Den norske tannlegeforenings Tidende
15.12.2016
I denne oversigtsartikel ser vi på udviklingen af kompositter som fyldningsmaterialer. Vi diskuterer sammensætningen af resinen/ matrixen og ser på, hvilke nye monomerer der er blevet introduceret. Vi kommenterer også udviklingen af fillers.
Enkelte specielle materialetyper bliver kort omtalt. Bulk-fill materialer omtales og viser sig ikke væsentlig forskellige fra traditionelle kompositter med hensyn til sammensætning.
Hærdningen af materialerne er vigtig for optimale egenskaber, og vi kommer med råd og tips om, hvilke faktorer der kan påvirke hærdningen, samt ser på nogle af de effekter, som en dårlig hærdning kan medføre. En tilstrækkelig lang hærdetid uden brug af en for stærk hærdelampe synes at være et godt valg.
Materialernes egenskaber bliver kort omtalt i lyset af sammensætning og hærdning. Vi diskuterer især lækage af monomer fra materialerne, mens mulige biologiske effekter af lækagen vil blive omtalt i en anden artikel i dette tema om dentalmaterialer. Materialernes mekaniske egenskaber bliver kort omtalt.
Sammenfattende synes der at være sket en stadig, om end til tider langsom, udvikling af materialerne siden introduktionen i 1960'erne. Igennem tiden har fokus for udviklingen varieret, fx nye monomerer for forbedret håndtering og lavere kontraktion, nye typer og nye størrelser fillers for bedre mekaniske egenskaber og polerbarhed, alternative materialer og sammensætninger for bedre biokompatibilitet. Den nyeste forskning synes at centrere sig om udviklingen af selvadhærerende kompositter og kompositter med terapeutiske virkninger.
Kompositmaterialer dominerer som direkte fyldningsmateriale og har gjort det i en årrække. Materialerne er dog ikke helt de samme som ved introduktionen af disse polymerbaserede materialer. Der er sket en udvikling i sammensætningen, og dermed også i egenskaberne. Desuden er der sket en udvikling i hærdning af materialerne siden introduktionen af LED-hærdelamper omkring årtusindskiftet. Teknologiudviklingen har endvidere medført, at der i de senere år er fremkommet meget kraftige lamper, som udfordrer hærdeprocesserne. I denne artikel vil vi se på relevante momenter i udviklingen af kompositmaterialer samt diskutere hærdningen i relation til moderne udstyr og teknikker.
Polymerbaserede fyldningsmaterialer kom på markedet allerede i 1960'erne efter Bowens udviklingsarbejde (1), men materialerne fik ikke det store gennembrud før i 1980/ 90'erne, da de for alvor begyndte at erstatte amalgam. Teknikken med minimalt invasivt indgreb skabte et behov for materialer, som kunne lægges i mindre kaviteter og som har de nødvendige materialeegenskaber. Dette førte til udvikling af egenskaber ved både kompositter og adhæsiver, som etterfølgende har sikret kompositfyldningerne kliniske succes.
Sammensætning
De vigtigste polymerbaserede fyldningsmaterialer er kompositter, som pr. definition er materialer bestående af (mindst) to forskellige faser, som udgør en fælles enhed med forbedrede egenskaber. For dentale kompositter er de to faser den organiske matrix (monomer/polymer), som genereres under hærdning (polymerisering) af monomererne i råmaterialet samt fillerpartiklerne, primært uorganiske, som forstærker materialet. For at få optimalt forstærkende virkning af fillerpartiklerne skal disse bindes til polymermatrixen. Dette opnås gennem at overfladebehandle fillerpartiklerne, ofte med funktionelle silaner (fx methacryloxypropyltrimethoxysilan) i en proces, som kaldes silanisering. Dette muliggør en kemisk reaktion mellem fillerpartiklerne og den organiske matrix, som stabiliserer og danner et materiale, der fremstår som en enhed.
