Biyomimetik yöntemle yeni nesil dental restoratif malzemelerin üretimi
Production of novel dental restorative materials by using biomimetic technique
Yazar: AYSU AYDINOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. AFİFE BİNNAZ HAZAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry

Özet:
Dişlerde meydana gelen çürükler ve çeşitli rahatsızlıklar hem genel sağlığımızı hem de estetiği olumsuz yönde etkilediğinden, çürüğün erken teşhis ve tedavisi son derece önemlidir. Günümüzde kavite açılmış dişlerdeki madde kaybını gidermek için en çok kullanılan restoratif dolgu maddeleri dental kompozitler olup,  bu malzemelerden klinik olarak beklenen talepler giderek artmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, görünüm ve mekanik özellikler bakımından doğal dişe benzer dental restoratif malzemeler üretilmiştir. Üç aşamadan oluşan tez çalışmasının ilk aşamasında destekleyici faz sistemleri üretilmiştir. Kompozitlerin sertlik ve sağlamlığından sorumlu olan destekleyici faz sistemleri olarak silika, zirkonya, silika/zirkonya nanokümeleri ve titanya kullanılmıştır. Zirkonya ve titanyanın yüksek opasite değerlerine sahip olmaları nedeniyle, bu yapıların ana faz olarak kullanıldığı kompozitler başarısız olmuştur. Buna karşın geleneksel kompozitlerde olduğu gibi silikanın destekleyici faz olarak kullanıldığı kompozit malzemeler klinik beklentiyi karşılamada yeterli olmuştur. Silika/zirkonya nanokümelerinin destekleyici faz olarak kullanıldığı kompozit sistemleri ise hem mekanik hem de estetik açıdan üstün özellikler sergilemişlerdir. Çalışmamızda antibakteriyel ajan olarak makro boyutta ergitilmiş metaloksi florür seramikleri yerine, kimyasal çöktürme metodu ile mikron boyutunda üretilmiş Al-Sr-oksiflorür ve Al-Sr-Si-oksiflorür bileşikleri ilk kez destekleyici faz sistemi olarak kullanılmıştır. Bunun yanı sıra hidroksiapatit esaslı destekleyici faz sistemlerinin restoratif kompozitlerde kullanımını içeren çeşitli çalışmalar yapılmış olmasına karşın, biyomimetik çöktürme yöntemi kullanılarak sentetik vücut sıvılarında sentezlenmiş hidroksiapatit seramikleri ilk kez destekleyici faz sistemi olarak kullanılmıştır. Çalışmamızın ikinci aşamasında destekleyici faz ve organik matriks monomerleri arasında sürekliliği sağlamak üzere destekleyici faz sistemleri, bir organosilan bileşiği olan 3-metakriloksipropiltrimetoksi silan ile modifiye edilmiştir. Böylelikle antimikrobiyal ajan ilavesi ile üretilen kompozit sistemlerinin mekanik özelliklerinin korunması sağlanmıştır. Bilindiği üzere diş oluşumu sırasında hidroksiapatit seramikleri kollajen lifleri üzerinde kalsifiye olmakta ve her iki bileşen arasında doğal bir bağlanma meydana gelmektedir. Mevcut çalışmada bağlayıcı ajanların kullanımı ile bu mekanizma taklit edilmiş ve bağlayıcı ajan kullanılmayan kompozitlere kıyasla daha üstün mekanik özelliklere sahip kompozit sistemleri elde edilmiştir. Tez çalışmasının üçüncü aşaması kompozit malzemelerin üretimini içermektedir. Kompozit malzemelerde organik matriks olarak BisGMA, BisHEMA, UDMA ve TEGDMA monomerleri kullanılmıştır. Çalışmalarda TEGDMA'nın yüksek oranda kullanılması ile ticari kompozitlere kıyasla yüksek oranda monomer dönüşümü sağlanmış ve böylelikle üretilen kompozitlerin biyouyumlulukları da geliştirilmiştir. Organik matriks yapısında fotobaşlatıcı olarak kamforkinon ve ışın kaynağı olarak mavi-LED cihazı kullanılmıştır. Fotopolimerizasyon tekniği kullanılarak kürleştirilen kompozit malzemeler; mekanik (basma, eğme, sertlik), kimyasal (monomer dönüşüm yüzdesi), fiziksel (kürleme derinliği, büzülme, emilim, çözünürlük, iyon salımı) ve biyolojik (antimikrobiyal etki, sitotoksisite) özellikleri belirlenmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Çalışmamızda antimikrobiyal özellik kazandırılmış kompozit malzemelerin, ticari eşdeğerleri ile kıyaslandığında mekanik, kimyasal ve fiziksel özellikler bakımından daha üstün özellikler sergilediği belirlenmiştir. Böylelikle "ikincil çürük oluşumunun önlenmesi", "çeşitli biyoaktif ajanlarla (hidroksiapatit gibi) biyouyumluluğun geliştirilmesi", "mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklerin korunması" gibi klinik beklentileri karşılayan, yeni nesil dental restoratif malzemelerin üretimi mümkün olmuştur. Türkiye'de medikal malzemeler üretimindeki sıkıntılar göz önüne alınarak, mevcut çalışmada medikal sektöre yönelik, ticarileşme potansiyeli bulunan ve yenilikçi özellikler taşıyan dental dolgu malzemeleri üretilmiştir. Sonuç olarak bu malzemelerin ülkemizde üretimine olanak tanınması durumunda mevcut dişhekimliği alanına yeni bir ürün sağlanacak ve böylelikle istihdama katkı yapılmasının yanı sıra teknolojik gelişmelere fırsat sağlanacağını düşünmekteyiz.

