Zur Bruchzähigkeit adhäsiver Dentin-Dentin-Grenzflächen anhand der Chevron-Notched- Beam Methode
On the fracture toughness of adhesive dentin-dentin interfaces using the chevron-notched beam method
Creators: name: Lorey, Tony
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2023
Subjects: Adhesive Dentistry
Chevron-Notch
CNB
Haftfestigkeitsuntersuchung
Bond-Strength
Fracture toughness

description: Zusammmenfassung Hintergrund und Ziele Eine suffiziente und dauerhafte Haftkraft dentaler Adhäsivsysteme zum Dentin ist von zentraler Bedeutung im klinischen Alltag und in der Forschung. Der derzeitige Goldstandard zur in-vitro-Bestimmung der Haftkraft ist der Mikro-Zugfestigkeitstest (µTBS – Micro Tensile Bond Strength). Jedoch gestaltet sich die Probenherstellung als techniksensitiv und zeitaufwendig. Der Scherhaftungstest (SBS – Shear Bond Strength) stellt eine Alternative zum µTBS-Verfahren dar. Die Probenherstellung bei diesem Verfahren ist relativ einfach, jedoch entstehen im Rahmen der Messung häufig Spannungskonzentrationen an der adhäsiven Grenzfläche, die zu einer Vielzahl von kohäsiven Frakturen führen können. Eine Alternative zu den beiden Verfahren ist eine Haftkraftbestimmung mit einem bruchmechanischen Ansatz, welche mit einer kontrollierten Rissausbreitung sowie einer vereinfachten Prüfkörperherstellung einhergeht. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Prinzipien der Bruchmechanik auf das adhäsive Interface, mittels der „Chevron-Notched-Beam“ Methode (CNB) zu übertragen und die KIc-Bruchzähigkeit der adhäsiven Grenzfläche im Dentin zu bestimmen. Methoden Aus 60 extrahierten kariesfreien humanen Weisheitszähnen (n=60) wurden zentral Schmelz-Dentinstäbchen (Höhe x Länge x Breite, 1,5 – 2 mm Dentindicke x 4 x 3 mm) herausgesägt. Die Zahnfragmente wurden in 4 Gruppen (n=15 pro Gruppe) eingeteilt. Im Weiteren erfolgte eine adhäsive Vorbehandlung der Schmelz-Dentinstäbchen an ihren jeweiligen Enden mit einem Universaladhäsiv (iBond Universal, Kulzer). Die vorbehandelten Zahnanteile wurden in einer Silikonform (H x L x B, 25 x 4 x 3 mm) so platziert, dass die mittleren Dentinanteile bei 12,5 mm eingebettet wurden. Danach wurde der Rest der Form mit einem Komposit ausgefüllt (X-tra base, VOCO) und lichtgehärtet. Anschließend wurden die Stäbchen mittig mit einer Trennscheibe (High Speed Discs, 22 x 0,6, Dedeco) nach der „Chevron-Notched-Beam“ Methode in einer speziellen Apparatur gekerbt. Die entstandene Kerbe wurde mit einer dünneren Trennscheibe (Keramik Trennscheibe 0,1 mm) durchtrennt. Die vorliegenden Flächen der Prüfkörperhälften wurden jeweils mit einem Adhäsivsystem nach Herstellerangaben vorbehandelt (Futurabond U (Self-Etch), Futurabond M (Self-Etch), Solobond M (Etch-and-Rinse), Solobond Plus (Etch-and-Rinse), VOCO) und lichtgehärtet (30 s, 1200 mW/cm2, Bluephase 20i, Ivoclar Vivadent). Die vorbehandelten und polymerisierten Flächen wurden mit einem Komposit (X-tra base, VOCO) beschickt, versäubert und in einer speziellen Befestigungsapparatur zusammengefügt und von jeder Seite lichtgehärtet (30 s, 1200 mW/cm3, Bluephase 20i, Ivoclar Vivadent). Die Proben wurden nachfolgend für 24 h bei 37°C in destilliertem Wasser gelagert. Danach erfolgte die Bestimmung der Bruchzähigkeit anhand eines 4-Punkt-Biegeversuchsaufbaus mit einem Laser-Extensiometer (Zwickiline Z2.5, Zwick Roell). Ergebnisse Der KIc [MPa*m1/2] stieg von Futurabond M (0,65 ± 0,05) zur Futurabond U (1,06 ± 0,09), Solobond M (1,10 ± 0,08) und Solobond Plus (1,13 ± 0,17) Gruppe an. Der KIc war statistisch signifikant unterschiedlich für die verschiedenen Materialien (Welch’s F (3, 27,558) = 136,462, p &lt; ,0005). Die Games-Howell-Post-Hoc-Analyse ergab, dass keine signifikanten Unterschiede im KIc zwischen Futurabond U, Solobond M und Solobond Plus (p &gt; ,05) vorlagen. Futurabond M hatte einen statistisch signifikant (p &lt; ,005) niedrigeren KIc als alle anderen Materialien. Schlussfolgerung Im Rahmen dieser Studie konnte gezeigt werden, dass die Prinzipien der Bruchmechanik mit Hilfe der „Chevron-Notched-Beam“-Methode (CNB) auf die adhäsive Grenzfläche anwendbar sind. Das 3-Schritt Etch-and-Rinse-Adhäsiv Solobond Plus zeigt den höchsten KIc, hingegen das Einschritt Self-Etch-Adhäsiv Futurabond M die niedrigsten Werte. Die Bruchzähigkeit der adhäsiven Interfaces konnte, mit geringer Standardabweichung der Mittelwerte, dargestellt werden.
