ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ KESİN RAPORU

ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ KESİN RAPORU Işık ile Polimerize Edilen Kompozit Rezinlerin Dönüşüm Derecelerinin Geğerlendirilmesinde Üç Farklı Yöntemin Karşılaştırılması Proje Yöneticisi:Prof. Dr. Adil NALÇACI Yardımcı Araştırmacı:Dt. Ceren KOSER Proje numarası:11b 3334006 Proje başlama tarihi:01/06/2011 Proje Bitiş Tarihi:01/03/2012 Rapor Tarihi:06/12/2012 Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri ANKARA-2012

I. Projenin Türkçe ve İngilizce Adı ve Özetleri Işık ile Polimerize Edilen Kompozit Rezinlerin Dönüşüm Derecelerinin Değerlendirilmesinde Üç Farklı Yöntemin Karşılaştırılması Kompozitlerin polimerizasyonundaki dönüşüm derecesi ağızdaki klinik performanslarını etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Artık monomerlerin diş hekimliğinde kullanılan kompozitlerin sertliğinde düşüş, aşınma direncinde azalma ve renk stabilitesinde bozukluğa sebep olduğu görülmüştür. Dönüşüm derecesinin hesaplanmasında sıklıkla kullanılan direk yöntem FTIR (Fourier Transform İnfrared Spectroscopy) cihazıdır.. Dönüşüm derecesini ölçmek için indirekt metotlardan en çok kullanılanı ise yüzey sertliğinin ölçülmesidir. Diş hekimliğinde en çok kullanılan sertlik cihazları Vickers sertlik cihazı ve Knoop sertlik cihazıdır. DTG (Differantial thermogravimetric) kompozit numunelerin polimerize edilmelerinden önce ve sonra sıcaklığa bağlı kütlelerindeki değişim yoluyla dönüşüm dereceleri hesaplanır. Her üç metot ile ayrı ayrı çalışılmasına rağmen literatür taramalarında DTG, Vickers sertlik cihazı ve FTIR ın sonuçlarının karşılaştırıldığı bir çalışmaya rastlanmamıştır. A2 rengindeki üç farklı kompozit materyalinin (Grandio, Voco; Filtek Z250, 3M ESPE; Silorane, 3M ESPE) dönüşüm dereceleri 3 farklı aygıt ile ( FTIR, DTG, Vickers sertlik cihazı) incelenmiştir. Her kompozit çeşidi için 45 er adet örnek 6 mm çapında 1 mm, 2 mm ve 3 mm kalınlığında delikleri olan teflon kalıplar kullanılarak hazırlanmıştır. Fazla kısmın uzaklaştırılması ve oksijen inhibisyon tabakasının oluşmaması için örneklerin altına ve üzerine şeffaf bant ve cam yerleştirildikten sonra hem homojen bir yapı oluşturmak hemde yapı içerisinde hava kabarcığı kalmaması için camın üzerine kuvvet uygulanmıştır. Örneklerin üst yüzeyindeki cam kaldırıldıktan sonra, şeffaf bant kaldırılmadan ışık ucu çapı 8 mm olan halojen ışık cihazı ile üretici firmanın tavsiyesine uygun olarak polimerize edilmiştir. Örnekler her grup için n=5 olacak şekilde rastgele olarak ayrılmıştır. Örnekler Vickers sertlik cihazı ile ölçülmüştür. FTIR ve DTG için, önce kompozitlerin polimerize edilmemiş halleri FTIR ve DTG ile ölçülmüş ve daha sonra polimerize edilmiş örnekler ile ölçümler tamamlanmıştır. Buna göre karşılaştırma yapılarak dönüşüm derecesi şu denklemlerle ölçülmüştür: (% C = C) = [Abs (aliphatic) / Abs (aromatic)]polymer x 100