Polymermatrixen
Polymermatrixen dannes under hærdning af monomermatrixen. Sidstnævnte består af monomerer, de såkaldte byggesten i materialet, samt tilsætningsstofferne initiator og katalysator eller aktivator. Monomererne er væsker af forskellig viskositet og molekylvægt. Traditionelt er de vigtigste monomerer Bowens monomer (1) (Bis-GMA) og trietylenglykol-dimetakrylat (TEGDMA) (Figur 1A og B). Begge monomerer er såkaldte dimetakrylater, dvs. at de indeholder to reaktive grupper. Under polymerisation af dimetakrylater vil kædedannelsen ske via begge metakrylatgrupper. Dette medfører en stor grad af krydsbinding, så man opnår et tredimensionalt og stabilt polymernetværk. TEGDMA er en såkaldt fortyndermonomer, som tilsættes den meget viskøse Bis-GMA monomer for at tillade et øget fillerindhold og dermed større styrke og mindre polymerisationskontraktion (omtales nærmere i afsnittet «Fyldstof»). Andre hyppigt anvendte monomerer er uretandimetakrylat og ethoxyleret BisGMA (Bis-EMA) (2).
Løbende forskning har bl. a. resulteret i udvikling af modificerede uretandimetakrylater (fx Figur 1C), der finder anvendelse i enkelte kommercielt tilgængelige restaurerende kompositter (3). Vigtige momenter i udviklingen er store monomer-molekyler for at opnå reduceret polymerisationskontraktion samt en vis stivhed i strukturen på molekylært niveau, som vil opretholde materialeegenskaberne. Flere producenter har anvendt varianter af monomerer med såkaldt TCD-kerne (Tri-Cyclo-Dekan-kerne, Figur 1D), som kan minde om Bis-GMA, dvs. en relativt stor monomer med en stiv kernestruktur (4). En tillægsgevinst med TCD-monomerer kan være, at man undgår brugen af kernestrukturen fra Bis-GMA og eventuelle diskussioner omkring mulig bisfenol-A-forurening eller lækage.
Man forsøger endvidere at udvikle kompositter med adhæsive egenskaber. Ved at inkorporere sure monomerer som dem, der finder anvendelse i dentinbindingssystemer, fx glycerolfosfatdimetakrylat (GPDM) (5), håber man at opnå binding til emalje og dentin, såvel mekanisk som kemisk. Foreløbig anbefales sådanne materialer imidlertid kun som linere og til små kaviteter.
Trods fremkomsten af nye typer af monomerer må det konkluderes, at polymermatrixen i langt de fleste af nutidens kompositter stadig udgøres af højmolekylære dimetakrylater som især Bis-GMA, forskellige uretandimetakrylater, Bis-EMA og TEGDMA. Monomererne anvendes i forskellige kombinationer og blandingsforhold bl. a. afhængigt af den ønskede konsistens af kompositten, der varierer med det tiltænkte anvendelsesområde, indikationen og størrelsen på fyldningen.
Fyldstof
Fyldstoffets funktion er primært at forstærke det polymerbaserede materiale og at reducere polymerisationskontraktionen (6). Øget fillerindhold vil normalt give øget modstand mod frakturer (se værdier for bøjestyrke i Tabel 1) og bedre abrasionsresistens. Samtidig er det kun polymermatrixen, som kontraherer ved hærdning, hvorfor kontraktionen også reduceres, når fillerindholdet er højt. Fyldstofferne er sædvanligvis uorganiske partikler af forskellige metaloxider: amorft og krystallinsk silika, glas, zirkoniumoxid. Oxiderne er tilsat røntgenopake elementer (barium, strontium) for at sikre kontrast i materialet, hvis oxidet i sig selv ikke er røntgenopakt. Nogle materialer indeholder fillerpartikler af zirkoniumdioxid (zirkonia), som er røntgenopakt. Zirkonia er en krystallinsk keramik, som har meget gode mekaniske egenskaber.
