Rigid Rod Polymer Fillers in Acrylic Denture and Dental Adhesive Resin Systems

Abstract

Polymeric materials have been used in dental applications for decades. Adhesion of polymeric materials to each other and to the tooth substrate is essential to their successful use. The aim of this series of studies was two-folded. First, to improve adhesion of poly(paraphenylene) based rigid rod polymer (RRP) to other dental polymers, and secondly, to evaluate the usability of a new dentin primer system based on RRP fillers.

Poly(paraphenylene) based RRP would be a tempting material for dental applications because of its good mechanical properties. To be used in dental applications, reliable adhesion between RRP and other dental polymers is required. In this series of studies, the adhesion of RRP to denture base polymer and the mechanical properties of RRP-denture base polymer-material combination were evaluated. Also adhesion of BisGMA-TEGDMA-resin to RRP was determined. Different surface treatments were tested to improve the adhesion of BisGMA-TEGDMA-resin to RRP. Results were based on three-point bending testing, Vickers surface hardness test and scanning electron microscope analysis (SEM), which showed that no reliable adhesion between RRP and denture base polymer was formed. Addition of RRP filler to denture base polymer increased surface hardness and flexural modulus but flexural strength decreased. Results from the shear bond strength test and SEM revealed that adhesion between resin and RRP was possible to improve by surface treatment with dichloromethane (DCM) based primer and a new kind of adhesive surface can be designed.

The current dentin bonding agents have good immediate bond strength, but in long term the bond strength may decrease due to the detrimental effect of water and perhaps by matrix metalloproteinases. This leads to problems in longevity of restorations. Current bonding agents use organic monomers. In this series of studies, RRP filled dentin primer was tested in order to decrease the water sorption of the monomer system of the primers. The properties of new dentin primer system were evaluated in vitro by comparing it to commercial etch and rinse adhesive system. The results from the contact angle measurements and SEM showed that experimental primer with RRP reinforcement provided similar resin infiltration to dentin collagen and formed the resin-dentin interface as the control primer. Microtensile bond strength test and SEM revealed that in short term water storing, RRP increased bond strength and primer with BMEP-monomer (bis[2-(methacryloyloxy)-ethyl]phosphate) and high solvent concentration provided comparable bonding properties to the commercial control primers. In long term water storing, the high solvent-monomer concentration of the experimental primers decreased bond strength. However, in low solvent-monomer concentration groups, the long-term water storing did not decrease the bond strength despite the existence of hydrophilic monomers which were used in the system.

These studies demonstrated that new dentin primer system reached the mechanical properties of current traditional etch and rinse adhesive system in short time water storing. Improved properties can be achieved by further modifications of the monomer system. Studies of the adhesion of RRP to other polymers suggest that adhesion between RRP and other dental polymers is possible to obtain by certain surface treatments.

<b>Rigid rod polymeeri fillerit akryylisissä pohjalevypolymeereissä ja hammaslääketieteen adhesiiviresiini systeemeissä</b>

Polymeerejä on käytetty hammaslääketieteessä vuosikymmeniä. Polymeerien kiinnittyminen toisiin polymeereihin ja hampaaseen on välttämätöntä niiden kliiniselle käytölle. Tällä väitöskirjatyöllä oli kaksi tavoitetta. Ensinnä kehittää menetelmiä poly(paraphenyleeni)-pohjaisen rigid rod -polymeerin (RRP) kiinnittämiseksi muihin hammaslääketieteessä käytettyihin polymeereihin ja toiseksi arvioida uudentyyppisen RRP-vahvistetun dentiiniprimerin ominaisuuksia hammaspaikka-aineen kiinnittämiseksi hampaaseen.

Poly(paraphenyleeni)-pohjainen RRP on houkutteleva materiaali hammaslääketieteelliseen käyttöön hyvien mekaanisten ominaisuuksien vuoksi. Jotta RRP:ä voitaisiin hyödyntää kliinisessä käytössä, olisi löydettävä keino kiinnittää RRP muihin hammaslääketieteen polymeereihin. Väitöskirjatyön tutkimuksissa arvioitiin RRP:n kiinnittymistä proteesin pohjalevypolymeeriin ja samalla tutkittiin RRP-pohjalevypolymeeri-materiaaliyhdistelmän mekaanisia ominaisuuksia. Niin ikään tutkittiin BisGMA-TEGDMA-resiinin kiinnittymistä RRP:in. Tutkimuksissa arvioitiin myös erilaisten pintakäsittelymenetelmien vaikutusta resiinin ja RRP:n väliseen sidokseen. Kolmipistetaivutuskokeista, pintakovuustesteistä ja pyyhkäisyelektronimikroskooppianalyysista saadut tulokset osoittivat, että RRP ei kiinnity luotettavasti proteesin pohjalevypolymeeriin. RRP-täyteaineen lisääminen kasvatti taivutusmoduulia ja pintakovuutta, mutta laski taivutuslujuutta. Tulokset sidoslujuustesteistä ja elektronimikroskooppianalyysistä osoittivat, että sidos resiinin ja RRP:n välille on mahdollista saavuttaa. Dikloorimetaani-pohjainen primeri paransi sidoslujuutta ja muodosti uudenlaisen sidospinnan RRP:n pinnalle.

Nykyisillä dentiinisidosaineilla on saatavissa hyvä välitön sidoslujuus hampaan ja paikka-aineen välille, mutta pitempiaikainen sidoslujuus heikkenee veden imeytymisen ja mahdollisesti matriksimetalloproteinaasien toiminnan myötä. Tämä aiheuttaa ongelmia kliinisessä työssä. Nykyiset dentiinisidosaineet sisältävät orgaanisia monomeereja. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli yrittää kehittää RRP-vahvistettu dentiiniprimeri, joka vähentäisi vedenimeytymisen haitallisia vaikutuksia. Kokeellisen primerin ominaisuuksia verrattiin kaupalliseen “etch-and-rinse” sidosaineeseen. Tulokset kontaktikulmamittauksista ja elektronimikroskooppianalyysistä osoittivat, että kokeellinen primeri edesauttaa adhesiivin tunkeutumista dentiinin kollageeniverkostoon kaupallisen primerin tavoin. Mikrovetolujuustesti ja elektronimikroskooppianalyysi paljastivat, että lyhyessä vesisäilytyksessä RRP nosti sidoslujuutta ja hydrofiilinen korkean liuotinpitoisuuden omaava primeri tarjosi samanlaiset mekaaniset ominaisuudet kuin kaupallinen kontrolli materiaali. Pitkässä vesisäilytyksessä korkea liuotinpitoisuus laski kuitenkin sidoslujuutta, kun taas pienen liuotinpitoisuuden omaava primeri säilytti mekaaniset ominaisuutensa käytetyistä hydrofiilisistä monomeereistä huolimatta.

Väitöskirjatyön tutkimukset osoittivat, että kokeellisella primerilla saavutettiin lyhyessä vesisäilytyksessä samat ominaisuudet kuin kaupallisella kontrolliprimerilla. Kokeellisen primerin ominaisuuksia voitaneen edelleen parantaa modifioimalla monomeerikoostumusta. Lisäksi tutkimukset osoittivat, että RRP voidaan kiinnittää muihin hammaslääketieteen polymeereihin pintakäsittelymenetelmien avulla.