Abstract:
Tooth cavities and decays as well as other related diseases negatively affect both the general health and aesthetic. Thus, early detection and treatment of tooth decays are very crucial. Recently, dental composites are restorative filling materials which are mostly used for resolving the matter loss in dental cavities. Clinical expectations from such materials are increasing. In the context of the thesis, we achieve to produce dental restorative materials which are similar to natural tooth in terms of the appearance and mechanical characteristics. The thesis study is composed of three parts. In the first part of the study, reinforcing phase systems were produced. Silicate, zirconia, silica/zirconia nano clusters and titania were used as reinforcing phase systems which were responsible for the stiffness and the rigidity of composites. Since zirconia and titania have high opacity values, composites which contained these materials as the main phase, were unsuccessful. However, as it is the case in conventional composites, composite materials met the clinical needs when silica was used as the supportive phase. In case of composite systems in which silica/zirkonia nanoclusters were used as the supportive phase, it was observed that these composites exhibited superior properties in terms of both mechanical and aesthetic characteristics. In our study, Al-Sr-oxyfloride and Al-Sr-Si-oxyfloride compounds were used as a reinforcing phase for the first time in this study instead of using an antibacterial agent named metal oxyfluoride which is generally melted at the macro level. However, in this study, Al-Sr-oxyfloride and Al-Sr-Si-oxyfloride compounds were produced in the micron size by using chemical precipitation method. Besides, even though there are studies in which hydroxyapatite-based supporting phase systems are used in restorative composites, hydroxyapatite ceramics which are synthesized in synthetic body fluids by using biomimetic precipitation technique are used for the first time as the supportive phase system. In the second part of our study, supportive phase systems were modified by 3-methacryloxy propyl trimethoxysilane (an organosliane compound) in order to ensure the continuity between the supportive phase and organic matrix monomers. In this way, it was aimed to protect the mechanical properties of composite systems which were produced upon the addition of antimicrobial agents. As it is known, hydroxyapatite ceramics are calcified on collagen fibers during the tooth development and there is a natural connection between two components. In this study, this mechanism was simulated by using bonding agents. Furthermore, composite systems which had better mechanical properties were obtained compared to the ones which were produced without bonding agents. The third part of the thesis study was composed of the production of composite materials. As an organic matrix, BisGMA, BisHEMA, UDMA and TEGDMA monomers were used in composite materials. In studies, the use of higher amounts of TEGDMA led to higher rates of monomer conversion compared to the commercial composites. Thus, the biocompatibilities of composites were also improved. Camphorquinone was used in the organic matrix structure as a photoinitiator. Mavi-LED device was used as a light source. Mechanical (compression, bending, and hardness), chemical (monomer conversion percentage), physical (curing depth, shrinkage, absorption, solubility, ion release) and biological (antimicrobial activity, cytotoxicity) characteristics of composite materials which were cured by using photopolymerization technique were assessed. In our study, it was determined that composite materials which gained antimicrobial feature were better compared to their commercial equivalents in terms of mechanical, chemical and physical characteristics. In this way, it is possible to obtain dental restorative materials which can meet the clinical requirements such as 'prevention of the secondary cavity', 'improvement the biocompatibility with various bioactive agents (such as hydroxyapatite) and 'protection of the mechanical, chemical and physical characteristics). In the current study, considering the shortage of medical material production in Turkey, dental filling materials with commercialization potential and innovative features are manufactured by targeting the medical sector. In conclusion, we are believed that the employment can be supported as well as there can be opportunities for technological developments in case there will be an opportunity to produce these new generation dental materials in our country.