[Abs (aliphatic) / Abs (aromatic)]monomer DC%=100-(%C=C) Degree of conversion of light-polymerized resin composites: A comparative analysis between three different methods The conversion degree of composites is one of the most important factor on clinical performances of these materials. Residuel monomers causes reduction at surface hardness, wear resistance and color stability of dental composites. The direct method that is used to determine conversion degree of dental composites is FTIR (Fourier Transform İnfrared Spectroscopy). The most used indirect method of determining conversion degree is to measuring surface hardness of composites. In dentistry mostly the Vickers and Knoop hardness tests are used. DTG (Differantial thermogravimetric) is a device that calculates conversion degree of materials by determining the changes in mass by temperature before and after polimerization. In literature search it is found that these 3 methods used seperately but there isn t any study in which these methods compared. The conversion degrees of 3 different composites (Grandio, Voco; Filtek Z250, 3M ESPE; Silorane, 3M ESPE) are measured by three different methods ( FTIR, DTG, Vickers Hardness Device). For each composites 45 samples are prepared and polimerized in order to the manufacturers constructions. Samples divided for each group as n=5 randomly. The samples measured by Vickers hardness device. For FTIR and DTG the unpolimerized composites were measured after that to determine the conversion degree, polimerized samples processed. According to these results the conversion degree calculated by these equations: (% C = C) = [Abs (aliphatic) / Abs (aromatic)]polymer x 100 [Abs (aliphatic) / Abs (aromatic)]monomer DC%=100-(%C=C)

II. Amaç ve Kapsam Her üç metot ile ayrı ayrı çalışılmasına rağmen literatür taramalarında DTG, Vickers sertlik cihazı ve FTIR ın sonuçlarının karşılaştırıldığı bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışmanın amacı 3 farklı tipte kompozitin polimerizasyon derecelerinin 3 farklı tip aygıt olan FTIR, Vickers sertlik cihazı ve DTG ile ölçüp sonuçlarının değerlendirilmesidir. Dental kompozitler günümüzde en çok tercih edilen restoratif materyallerden biri olmasına karşılık çeşitli özellikleri halen tartışma konusudur. Kompozitlerin polimerizasyondaki dönüşüm derecesi ise bu klinik özellikleri en çok etkileyen faktörlerin başında gelmektedir. Literatürde özellikle FTIR kullanılarak çeşitli kompozitlerin dönüşüm dereceleri incelenmiştir. Bununla beraber DTG, dental kompozitlerde termal stabilitenin belirlenmesi dışında kullanılmamıştır. DTG polimerizasyon derecesi ile ilgili olarak bize bilgi verebileceği gibi bu metodolojinin yaygın olarak kullanılmakta olan FTIR ve mikrosertlik cihazı ile karşılaştırılması da ortaya çıkan sonuçların ne kadar güvenilir olduğunu gösterecektir. Bu çalışmanın sonucunda elde edilen verilere dayanarak hangi cihazın daha daha hassas ölçüm verdiği ve daha kullanışlı olduğu belirlenebilecektir. Ayrıca diş hekimliğinde kullanılan kompozitlerin dönüşüm dereceleri yönünden incelenmesi, hekimlerin uygulayacakları kompozit seçimi için tercih sebebi olacaktır. III. Materyal ve Yöntem A2 rengindeki üç farklı kompozit materyalinin (Grandio, Voco; Filtek Z250, 3M ESPE; Silorane, 3M ESPE) dönüşüm dereceleri 3 farklı aygıt ile ( FTIR, DTG, Vickers sertlik cihazı) incelenmiştir. Her kompozit çeşidi için 45 er adet örnek 6 mm çapında 1 mm, 2 mm ve 3 mm kalınlığında delikleri olan teflon kalıplar kullanılarak hazırlanmıştır. Fazla kısmın uzaklaştırılması ve oksijen inhibisyon tabakasının oluşmaması için örneklerin altına ve üzerine şeffaf bant ve cam yerleştirildikten sonra hem homojen bir yapı oluşturmak hemde yapı içerisinde hava kabarcığı kalmaması için camın üzerine kuvvet uygulanmıştır. Örneklerin üst yüzeyindeki cam kaldırıldıktan sonra, şeffaf bant kaldırılmadan ışık ucu çapı 8 mm olan halojen ışık cihazı ile üretici firmanın tavsiyesine uygun olarak polimerize edilmiştir. Örnekler her grup için n=5 olacak şekilde rastgele olarak ayrılmıştır.