Til forskel fra den tidlige produktion af fyldstof ved fx knusning af glas til ønskede partikelstørrelser, benyttes i dag en række moderne teknikker for at kontrollere produktionen og resultatet, som kan være veldefinerede kugleformede partikler eller submikron
Gå til medietHærdningen af materialerne er vigtig for optimale egenskaber, og vi kommer med råd og tips om, hvilke faktorer der kan påvirke hærdningen, samt ser på nogle af de effekter, som en dårlig hærdning kan medføre. En tilstrækkelig lang hærdetid uden brug af en for stærk hærdelampe synes at være et godt valg.
Materialernes egenskaber bliver kort omtalt i lyset af sammensætning og hærdning. Vi diskuterer især lækage af monomer fra materialerne, mens mulige biologiske effekter af lækagen vil blive omtalt i en anden artikel i dette tema om dentalmaterialer. Materialernes mekaniske egenskaber bliver kort omtalt.
Sammenfattende synes der at være sket en stadig, om end til tider langsom, udvikling af materialerne siden introduktionen i 1960'erne. Igennem tiden har fokus for udviklingen varieret, fx nye monomerer for forbedret håndtering og lavere kontraktion, nye typer og nye størrelser fillers for bedre mekaniske egenskaber og polerbarhed, alternative materialer og sammensætninger for bedre biokompatibilitet. Den nyeste forskning synes at centrere sig om udviklingen af selvadhærerende kompositter og kompositter med terapeutiske virkninger.
Kompositmaterialer dominerer som direkte fyldningsmateriale og har gjort det i en årrække. Materialerne er dog ikke helt de samme som ved introduktionen af disse polymerbaserede materialer. Der er sket en udvikling i sammensætningen, og dermed også i egenskaberne. Desuden er der sket en udvikling i hærdning af materialerne siden introduktionen af LED-hærdelamper omkring årtusindskiftet. Teknologiudviklingen har endvidere medført, at der i de senere år er fremkommet meget kraftige lamper, som udfordrer hærdeprocesserne. I denne artikel vil vi se på relevante momenter i udviklingen af kompositmaterialer samt diskutere hærdningen i relation til moderne udstyr og teknikker.
Polymerbaserede fyldningsmaterialer kom på markedet allerede i 1960'erne efter Bowens udviklingsarbejde (1), men materialerne fik ikke det store gennembrud før i 1980/ 90'erne, da de for alvor begyndte at erstatte amalgam. Teknikken med minimalt invasivt indgreb skabte et behov for materialer, som kunne lægges i mindre kaviteter og som har de nødvendige materialeegenskaber. Dette førte til udvikling af egenskaber ved både kompositter og adhæsiver, som etterfølgende har sikret kompositfyldningerne kliniske succes.
Sammensætning
De vigtigste polymerbaserede fyldningsmaterialer er kompositter, som pr. definition er materialer bestående af (mindst) to forskellige faser, som udgør en fælles enhed med forbedrede egenskaber. For dentale kompositter er de to faser den organiske matrix (monomer/polymer), som genereres under hærdning (polymerisering) af monomererne i råmaterialet samt fillerpartiklerne, primært uorganiske, som forstærker materialet. For at få optimalt forstærkende virkning af fillerpartiklerne skal disse bindes til polymermatrixen. Dette opnås gennem at overfladebehandle fillerpartiklerne, ofte med funktionelle silaner (fx methacryloxypropyltrimethoxysilan) i en proces, som kaldes silanisering. Dette muliggør en kemisk reaktion mellem fillerpartiklerne og den organiske matrix, som stabiliserer og danner et materiale, der fremstår som en enhed.
