. Finally, the composites prepared with different filler content and evaluated from flexural test, compressive test, polymerization shrinkage, color, cytotoxicity and SEM images from the fracture surface of the samples. The results showed that suitable conditions for the preparation of dental composites reinforced with silica aerogel included curing time of 40 s and weight ratio of 50/50 for TEGDMA/BIS-GMA, therefore other samples were prepared in these conditions. Also, hydrophobic aerogel particles as 152 filler improved the properties of dental composite significantly and used to prepare other samples. the effect of filler type (silica aerogel particle, modified PAN nanofibers and simultaneous use of silica aerogel and nanofibers) were investigated. By increasing the amount of silica aerogel particles to a critical content of 0.5 wt%, the flexural properties of the composite enhanced, so that the flexural strength, flexural modulus and work of fracture increased 10%, 108% and 80% respectively, comparing to the pure resin. However, due to the very low density of the silica aerogel, the higher content of aerogel particles resulted in the aggregation of filler particles and the decrease of composite mechanical properties. The critical value of nanofibers content was 5 wt%. The flexural strength, flexural modulus and work of fracture of composite sample containing 5 wt% of modified PAN nanoparticles were 6.8%, 80% and 145% higher than pure resin, respectively. The simultaneous use of both two fillers with weight ratio of 70/30 of silica aerogel/nanofiber (total filler weight 5%) increased the flexural strength, flexural modulus and work of fracture about 9.8%, 84% and 77.5%, respectively. The compressive properties results of the dental composite reinforced by 5 wt% silica aerogel particles showed an increase of 50% in the compressive strength while, the 23% increase obtained for sample reinforced by 5% nanofiber. Also, the use of porous silica aerogel as the filler in dental composite reduced the polymerization shrinkage about 40% and increased the white index comparing to the pure resin. Also, the results of the cytotoxicity test showed that the non-toxicity of dental composite filled by silica aerogel. Key

در سال‌های اخیر استفاده از کامپوزیت‌های دندانی در دندانپزشکی ترمیمی افزایش چشمگیری داشته است و امروزه این مواد کاربرد زیادی در ترمیم پوسیدگی دندان‌ها یافته‌اند. زیبایی فوق العاده، خواص مکانیکی و فیزیکی خوب، راحتی کاربرد و نداشتن آثار بد جانبی برای بیمار و دندانپزشک باعث شده تا این کامپوزیت‌ها به‌ویژه در ترمیم دندان‌های پیشین به‌سرعت جایگزین مواد سنتی ترمیم دندان (امالگام) شوند. رزین کامپوزیت دندانی عموماً شامل مونومرهای متاکریلاتی نظیر بیس فنول A-گلیسیدیل متاکریلات (Bis-GMA) و تری اتیلن گلایکول دی متاکریلات ((TEGDMA است که توسط ذرات پرکننده تقویت می شود. در سال های اخیر، استفاده از نانوالیاف به دلیل سطح مخصوص بالای ناشی از ابعاد نانومتری آن ها به عنوان پرکننده کامپوزیت دندانی بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته و تا حد زیادی توانسته خواص کامپوزیت دندانی را بهبود دهد. با وجود پیشرفت های صورت گرفته در ارتباط با کامپوزیت های دندانی، استحکام و پایداری این مواد برای استفاده در نقاط پرتنش و انقباض رزین بعد از پلیمریزاسیون در این کامپوزیت ها همچنان نیازمند بهبود بیشتر است. با توجه به نتایج تحقیقات سایر محققان در سال های اخیر که حاکی از بهبود بسیار زیاد خواص کامپوزیت دندانی با ایجاد تخلخل در سطح پرکننده که سطح اتصال رزین زمینه به پرکننده را افزایش می دهد و همچنین عدم