Modification of filler particle and resin matrix interfacial design of restorative composites

Orientador: Marcelo GianniniTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: O objetivo deste estudo foi desenvolver uma nova interface entre partículas de carga e matriz resinosa de compósitos resinosos. Nanogéis foram sintetizados e reagidos na superfície das partículas de carga em combinação com agentes silanos alternativos, com a finalidade de utilizar essa interface não apenas como sítio de ligação entre as fases inorgânica e orgânica, mas como um mecanismo de redução das tensões desenvolvida durante a reação de polimerização. Inicialmente, nanogéis com funcionalidades isocianato-metacrilato foram adicionados à superfície das partículas via ligações de ureia associados a silanos a base de amina. Em uma segunda abordagem, nanogéis com funcionalidades tiol foram reagidos com partículas tratadas com um silano vinil via reação tiol-ene. Partículas tratadas com silano convencional y-metacrilioxipropiltrimetoxi foram utilizadas como controle. Os procedimentos de silanização foram realizados por deposição hidrolítica. Os nanogéis foram caracterizados por cromatografia de permeação em gel (GPC) e análise mecânica dinâmica (DMA). A proporção de 1:3 em peso de partícula:nanogel foi utilizada nas reações. Os tratamentos de superfície foram avaliados por análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia de refletância difusa (DR-IR). Compósitos foram formulados com uma blenda de BisGMA/TEGDMA com adição de 60% em peso de partículas silanizadas ou modificadas por nanogel. Os materiais foram avaliados quanto à cinética de polimerização, tensão de polimerização (PS), contração volumétrica, propriedades mecânicas e reologia. Análise estatística foi realizada pelos testes ANOVA e Tukey a nível de significância de 5%. Os tratamentos de superfície foram confirmados por TGA e DR-IR. As partículas modificadas por nanogéis foram capazes de reduzir significativamente a PS, para ambas estratégias de interface, sem comprometer o grau de conversão e módulo de elasticidade. Um desenvolvimento similar do módulo foi observado para os diferentes grupos nas análises de reologia concomitantemente com a polimerização. O mesmo efeito não foi observado quando quantidades semelhantes de nanogéis foram adicionados livres na matriz resinosa, no qual foi necessário 15% em peso de nanogéis para promover uma redução da PS na mesma magnitude. Para tanto, também foram avaliados os efeitos da adição de nanogel livre na matriz resinosa, combinados ou não com partículas modificadas por nanogel. Quando ambas as estratégias foram associadas, houve uma redução de 50% da PS. As taxas de polimerização e contração volumétrica foram significativamente reduzidas para esses sistemas com aditivos de nanogel livre na resina. Notavelmente, o módulo de elasticidade nesses sistemas não foi comprometido. Já para a resistência à flexão, observou-se redução significativa para grupos de silanos amina, no entanto, não houve diferença significativa do grupo controle quando os nanogéis de isocianato-metacrilato foram adicionados. Em contrapartida, uma redução significativa na resistência à flexão associada à interface modificada com nanogel de tiol foi observada. Dessa forma, conclui-se que modificação da interface entre partícula de carga e matriz resinosa com nanogéis apresenta um potencial de redução da tensão de polimerização, sem comprometer o módulo de elasticidade. Essa estratégia pode ser combinada com quantidades relativamente baixas de aditivos de nanogel livres na fase de resina, reduzindo