description: Summary Background and objectives The sufficient and durable bond strength of dental adhesive systems to dentin is of central importance in clinical practice and research. The current gold standard for in vitro determination of bond strength is the micro-tensile bond strength test (µTBS). However, sample preparation is technique sensitive and time consuming. The shear bond strength test (SBS) is an alternative to the µTBS method. The sample preparation for this method is relatively simple, but stress concentrations often occur at the adhesive interface during the measurement, which can lead to a large number of cohesive fractures. An alternative to the two methods is to determine the adhesive force using a fracture mechanics approach, which is associated with controlled crack propagation and simplified specimen preparation. The aim of this work was to apply the principles of fracture mechanics to the adhesive interface using the chevron-notched-beam method (CNB) and to determine the KIc fracture toughness of the adhesive interface in dentin. Methods The enamel dentin rods (height x length x width, 1.5 - 2 mm dentin thickness x 4 x 3 mm) were centrally sawn from 60 extracted caries-free human wisdom teeth (n=60). The tooth fragments were divided into 4 groups (n=15 per group). Additionally, enamel dentin rods were pretreated adhesively at their respective ends with an universal adhesive (iBond Universal, Kulzer). The pretreated tooth parts were placed in a silicone mold (H x L x W, 25 x 4 x 3 mm) in such a way that the middle dentin portions were embedded at 12.5 mm. The rest of the mold was then filled with a composite (X-tra base, VOCO) and light-cured. Subsequently, the rods were notched in the centre with a separating disc (High Speed Discs, 22 x 0.6, Dedeco) according to the "chevron-notched-beam" method in a special apparatus. The resulting notch was cut through with a thinner cutting disc (ceramic cutting disc 0.1 mm). The surfaces of the test sample halves were pretreated with an adhesive system according to the manufacturer's instructions (Futurabond U (self-etch), Futurabond M (self-etch), Solobond M (etch-and-rinse), Solobond Plus (etch-and-rinse), VOCO) and light-cured (30 s, 1200 mW/cm2, Bluephase 20i, Ivoclar Vivadent). The pretreated and polymerised surfaces were coated with a composite (X-tra base, VOCO), trimmed and joined in a special luting apparatus and light cured from each side (30 s, 1200 mW/cm3, Bluephase 20i, Ivoclar Vivadent). The samples were then stored in distilled water at 37 ° C for 24 h. The fracture toughness was then determined. The fracture toughness was then determined using a 4-point bending test setup with a laser extensometer (Zwickiline Z2.5, Zwick Roell). Results KIc increased from Futurabond M (0,65 ± 0,05) to Futurabond U (1,06 ± 0,09), Solobond M (1,10 ± 0,08) and Solobond Plus (1,13 ± 0,17) groups. Furthermore, the KIc was statistically significant diverging for several materials (Welch’s F (3, 27,558) = 136,462, p &lt;,0005). The Games-Howell-Post-Hoc analysis showed that there were no significant varieties in KIc between Futurabond U, Solobond M and Solobond Plus (p &gt; ,05). Just Futurabond M had a statistically significant lower KIc compared to all other groups. Conclusion In this study, it was shown that the principles of fracture mechanics can be applied to the adhesive interface using the chevron-notched beam method (CNB). It was shown that the 3-step etch-and-rinse adhesive Solobond Plus had the highest KIc, whereas the one-step self-etch adhesive Futurabond M had the lowest KIc values. The fracture toughness of the adhesive interfaces was shown with a relatively low standard deviation of the mean values.