流動性歯科用コンポジットの深さ方向のゲル重合後収縮挙動の評価

Evaluation of depth-wise post-gel polymerisation shrinkage behaviour of flowable dental composites.

抄録

短繊維強化流動性歯科用コンポジットは、改善された物理的・機械的特性を付与し、クラックの伝播を防止する能力があるため、微粒子充填コンポジットよりも受け入れられつつある。しかし、修復物の周囲のマージンシールとその寿命を決定する重要な要素であるゲル化後の収縮挙動を評価する研究は限られています。この論文では，直径5μm，長さ350μmのS-ガラス繊維をUDMA/TEGDMA混合物中に5%重量分率で含有し，50%のストロンチウムフィラー粒子を添加した流動性繊維強化複合材料（FRC）の，深さ方向のゲル後収縮ひずみと，その結果として生じる転換度やレオロジー挙動などの要因について調べた。直径250μm，長さ1mmの光ファイバブラッググレーティングセンサ（FBG）をアレイ状に配置し，流動性のある歯科用コンポジット試料の3つの異なる深さ（硬化光先端から深さ0mm，深さ2.5mm，深さ5mm）に埋め込んで，ゲル化後の収縮ひずみを測定した。重合プロセス中のレオロジー挙動は，動的振動試験を用いて行った。重合中のCCの転化を評価するために，FTIR分光法を用いて転化度試験を行った。FRCサンプルで得られた結果を、同じ樹脂システム内に55％のストロンチウムフィラー粒子のみを充填した微粒子充填複合材（PFC）サンプルの結果とさらに比較した。また，異なる深さでのゲル化後の収縮ひずみ，レオロジー挙動，変換の度合いの関係についても検討した。センサーを埋め込んだ材料の実験結果から，歯科用FRCだけでなくPFCのサンプルでも，上面（深さ0mm）ではゲル化後の収縮ひずみが高く，下面（深さ5mm）では50％以上であることが示唆された。さらに、歯科用PFCおよびFRCコンポジットの流動挙動は類似しており、転換度（DC）、ゲル化後収縮ひずみに有意な差（p<0.05）がないことが観察された。これは、すべての重要な要因の間に説得力のある正の関係を確立し、さらに、繊維をフィラーで置換しても歯科用コンポジットのゲル化後の全体的な収縮挙動に影響を与えないことを示唆している。今回の調査では，光ファイバセンサを用いた収縮測定が，PFCまたはFRCを用いた歯科用レジンのゲル化後の収縮性能を評価するための理想的な技術となり得ることも示された。

Short fibre reinforced flowable dental composites are gaining acceptance over particulate filled composites due to their competence to impart improved physio-mechanical properties and capability to prevent crack propagation. However, limited research exists to assess their overall post-gel shrinkage behaviour, which is an important factor to determine marginal seal around restoration and hence its longevity. In this paper, depth-wise post-gel shrinkage strain and the resulting factors such as degree of conversion and rheological behaviour of flowable fibre reinforced composite (FRC) containing 5% weight fraction of 5 μm diameter, 350 μm length S-Glass fibres in UDMA/TEGDMA mixture along with 50% strontium filler particles were investigated. Post-gel shrinkage strain was measured using an array of optical fibre Bragg grating sensors (FBGs) of diameter 250 μm and length 1 mm each embedded at three different depths (depth 0 mm, depth 2.5 mm and depth 5 mm from curing light tip) within the flowable dental composite samples. The rheological behaviour during the polymerisation process was carried out using dynamic oscillatory tests. To evaluate the conversion of CC during polymerisation, degree of conversion tests were conducted by using FTIR spectroscopy. The results obtained for FRC samples were further compared with that of particulate filled composite (PFC) samples, with 55% strontium filler particles only within the same resin system. The relationship between post-gel shrinkage strain at different depths, rheological behaviour and degree of conversion was also explored. The experimental results from the sensor embedded materials suggested that the post-gel shrinkage strain was higher at the top surface (depth 0 mm) and was 50% more than at the bottom surface (depth of 5 mm) for dental FRC as well as PFC samples. Further, similar flow behaviour and not significant different (p<0.05) degree of conversion (DC), post-gel shrinkage strain for dental PFC and FRC composites was observed, establishing a convincing positive relationship between all the key factors and further implying that replacement of fibres with fillers did not affect the overall post-gel polymerisation shrinkage behaviour in dental composites. This investigation has also demonstrated that fibre optic sensors-based shrinkage measurements can be an ideal technique to evaluate post-gel shrinkage performance of dental resins with PFCs or FRCs.