assim drasticamente a PS de compósitosAbstract: O objetivo deste estudo foi desenvolver uma nova interface entre partículas de carga e matriz resinosa de compósitos resinosos. Nanogéis foram sintetizados e reagidos na superfície das partículas de carga em combinação com agentes silanos alternativos, com a finalidade de utilizar essa interface não apenas como sítio de ligação entre as fases inorgânica e orgânica, mas como um mecanismo de redução das tensões desenvolvida durante a reação de polimerização. Inicialmente, nanogéis com funcionalidades isocianato-metacrilato foram adicionados à superfície das partículas via ligações de ureia associados a silanos a base de amina. Em uma segunda abordagem, nanogéis com funcionalidades tiol foram reagidos com partículas tratadas com um silano vinil via reação tiol-ene. Partículas tratadas com silano convencional y-metacrilioxipropiltrimetoxi foram utilizadas como controle. Os procedimentos de silanização foram realizados por deposição hidrolítica. Os nanogéis foram caracterizados por cromatografia de permeação em gel (GPC) e análise mecânica dinâmica (DMA). A proporção de 1:3 em peso de partícula:nanogel foi utilizada nas reações. Os tratamentos de superfície foram avaliados por análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia de refletância difusa (DR-IR). Compósitos foram formulados com uma blenda de BisGMA/TEGDMA com adição de 60% em peso de partículas silanizadas ou modificadas por nanogel. Os materiais foram avaliados quanto à cinética de polimerização, tensão de polimerização (PS), contração volumétrica, propriedades mecânicas e reologia. Análise estatística foi realizada pelos testes ANOVA e Tukey a nível de significância de 5%. Os tratamentos de superfície foram confirmados por TGA e DR-IR. As partículas modificadas por nanogéis foram capazes de reduzir significativamente a PS, para ambas estratégias de interface, sem comprometer o grau de conversão e módulo de elasticidade. Um desenvolvimento similar do módulo foi observado para os diferentes grupos nas análises de reologia concomitantemente com a polimerização. O mesmo efeito não foi observado quando quantidades semelhantes de nanogéis foram adicionados livres na matriz resinosa, no qual foi necessário 15% em peso de nanogéis para promover uma redução da PS na mesma magnitude. Para tanto, também foram avaliados os efeitos da adição de nanogel livre na matriz resinosa, combinados ou não com partículas modificadas por nanogel. Quando ambas as estratégias foram associadas, houve uma redução de 50% da PS. As taxas de polimerização e contração volumétrica foram significativamente reduzidas para esses sistemas com aditivos de nanogel livre na resina. Notavelmente, o módulo de elasticidade nesses sistemas não foi comprometido. Já para a resistência à flexão, observou-se redução significativa para grupos de silanos amina, no entanto, não houve diferença significativa do grupo controle quando os nanogéis de isocianato-metacrilato foram adicionados. Em contrapartida, uma redução significativa na resistência à flexão associada à interface modificada com nanogel de tiol foi observada. Dessa forma, conclui-se que modificação da interface entre partícula de carga e matriz resinosa com nanogéis apresenta um potencial de redução da tensão de polimerização, sem comprometer o módulo de elasticidade. Essa estratégia pode ser combinada com quantidades relativamente baixas de aditivos de nanogel livres na fase de resina, reduzindo assim drasticamente a PS de compósitosDoutoradoMateriais DentariosDoutora em Materiais Dentários2015/23104-1CAPESFAPES