Polymermatrixen
Polymermatrixen dannes under hærdning af monomermatrixen. Sidstnævnte består af monomerer, de såkaldte byggesten i materialet, samt tilsætningsstofferne initiator og katalysator eller aktivator. Monomererne er væsker af forskellig viskositet og molekylvægt. Traditionelt er de vigtigste monomerer Bowens monomer (1) (Bis-GMA) og trietylenglykol-dimetakrylat (TEGDMA) (Figur 1A og B). Begge monomerer er såkaldte dimetakrylater, dvs. at de indeholder to reaktive grupper. Under polymerisation af dimetakrylater vil kædedannelsen ske via begge metakrylatgrupper. Dette medfører en stor grad af krydsbinding, så man opnår et tredimensionalt og stabilt polymernetværk. TEGDMA er en såkaldt fortyndermonomer, som tilsættes den meget viskøse Bis-GMA monomer for at tillade et øget fillerindhold og dermed større styrke og mindre polymerisationskontraktion (omtales nærmere i afsnittet «Fyldstof»). Andre hyppigt anvendte monomerer er uretandimetakrylat og ethoxyleret BisGMA (Bis-EMA) (2).
Løbende forskning har bl. a. resulteret i udvikling af modificerede uretandimetakrylater (fx Figur 1C), der finder anvendelse i enkelte kommercielt tilgængelige restaurerende kompositter (3). Vigtige momenter i udviklingen er store monomer-molekyler for at opnå reduceret polymerisationskontraktion samt en vis stivhed i strukturen på molekylært niveau, som vil opretholde materialeegenskaberne. Flere producenter har anvendt varianter af monomerer med såkaldt TCD-kerne (Tri-Cyclo-Dekan-kerne, Figur 1D), som kan minde om Bis-GMA, dvs. en relativt stor monomer med en stiv kernestruktur (4). En tillægsgevinst med TCD-monomerer kan være, at man undgår brugen af kernestrukturen fra Bis-GMA og eventuelle diskussioner omkring mulig bisfenol-A-forurening eller lækage.
Man forsøger endvidere at udvikle kompositter med adhæsive egenskaber. Ved at inkorporere sure monomerer som dem, der finder anvendelse i dentinbindingssystemer, fx glycerolfosfatdimetakrylat (GPDM) (5), håber man at opnå binding til emalje og dentin, såvel mekanisk som kemisk. Foreløbig anbefales sådanne materialer imidlertid kun som linere og til små kaviteter.
Trods fremkomsten af nye typer af monomerer må det konkluderes, at polymermatrixen i langt de fleste af nutidens kompositter stadig udgøres af højmolekylære dimetakrylater som især Bis-GMA, forskellige uretandimetakrylater, Bis-EMA og TEGDMA. Monomererne anvendes i forskellige kombinationer og blandingsforhold bl. a. afhængigt af den ønskede konsistens af kompositten, der varierer med det tiltænkte anvendelsesområde, indikationen og størrelsen på fyldningen.
Fyldstof
Fyldstoffets funktion er primært at forstærke det polymerbaserede materiale og at reducere polymerisationskontraktionen (6). Øget fillerindhold vil normalt give øget modstand mod frakturer (se værdier for bøjestyrke i Tabel 1) og bedre abrasionsresistens. Samtidig er det kun polymermatrixen, som kontraherer ved hærdning, hvorfor kontraktionen også reduceres, når fillerindholdet er højt. Fyldstofferne er sædvanligvis uorganiske partikler af forskellige metaloxider: amorft og krystallinsk silika, glas, zirkoniumoxid. Oxiderne er tilsat røntgenopake elementer (barium, strontium) for at sikre kontrast i materialet, hvis oxidet i sig selv ikke er røntgenopakt. Nogle materialer indeholder fillerpartikler af zirkoniumdioxid (zirkonia), som er røntgenopakt. Zirkonia er en krystallinsk keramik, som har meget gode mekaniske egenskaber.
Til forskel fra den tidlige produktion af fyldstof ved fx knusning af glas til ønskede partikelstørrelser, benyttes i dag en række moderne teknikker for at kontrollere produktionen og resultatet, som kan være veldefinerede kugleformede partikler eller submikron
