Effects of zirconia and hydroxyapatite nanoparticles on the mechanical properties of the resin-based dental composites

Abstract

The majority of the population suffers from dental caries, one of the most common chronic diseases. Therefore, restoration of teeth is an urgent need. The materials used in restoration are composites prepared by adding inorganic components to the polymeric matrix. However, failure due to fractures and secondary caries is still the main problem. Therefore, studies are continuing to improve the mechanical properties and water sorption and solubility properties of the composite. In this study, effects of zirconia, which improves the mechanical properties, and hydroxyapatite nanoparticles, which are the components of the tooth, on the mechanical properties of the composite were investigated. According to the literature, amounts of additives were determined as 1 and 2 wt.% for zirconia and 3 and 5 wt.% for hydroxyapatite. Nine different composites were prepared by mixing with hand spatulation method and mortar mill. The flexural strength and modulus, compressive strength, depth of cure, water sorption and solubility properties of the composites were investigated. Samples were characterized by using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Zirconia and HA particles significantly improved the flexural and compressive strength of the composites. The highest flexural strength was obtained in the sample containing 5 wt.% hydroxyapatite and 1 wt.% zirconia, with an increase of 58% compared to the control sample. The highest compressive strength was obtained in the sample containing 3 wt.% hydroxyapatite and 2 wt.% zirconia, with an increase of 22% compared to the control sample. Therefore, zirconia and HA nanoparticles have a synergistic effect.

Nüfusun çoğunluğu, en yaygın kronik hastalıklardan biri olan diş çürüğü probleminden şikâyet etmektedir. Bu nedenle dişlerin restorasyonu acil bir ihtiyaçtır. Restoratif tedavide kullanılan malzemeler polimerik matrise inorganik bileşenlerin eklenmesi ile hazırlanan kompozitlerdir. Ancak klinik kullanımda kırık ve ikincil çürüklere bağlı başarısızlık hala reçine esaslı diş kompozitleri ile ilgili temel sorundur. Bu yüzden kompozitin mekanik özellikleri ile su emme ve çözünürlük özelliklerinin iyileştirilmesi için çalışmalar sürmektedir. Bu tez çalışmasında; kompozitin mekanik özelliklerini iyileştirmesi ile bilinen zirkonya ve dişin yapısında bulunan hidroksiapatit nanoparçacıklarının kompozitin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Literatüre göre zirkonya için ağ.%1 ve 2 ve hidroksiapatit için ağ.% 3 ve 5 ve olmak üzere farklı ilave miktarları belirlenmiştir. El spatulası yöntemi ve havanlı öğütücü yardımı ile karıştırılarak dokuz farklı kompozit hazırlanmıştır. Hazırlanan kompozitlerin eğme mukavemeti ve modülü, basma mukavemeti, kürlenme derinliği ve su emilimi ve çözünürlük özellikleri araştırılmıştır. Numuneler, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak karakterize edilmiştir. Zirkonya ve HA nanoparçacıkları, kompozitlerin eğilme ve basınç dayanımında önemli bir gelişme göstermiştir. En yüksek eğilme mukavemeti ağ.%5 hidroksiapatit ve ağ.%1 zirkonya içeren numunede elde edilmiş ve kontrol numunesine göre %58 artış sağlanmıştır. En yüksek basınç dayanımı ise ağ.%3 hidroksiapatit ve ağ.%2 zirkonya içeren numunede elde edilmiş olup, REF numunesine göre %22 artış sağlanmıştır. Zirkonya ve HA nanoparçacıklarının sinerjik bir etkiye sahip olduğu söylenebilir.