Evaluation of physicochemical properties of bulk-fill composite resins

Orientador: Marcelo GianniniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: Os objetivos no presente estudo foram: (1) caracterizar o conteúdo inorgânico; (2) investigar a passagem de luz (PL) através de incrementos com diferentes espessuras; (3) avaliar a resistência à flexão biaxial (RFB) e módulo de elasticidade (MO) em função da profundidade de polimerização; (4) verificar o grau de conversão (GC) e microdureza (MD) e (5) correlacionar a tensão de polimerização (TP) com a formação de fenda marginal (FM) em cavidades classe I com materiais restauradores bulk-fill, comparando com um compósito resinoso tradicional. Quatro resinas bulk-fill foram avaliadas: Surefill SDR flow (SDR), Filtek Bulk Fill (FBF), Tetric EvoCeram Bulk Fill (TEC) e EverX Posterior (EXP). Herculite Classic (HER) foi utilizada como controle. Para a caracterização da morfologia e composição do conteúdo inorgânico, uma porção de cada material foi imersa em solventes para remoção da matriz resinosa e posteriormente analisada por EDX e MEV. A PL foi mensurada através de diferentes espessuras dos materiais (1, 2, 3 e 4 mm) utilizando radiômetro acoplado a esfera integrada (n=5). Para o teste de RFB e MF, discos de resina composta (0,5 mm de espessura) foram confeccionados em um conjunto de matrizes sobrepostas (n=8), simulando profundidade de polimerização de 4 mm. O GC obtido por espectroscopia Confocal Raman e MD Knoop foram determinados em cavidades classe I com 4 mm de profundidade, as quais foram restauradas com as resinas e respectivos adesivos (n=5). A partir dessas restaurações foram confeccionadas réplicas em resina epóxi para análise de formação de FM em MEV. A TP de cada material foi determinada por um extensômetro associado a uma máquina de ensaio universal (n=5). As partículas de carga das resinas bulk-fill apresentaram formato irregular, esferoidal ou cilíndrico de tamanhos variados, de 0,1 ?m a 1 mm. Quanto a composição os principais elementos químicos identificados foram alumínio, bário e silício. Todos os materiais demonstraram menor passagem de luz com o aumento da espessura. Não houve diferença entre a PL para as resinas bulk-fill, porém apenas a SDR permitiu maior PL que HER. A atenuação da luz, entretanto, não teve influencia na RFB das resinas bulk-fill, enquanto para HER na maior profundidade houve redução da RFB. Embora, o MO ainda foi maior para HER. O GC foi uniforme em termos de profundidade para os materiais SDR, FBF e HER aplicado em incrementos. De modo contrário, os materiais TEC, EXP e HER em incremento único tiveram diminuição do GC com o aumento da profundidade. Para o teste de MD, resultados inferiores com o aumento da profundidade foram encontrados apenas para TEC, assim não houve correlação entre as análises de MD e GC. Com relação a TP, EXP apresentou os valores mais altos, enquanto TEC os menores. Correlação positiva foi detectada entre TP e formação de FM, as quais variaram entre os materiais. A técnica incremental demonstrou reduzir a FM para HER, SDR e TEC tiveram comportamento comparável a essa técnica convencional. As resinas bulk-fill apresentaram variações nos resultados, algumas demonstraram resultados semelhantes ou superiores à resina controle, podendo ser uma opção para os tradicionais procedimentos restauradores diretosAbstract: The aims of this study were: (1) to characterize the inorganic content; (2) investigate light transmission (LT) through different thicknesses increments; (3) assess biaxial flexural strength (BFS) and modulus (MO) according to depth of cure; (4) verify degree of conversion (DC) and microhardness (MH) and (5) correlate polymerization stress (PS) and gap formation (GF) in class I cavities of bulk-fill restorative materials, compared to a regular composite resin. Four bulk-fill composites were tested: Surefill SDR flow (SDR), Filtek Bulk Fill (FBF), Tetric EvoCeram Bulk Fill (TEC) and EverX Posterior (EXP). Herculite Classic (HER) was used as control. To morphological and composition characterization of inorganic content, a portion of each material was immersed in solvents to remove resin matrix and then analyzed by energy-dispersive X-ray and scanning electron microscopy. The LT was measured through different material thicknesses (1, 2, 3 and 4 mm) by a laboratory-grade spectral radiometer spectroradiometer (n=5). To BFS and MO tests, discs (0.5 mm thick) were fabricated using a set of eight molds, to simulate polymerization depth of 4 mm. DC obtained by Confocal Raman spectroscopy and Knoop MH were measured in 4 mm depth class I cavities, which were placed with the composites and it respective adhesives (n=5). PS was determined for each material by an extensometer attached to a universal testing machine (n=5). Filler particles of bulk-fill composites presented irregular, spherical or cylindrical shape, which size varied from 0.1 ?m to 1 mm. Regarding composition analysis, aluminum, barium and silicon were identified in all composites. All materials demonstrated lower LT with increased increment thickness. No differences were found in translucency among bulk-fill composites, only SDR had higher light transmission than HER. However, light attenuation did not influence BFS of bulk-fill composites, while HER presented decreased BFS at deeper layers. Nevertheless, HER still had the highest MO. DC was uniform among depths for SDR, FBF and HER applied incrementally. Conversely, TEC, EXP and HER bulk-filling presented a decrease in DC with increased depth. To MH test, lower results with increased depth were detected only for TEC, indeed there was no correlation between DC and MH analyzes. Regarding PS, EXP had the highest values, whilst TEC the lowest ones. Positive correlation was detected between PS and GF, which varied according to materials. Incremental filling technique reduced GF percentage to HER, and only SDR and TEC had comparable results to this conventional technique. Some of the bulk-fill composites presented similar or superior outcomes compared to control, which may be an option for traditional direct restorative proceduresMestradoDentísticaMestra em Clínica Odontológic

