短繊維強化複合材料の破壊靭性-in vitro試験

Fracture Toughness of Short Fibre-Reinforced Composites-In Vitro Study.

抄録

歯科材料の開発には、確かなエビデンスが必要である。このin vitro研究は、異なる厚さの短繊維強化複合材料（sFRC）の破壊靭性を測定することを目的とした。この試験では、深さ2mm、3mm、4mmのsFRCを作製した。ISO4049を用いて、各試料を破壊試験しました。sFRCと深さの組み合わせごとに10サンプルずつ、合計60サンプルを試験した。破断したサンプルを観察し、結果を分析した。EXFはEXPよりも高い靭性を示し、平均2.49（95%CI: 2.25, 2.73）MPa.mに対し、平均2.13（95%CI: 1.95, 2.31）MPa.mであった（F(1,54) = 21.28; < 0.001）。この差は特に深さ2mmで顕著であり、平均値（95%CI）はEXFが2.72（2.49, 2.95）、EXPが1.90（1.78, 2.02）であった（相互作用F(2,54) = 7.93; < 0.001）。両材料とも、深さ3mmと4mmでは同様の結果を示した。解析の結果、クラックのたわみとブリッジングファイバーの挙動が認められた。窩洞底面の最適な厚さは、EXFでは2mm、EXPでは4mmであった。クラックのたわみとブリッジングの挙動から、sFRCを組み込んだ修復物は破局的破壊を起こしにくいことが示され、sFRCは象牙質と同様の破壊靭性を有することが確認された。sFRCは、象牙質に代わる生体模倣材料として適している可能性がある。

The development of dental materials needs to be supported with sound evidence. This in vitro study aimed to measure the fracture toughness of a short fibre-reinforced composite (sFRC), at differing thicknesses. In this study, 2 mm, 3 mm and 4 mm depths of sFRC were prepared. Using ISO4049, each preparation was tested to failure. A total of 60 samples were tested: 10 samples for each combination of sFRC and depth. Fractured samples were viewed, and outcomes were analysed. EXF showed greater toughness than EXP, with a mean of 2.49 (95%CI: 2.25, 2.73) MPa.m compared to a mean of 2.13 (95%CI: 1.95, 2.31) MPa.m, (F(1,54) = 21.28; < 0.001). This difference was particularly pronounced at 2 mm depths where the mean (95%CI) values were 2.72 (2.49, 2.95) for EXF and 1.90 (1.78, 2.02) for EXP (Interaction F(2,54) = 7.93; < 0.001). Both materials performed similarly at the depths of 3 mm and 4 mm. The results for both materials were within the accepted fracture toughness values of dentine of 1.79-3.08 MPa.m. Analysis showed crack deflection and bridging fibre behaviour. The optimal thickness at the cavity base for EXF was 2 mm and for EXP 4 mm. Crack deflection and bridging behaviour indicated that restorations incorporating sFRCs are not prone to catastrophic failure and confirmed that sFRCs have similar fracture toughness to dentine. sFRCs could be a suitable biomimetic material to replace dentine.