Φυσικομηχανική και ιστολογική διερεύνηση πειραματικών βιονεργών κεραμικών επιφανειών οδοντικών προσθετικών αποκαταστάσεων:
Creators: name: Μαντά, Μαριάνθη Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Οδοντιατρικά Κεραμικά
Βιοενεργότητα
Περιοδόντιο
Βιοενεργή Ύαλος
Dental Ceramics
Bioactivity
Periodontium

description: Η εφαρμογή της κολλοειδούς γέλης στην παρασκευή βιοενεργών κεραμικών έδωσαν τη δυνατότητα κατευθυνόμενης διαμόρφωσης των ιδιοτήτων υφής και χημικής σύνθεσης των υλικών, ευνοώντας την ταχύτερη βιοενεργή συμπεριφορά. Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι η τεχνική έχει ήδη εφαρμοστεί στην παρασκευή κεραμικών οδοντιατρικής πορσελάνης τροποποιημένης με βιοενεργή ύαλο, οι αναλογίες των πρόδρομων οξειδίων και οι βέλτιστες συνθήκες παρασκευής και κατεργασίας του υλικού είναι ακόμη υπό διερεύνηση. Συνεπώς, στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν o xαρακτηρισμός του σύνθετου υλικού οδοντιατρικής πορσελάνης-βιοενεργής υάλου 58S5 σε αναλογία 50%κβ, που παρασκευάστηκε με την τεχνική της κολλοειδούς γέλης, σε επίπεδο χημικής σύνθεσης και μικροδομής, πορώδους και ειδικής επιφάνειας, θερμικής και μηχανικής συμπεριφοράς και βιοενεργότητας τόσο in vitro όσο και in vivo. Οι προαναφερόμενοι στόχοι μελετήθηκαν υπό την επίδραση της αύξησης της τελικής θερμοκρασίας κατά τον κύκλο όπτησης, στο στάδιο κατεργασίας του υλικού. Η μεθοδολογία περιελάμβανε την κατασκευή δοκιμίων του σύνθετου υλικού, τα οποία υποβλήθηκαν σε κύκλους όπτησης, σε τελική θερμοκρασία, η οποία επιλέχθηκε μετά από θερμική ανάλυση (DG-DTA): α. θερμοκρασία κρυστάλλωσης, β. θερμοκρασία πριν την έναρξη του διαστήματος τήξης και γ. προτεινόμενη-από τον-κατασκευαστή θερμοκρασία όπτησης της οδοντιατρικής πορσελάνης. Τα δοκίμια διερευνήθηκαν σε επίπεδο: α. μικροδομής και χημικής σύνθεσης, με τη χρήση Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM), Φασματοσκοπίας FTIR, Φασματοσκοπίας Raman, Περιθλασιμετρίας Ακτίνων-Χ (XRD), Ποροσιμετρίας N2 και Hg, β. μηχανικής συμπεριφοράς με τη δοκιμασία της νανοεντύπωσης, γ. θερμικής συμπεριφοράς με τη χρήση διαστολόμετρου, δ. in vitro βιοενεργότητας με τη χρήση SEM, FTIR XRD και φασματοφωτομετρίας και ε. in vivo βιοενεργότητας σε πειραματικό μοντέλο κονίκλων. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης έδειξαν ότι: α. η τροποποίηση της οδοντιατρικής πορσελάνης με βιοενεργή ύαλο οδήγησε στο σχηματισμό υαλο-κεραμικών της κατηγορίας λευκίτη-απατίτη-βολλαστονίτη, ενώ η όπτηση σε υψηλότερες θερμοκρασίες οδήγησε στη μετάβαση στο ενδιάμεσο στάδιο σύντηξης και την επιπλέον κρυστάλλωση χριστοβαλίτη. Τα σύνθετα υλικά δεν εμφάνίσαν νανο- ή μέσο πορώδες, β. όλα τα δοκίμια παρουσίασαν ελαστο-πλαστική συμπεριφορά στη νανο/μικρο-κλίμακα και εμφάνισαν το φαινόμενο επίδρασης μεγέθους. Τα σύνθετα δοκίμια, τα οποία οπτήθηκαν σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, παρουσίασαν τις μεγαλύτερες και μικρότερες τιμές μέτρου ελαστικότητας και σκληρότητας, αντίστοιχα, με στατιστικά σημαντική διαφορά σε σχέση με τα υπόλοιπα δοκίμια, γ. ο ΣΘΔ των σύνθετων δοκιμίων ήταν σημαντικά μικρότερος σε σχέση με τον ενδεικνυόμενο ΣΘΔ για τις μεταλλοκεραμικές αποκαταστάσεις, ενώ η αύξηση της τελικής θερμοκρασίας όπτησης δε προκάλεσε σημαντικές μεταβολές, δ. η αύξηση της τελικής θερμοκρασίας όπτησης προκάλεσε επιβράδυνση της κατακρήμνισης απατιτικών κρυστάλλων στην επιφάνεια τόσο σε δυναμικές όσο και σε στατικές συνθήκες, ενώ η βιοενεργότητα φαίνεται να συσχετίζεται με τη συγκέντρωση Si στο διάλυμα και ε. η τροποποίηση της οδοντιατρικής πορσελάνης με βιοενεργή ύαλο προκάλεσε αποκατάσταση και όχι αναγέννηση των περιοδοντικών ιστών, κατά την οποία εγκλωβίζεται στον περιβάλλοντα συνδετικό ιστό του περιρριζίου χωρίς να συνδέεται με αυτό με την παρεμβολή ενασβεστιωμένου υμενίου τύπου-οστεῒνης. Συμπερασματικά και υπό τους περιορισμούς της παρούσας διδακτορικής διατριβής, η τροποποίηση της οδοντιατρικής πορσελάνης αυχενικών απολήξεων με βιοενεργή ύαλο 58S5 και σε αναλογία 50%κβ δεν οδηγεί στη δημιουργία ενός υλικού ικανού να υποστηρίξει την αναγέννηση του περιρριζίου στην επιφάνειά του.