Dental Adhesives-Surface Modifications of Dentin Structure for Stable Bonding

The latest advancements in dentin bonding have focused on strategies to impair degradation mechanisms in order to extend the longevity of bonded interfaces. Protease inhibitors can reduce collagen degradation within the hybrid layer (HL). Collagen cross-linkers allow better adhesive infiltration and also inhibit proteases activity. Particles added to adhesive can promote mineral precipitation within the HL, reducing nanoleakage and micropermeability, besides possible antimicrobial and enzymatic inhibition effects. Most of these approaches are still experimental, and aspects of the adhesive under the clinician's control are still determinant for the long-term stability of adhesive restorations

Monomer Conversion, Microhardness, Internal Marginal Adaptation, And Shrinkage Stress Of Bulk-fill Resin Composites

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Objective. To evaluate degree of conversion (DC), Knoop microhardness (KHN), internal marginal adaptation (IA), and polymerization shrinkage stress (PS) of one conventional and four bulk-fill composites. Methods. Bulk-fill composites tested were Surefil SDR (SDR), Filtek Bulk-Fill (FBF), Tetric EvoCeram Bulk-Fill (TEC), and EverX Posterior (EXP). The conventional composite Herculite Classic (HER) was tested using both incremental and bulk-fill insertion techniques. Standardized Class I preparations (4-mm-depth) were made in extracted molars and restored with each product system (N = 5). After 1-week wet storage, restorations were cross-sectioned and DC and KHN were evaluated at four depths (1, 2, 3, and 4 mm) using confocal Raman spectroscopy and KHN techniques, respectively. Epoxy resin replicas of restorations were evaluated using scanning electron microscopy for IA. PS was determined using composite bonded to acrylic rods attached to a universal testing machine (N = 5). Results. Within bulk-fill products, only SDR and FBF demonstrated similar DC at all depths, and KHN values did not statistically differ among depths, except for TEC. Neither placement method nor depth affected KHN or DC, except the DC of HER bulk-fill at 4 mm. Incrementally layered HER, and bulk-fills SDR and TEC demonstrated the lowest proportion of internal gaps. Highest and lowest PS values were measured for EXP and TEC, respectively. Significance. DC with depth was not uniform among all bulk-fill materials, although no difference in KHN was found. Higher PS correlated positively with higher proportion of interfacial gaps. The incremental technique using conventional composite showed reduced gap formation. (C) 2015 Academy of Dental Materials. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.311215421551Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPESP [2013/05247-4

Self-etch Adhesive Systems: A Literature Review.

This paper presents the state of the art of self-etch adhesive systems. Four topics are shown in this review and included: the historic of this category of bonding agents, bonding mechanism, characteristics/properties and the formation of acid-base resistant zone at enamel/dentin-adhesive interfaces. Also, advantages regarding etch-and-rinse systems and classifications of self-etch adhesive systems according to the number of steps and acidity are addressed. Finally, issues like the potential durability and clinical importance are discussed. Self-etch adhesive systems are promising materials because they are easy to use, bond chemically to tooth structure and maintain the dentin hydroxyapatite, which is important for the durability of the bonding.263-1

Monomer Conversion, Microhardness, Internal Marginal Adaptation, And Shrinkage Stress Of Bulk-fill Resin Composites.

To evaluate degree of conversion (DC), Knoop microhardness (KHN), internal marginal adaptation (IA), and polymerization shrinkage stress (PS) of one conventional and four bulk-fill composites. Bulk-fill composites tested were Surefil SDR (SDR), Filtek Bulk-Fill (FBF), Tetric EvoCeram Bulk-Fill (TEC), and EverX Posterior (EXP). The conventional composite Herculite Classic (HER) was tested using both incremental and bulk-fill insertion techniques. Standardized Class I preparations (4-mm-depth) were made in extracted molars and restored with each product system (N=5). After 1-week wet storage, restorations were cross-sectioned and DC and KHN were evaluated at four depths (1, 2, 3, and 4mm) using confocal Raman spectroscopy and KHN techniques, respectively. Epoxy resin replicas of restorations were evaluated using scanning electron microscopy for IA. PS was determined using composite bonded to acrylic rods attached to a universal testing machine (N=5). Within bulk-fill products, only SDR and FBF demonstrated similar DC at all depths, and KHN values did not statistically differ among depths, except for TEC. Neither placement method nor depth affected KHN or DC, except the DC of HER bulk-fill at 4mm. Incrementally layered HER, and bulk-fills SDR and TEC demonstrated the lowest proportion of internal gaps. Highest and lowest PS values were measured for EXP and TEC, respectively. DC with depth was not uniform among all bulk-fill materials, although no difference in KHN was found. Higher PS correlated positively with higher proportion of interfacial gaps. The incremental technique using conventional composite showed reduced gap formation.311542-155

