Fiber-reinforced composite fixed dental prostheses: Studies of the materials used as pontics

Abstract

Fiber-reinforced composite fixed dental prostheses – Studies of the materials used as pontics University of Turku, Faculty of Medicine, Institute of Dentistry, Department of Biomaterials Science, Finnish Doctoral Program in Oral Sciences – FINDOS, Annales Universitatis Turkuensis, Turku, Finland 2015 Fiber-reinforced composites (FRC), a non-metallic biomaterial, represent a suitable alternative in prosthetic dentistry when used as a component of fixed dental prostheses (FDPs). Some drawbacks have been identified in the clinical performance of FRC restorations, such as delamination of the veneering material and fracture of the pontic. Therefore, the current series of studies were performed to investigate the possibilities of enhancing the mechanical and physical properties of FRC FDPs by improving the materials used as pontics, to then heighten their longevity. Four experiments showed the importance of the pontic design and surface treatment in the performance of FRC FDPs. In the first, the load-bearing capacities of inlay-retained FRC FDPs with pontics of various materials and thicknesses were evaluated. Three different pontic materials were assessed with different FRC framework vertical positioning. Thicker pontics showed increased load-bearing capacities, especially ceramic pontics. A second study was completed investigating the influence of the chemical conditioning of the ridge-lap surface of acrylic resin denture teeth on their bonding to a composite resin. Increased shear bond strength demonstrated the positive influence of the pretreatment of the acrylic surfaces, indicating dissolution of the denture surfaces, and suggesting potential penetration of the monomer systems into the surface of denture teeth. A third study analyzed the penetration depth of different monomer systems on the acrylic resin denture teeth surfaces. The possibility of establishing a durable bond between acrylic pontics and FRC frameworks was demonstrated by the ability of monomers to penetrate the surface of acrylic resin denture teeth, measured by a confocal scanning type microscope. A fourth study was designed to evaluate the load-bearing capacities of FRC FDPs using the findings of the previous three studies. In this case, the performance of pre-shaped acrylic resin denture teeth used as pontics with different composite resins as filling materials was evaluated. The filling material influenced the load-bearing capacities, providing more durable FRC FDPs. It can be concluded that the mechanical and physical properties of FRC FDPs can be improved as has been shown in the development of this thesis. The improvements reported then might provide long lasting prosthetic solutions of this kind, positioning them as potentially permanent rehabilitation treatments. Key words: fiber-reinforced composite, fixed dental prostheses, inlay-retained bridges, adhesion, acrylic resin denture teeth, dental material.

Kuitulujitteiset hammassillat – välihampaan materiaalien ominaisuuksien paran- taminen Turun yliopisto, Lääketieteellinen tiedekunta, Hammaslääketieteen laitos, Biomateriaa- litieteen oppiaine, Kansallinen suun terveystieteiden tohtoriohjelma – FINDOS, Annales Universitatis Turkuensis, Turku, Suomi, 2015. Kuitulujitteinen muovi (engl. fiber-reinforced composite, FRC) on metalliton biomate- riaalinakin käytetty materiaali, jonka eräs hammaslääketieteellinen käyttökohde on hammassiltojen runkorakenteissa. Kliininen käyttökokemus on osoittanut, että eräs kuitulujitteisen sillan heikkous on lasikuiturungon ja puuttuvaa hammasta korvaavan ns. välihampaan irtoaminen toisistaan. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia ja kehittää keinoja välihampaan ja lasikuiturungon välisen liitoksen lujuuden lisäämiseksi materiaaliopillisilla keinoilla. Tavoitteena oli pidentää kuitulujitteisten hammassiltojen käyttöaikaa. Neljä koesarjaa osoittivat välihampaan kiinnityspinnan materiaalin, muodon ja pinta- käsittelyn vaikutuksen sillan kestävyyteen. Ensimmäisessä tutkimusosassa selvitettiin eri materiaalien purupinnan kerrospaksuuden vaikutusta sillan kestävyyteen. Väliham- paan purupintamateriaalin paksuuden lisääminen lujitti siltaa erityisesti keraamista välihammasta käytettäessä. Toisessa tutkimusosassa tarkasteltiin muovisen väliham- paan kiinnityspinnan kemiallisen pintakäsittelyn vaikutusta liimasauman lujuuteen. Lii- masauman lujuutta saatiin lisättyä kemiallisella käsittelyllä, joka liuotti välihampaan kiinnityspintaa. Työssä havaittiin liima-aineen monomeerien imeytymistä välihampaan pintakerrokseen. Kolmannessa työssä kiinnitettiin huomio liima- ja pintakäsittelyaineiden monomeerien imeytymiseen kiinnityshampaan pintakerrokseen. Aineiden imeytymissyvyys määri- tettiin konfokaalimikroskopialla ja imeytymissyvyyden ja liimasauman lujuuden välillä havaittiin yhteys. Neljännessä tutkimusosassa mitattiin valmiin hammassillan lujuutta, ns. kuormituksen kantokykyä. Sillan välihammas oli valmistettu etukäteen muotoil- lusta kuorimaisesta proteesihampaasta, jonka kiinnittyminen sillan lasikuiturunkoon aikaansaatiin erilaisilla täytemuoveilla. Tuloksena todettiin, että pintakäsittelyn lisäksi välihampaan ja sillan rungon välissä olevalla täytemuovilla on keskeinen merkitys sil- lan kestävyydelle. Yhteenvetona todettiin, että kuitulujitteisen hammassillan kestävyyttä voitiin lisätä vai- kuttamalla välihampaan materiaaliin ja sen kiinnittymiseen sillan lasikuiturunkoon. Klii- niseltä kannalta tuloksia voidaan käyttää hyödyksi valmistettaessa pitkäikäisiä kuitulujit- teisia hammassiltoja. Avainsanat: Kuitulujittenen muovi, hammassillat, välihammas, lujitemuovi, sidostaminen, liimaaminen, komposiitti, proteesihammas