description: The application of low-temperature sol-gel process in the fabrication of bioactive ceramics allowed the control over the textural properties (specific surface area and porosity) and crystal structure, in order to achieve an optimized bioactive surface. Although the favorable processing parameters of the sol-gel method have already been applied on the preparation of dental porcelain- modified-by-bioactive glass composite systems, however, the certain compositional limits and the ratios of oxides, which may tailor the bioactivity of material, are still under investigation. Thus, the purpose of the present dissertation was to investigate the dental porcelain modified by bioactive glass 50%wt, derived from sol-gel process. Sol-gel derived specimens of bioactive glass (58S)-commercial dental porcelain were constructed and underwent firing cycles at the crystallization temperature and the temperature just below the melting range, selected after conducting thermal analysis (DG-DTA) of the composite. The recommended temperature for the commercial porcelain was examined, too. All specimens were characterized using X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), N2 and Hg porosimetry. The mechanical properties (Young’s modulus, hardness) of the composite material were investigated using nanoindentation test, while the coefficient of thermal expansion (TEC) was investigated by using dilatometry. The assessment of specimens’ bioactivity was performed: a. in vitro, in non cellular solution (DMEM), via the detection of apatite layer development, using XRD, FTIR and SEM, while Si and Ca concentration was detected using spectrophotometry and b. in vivo, using the experimental model of rabbits, under membrane-mediated periodontal wound healing process. The results of the present dissertation revealed that: a. modification of dental porcelain by bioactive glass, via the sol-gel process, resulted in a new glass-ceramic material of leucite-apatite-wollastonite. Increased temperature favored the sintering process initiation, along with the surface crystallization of cristobalite. N2 adsorption isotherms of all specimens represented non nano-/meso-porous materials, b. all the specimens presented the behavior of the elasto-plastic model, while indentation size effect was evident for both hardness and Young’s modulus. Composite specimens, treated at higher and low temperature, presented the higher and lower values of hardness and young’s modulus respectively, when compared to the rest of the specimens, with statistaically significant difference, c. TEC of the composite material was significantly lower, compared to the dental porcelain TEC, appropriate for metal-ceramic restorations, d. the in vitro tests evidenced the bioactivity of the specimens independently of the final temperature, though the increased temperature caused delayed apatite layer formation on their surface. In vitro bioactivity of the composite material seemed to be dependent on the Si concentration of the solution, and finally, e. the wound healing process was favorable for repair rather than regeneration, without the formation of cementum-like tissue. Concluding, under the limitations of the present dissertation, the modification of dental porcelain by bioactive glass, does not result in a periodontium-regenerating material.