Evaluation of bulk-fill systems: microtensile bond strength and non-destructive imaging of marginal adaptation

<div><p>Abstract The objective of this study was to investigate microtensile bond strength (MTBS) and interfacial adaptation (IA) of bulk-fill restorative systems bonded to dentin in Class-I-preparations. Box-shaped preparations (4-mm-long, 3-mm-wide, 2-mm-high) made in extracted molars, and Teflon matrix with the same dimensions positioned over the occlusal surface were restored, providing a total of 4-mm composite depth using three bulk-fill restorative systems: Tetric EvoCeram Bulk Fill with Tetric N-Bond (TEC/TNB), SureFil SDR Flow with XP Bond (SDR/XPB) and Filtek Bulk Fill Flowable Restorative with Scotchbond Universal (FBF/SBU); or incrementally restored with a conventional restorative system: Herculite Classic with OptiBond FL (HER/OBF). The specimens were sectioned into beams and the MTBS measured after 24-hours or one-year storage. For evaluation of IA, round-tapered tooth preparations (3-mm-diameter, 1.5-mm-deep) were made, restored with each material and their cross-sectional images were obtained after 24-hours using optical coherence tomography (OCT). The gap percentage for each restoration system was calculated using image analysis software. MTBS for both storage periods: HER/OBF=TEC/TNB=SDR/XPB>FBF/SBU (ANOVA, Tukey’s post-hoc, P<0.05) differed significantly among groups, which values were significantly reduced after one-year. SDR/XPB showed comparatively lesser gap formation at the tooth-interface after 24 hours (ANOVA, Dunnett’s T3 post-hoc, P<0.05). For deeper restorations, bond strength of TEC/TNB and SDR/XPB can be equal to that of HER/OBF after 24-hours and one-year; however, in a shallower preparation, SDR/XPB showed greater initial interfacial adaptation.</p></div

Modulation of Streptococcus mutans virulence by dental adhesives containing anti-caries agents

The aim of this in vitro study was to analyze the effect of the incorporation of two anti-caries agents into dental adhesives on the reduction of the virulence of Streptococcus mutans and on the adhesion to dentin. Apigenin (1 mM) and tt-Farnesol (5 mM) were added separately and in combination to a self-etch adhesive (CS3 — Clearfil S3 Bond Plus) and to an each-and-rinse adhesive (OPT — OptiBond S). Biofilm of S. mutans was grown on adhesive-coated hydroxyapatite disks for 115 h and bacterial viability, dry-weight, alkali soluble, water soluble, intracellular polysaccharides and protein were quantified. Bond strength and dentin-adhesive interface were performed to analyze the effects of the incorporation on the physical properties and to identify changes in hybrid layer morphology. Addition of Apigenin and Apigenin + tt-Farnesol to CS3, and Apigenin or tt-Farnesol to OPT reduced the dry-weight of S. mutans biofilm. Insoluble polysaccharide decreased with the addition of Apigenin to CS3 and tt-Farnesol to OPT. Intracellular polysaccharide decreased with addition of Apigenin and Apigenin + tt-Farnesol to CS3. No changes in dentin bond strength, resin–dentin interfacial morphology, total amount of protein and soluble polysaccharide were observed with the additions. Biofilms that are less cariogenic around dental restorations could decrease secondary caries formation; in addition, the reduction of virulence of S. mutans without necessarily killing the microorganism is more unlikely to induce antimicrobial resistance.331010841092CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP140698/2013-2; 310522/2015-32013/22823-9; 2014/17543-