استفاده از ایروژل به عنوان پرکننده کامپوزیت دندانی، در این پژوهش به اثر استفاده از نانوساختار پیشرفته سیلیکاایروژل با خواص منحصربه فرد نظیر تخلخل زیاد، حفرات نانومتری، چگالی پایین و سطح مخصوص بالا به عنوان پرکننده بر خواص مکانیکی کامپوزیت دندانی بر پایه TEGDMA/ BIS-GMAپرداخته شد. همچنین برای درک بهتر اثر این نانوساختار پیشرفته، در بخش دیگری از تحقیق کامپوزیت های دندانی تقویت شده با نانوالیاف PAN‌ و همچنین کامپوزیت دندانی تقویت شده با هر دو پرکننده سیلیکاایروژل و نانوالیاف PAN مورد ارزیابی قرار گرفتند. در این راستا پس از سنتز دو نوع سیلیکاایروژل با خواص سطحی مختلف و آماده سازی نانوالیاف به منظور استفاده در رزین کامپوزیت و مشخصه یابی پرکننده ها با آزمون های مختلف، شرایط مناسب برای تهیه نمونه های کامپوزیت های دندانی بر اساس نتایج خواص مکانیکی نمونه های اولیه تعیین گردید و در نهایت کامپوزیت های تهیه شده با مقادیر مختلف نانوالیاف PAN اصلاح شده و ذرات سیلیکاایروژل و کامپوزیت های حاوی هر دو پرکننده با استفاده از آزمون های خمش، فشار، انقباض، رنگ، سمیت سلولی و تصاویر SEM از سطح شکست نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که شرایط مناسب برای تهیه کامپوزیت های دندانی تقویت شده با ایروژل شامل زمان نوردهی 40 ثانیه و نسبت رزین 50/50 بوده و سایر نمونه ها در این شرایط تهیه شدند. همچنین بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت دندانی حاوی سیلیکاایروژل با خواص سطحی متفاوت (آبدوست و آبگریز) نشان داد که درگیری فیزیکی مناسب از طریق نفوذ رزین به داخل حفرات نانومتری سیلیکاایروژل و نیز تخلخل بسیار زیاد (بیش از ???) و سطح مخصوص بالای آن (m 2 /g ?11) و همچنین برهمکنش بین گروه های شیمیایی سطح سیلیکا ایروژل و رزین مهمترین عوامل تقویت خواص مکانیکی کامپوزیت دندانی حاوی سیلیکاایروژل به شمار می روند. بر این اساس، استفاده از سیلیکاایروژل آبگریز به عنوان پرکننده منجر به بهبود قابل ملاحظه خواص مکانیکی کامپوزیت دندانی شد. با افزایش میزان پرکننده سیلیکاایروژل تا مقدار بحرانی 5/0? وزنی، خواص خمشی کامپوزیت افزایش یافت به طوری که استحکام خمشی، مدول خمشی و کارشکست کامپوزیت حاصل به ترتیب 10?، 108? و 80? نسبت به رزین خالص افزایش نشان داد ولی به دلیل چگالی بسیار کم این پرکننده، افزایش بیشتر این مقدار منجر به تجمع ذرات پرکننده و کاهش خواص مکانیکی کامپوزیت شد. این مقدار بحرانی برای پرکننده نانوالیاف 5? وزنی بود به طوری که استحکام خمشی، مدول خمشی و کارشکست کامپوزیت حاوی 5? وزنی نانوالیاف PAN به ترتیب 8/6 ?، ?80 و 145? نسبت به رزین خالص افزایش یافت. استفاده هم زمان این دو پرکننده با نسبت وزنی ایروژل/نانوالیاف 30/70 (مجموع پرکننده 5? وزنی (استحکام خمشی، مدول خمشی و کارشکست کامپوزیت حاصل را 8/9?، 84? و 5/77? نسبت به رزین خالص افزایش داد. نتایج ارزیابی خواص فشاری نشان داد که استفاده از 5? وزنی سیلیکاایروژل، استحکام فشاری کامپوزیت دندانی را ??? بهبود داده درحالی که این مقدار در کامپوزیت تقویت شده با نانوالیاف PAN‌ و ترکیب این دو پرکننده با نسبت وزنی ایروژل/نانوالیاف 70/30 (مجموع پرکننده 5? وزنی) به ترتیبُ به23? و 35? کاهش یافت. همچنین استفاده از پرکننده سیلیکاایروژل با ساختار متخلخل انقباض کامپوزیت را حدود 40? در مقایسه با رزین خالص کاهش داده است. نتایج حاصل از بررسی اثر نوع پرکننده بر رنگ کامپوزیت نشان دادکه ذرات سفید رنگ ایروژل باعث افزایش بسیار زیاد اندیس سفیدی شده که از محاسن استفاده از این پرکننده به شمار می رود. همچنین نتایج آزمون سمیت سلولی نیز حاکی از عدم سمیت کامپوزیت تقویت شده با ایروژل بوده است. بنابراین استفاده از سیلیکاایروژل به عنوان پرکننده کاملاً ایمن و بدون خطر می تواند خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت دندانی به ویژه خواص استحکام فشاری و مدول خمشی آن را تا حد بسیار زیاد افزایش داده و این افزایش در مقایسه با کامپوزیت دندانی تقویت شده با نانوالیاف PAN، بسیار چشم گیر است.