Örnekler Vickers sertlik cihazı ile ölçülmüştür. FTIR ve DTG için, önce kompozitlerin polimerize edilmemiş halleri FTIR ve DTG ile ölçülmüş ve daha sonra polimerize edilmiş örnekler ile ölçümler tamamlanmıştır. Buna göre karşılaştırma yapılarak dönüşüm derecesi şu denklemlerle ölçülmüştür: (% C = C) = [Abs (aliphatic) / Abs (aromatic)]polymer x 100 [Abs (aliphatic) / Abs (aromatic)]monomer DC%=100-(%C=C).

IV. Analiz ve Bulgular Çizelge-1 1mm POLİMER SİLORAN 1)14,6 2)13,5 3)14,6 4)14,8 5)14,5 DTG FTIR VİCKERS Üst/alt 1)17,46 1)75,75/65,36 2)19,25 2)74,73/63,2 3)18,46 3)75,18/61,3 14,5±0,48 4)18,40 18,43 4)73,38/65,93 5)18,43 ±0,64 5)76,16/65,14 74,55±1,19/ 64,18±1,2 Z 250 YOK 1)14,30 2)13,9 3)15,4 4)15,9 5)14,8 14,8±0,9 1)92,04/77,95 2)91,87/93,82 3)95,11/85,91 4)100,15/97,31 5)94,14/86,27 94,66±3,36/ 88,25±7,56 GRANDİO YOK 1)20,2 2)14,2 3)16,4 4)16,4 5. ÖRNEK MUĞLAK 17,7±2,9 VEYA 16,8±2,5 1)100,82/99,62 2)102,55/96,96 3)108,29/98,91 4)102,29/102,32 5)106,93/94,92 104,17±3,17/ 98,55 ± 2,79

Çizelge-2 2mm POLİMER DTG FTIR VİCKERS Üst/alt SİLORAN 1)17,4 2)15,4 3)15,1 4)17,6 5)17,4 16,6±1,22 1)35,3 2)40,1 3)40,1 4)41,2 5)39,32 39,32±2,67 1)72,18/62,15 2)76,81/60,18 3)74,78/67,18 4)75,06/59,15 5)78,22/64,37 74,81±2,37/ 62,61±3,25 Z 250 YOK 1)17,8 2)13,8 3)14,9 4)15,9 5)16,95 15,9±1,8 1)100,32/87,60 2)105,95/86,55 3)106,57/95,14 4)98,71/91,45 5)97,73/98,24 101,86±6,81/91,80±4,86 GRANDİO YOK NONPOL 20,77 2)17,95 3)19,11 4)18,80 5)18,43 18,99±1,1 1)101,58/99,69 2)105,26/96,50 3)113,88/99,67 4)108,31/103,45 5)112,09/90,47 108,22±4,98/97,96±4,91

Çizelge-3 3mm POLİMER DTG FTIR VİCKERS Üst/alt SİLORAN 1)17,4 2)18,9 3)17,7 4)18,3 5)17,7 18,00±0,64 1)58,8 2)45,5 3)49,19 4)40,10 5)48,39 48,39±7,87 1)67,73/49,97 2)77,6/47,39 3)74,33/49,61 4)68,96/51,23 5)72,53/48,23 72,23±4,14/ 49,3±1,47 Z 250 YOK 1)17,4 2)20,1 3)21,0 4)21,3 5)20,8 20,1±1,6 1)80,36/63,28 2)66,99/62,52 3)75,14/66,65 4)80,93/71,07 5)73,53/65,98 75,39±9,65/ 65,9±3,01 GRANDİO YOK 1)23,95 2)31,7 3)26,50 4)27,40 NONPOL 19,85 25,9±4,36 1)98,04/82,04 2)93,24/70,00 3)97,46/83,21 4)103,15/77,97 5)95,6/75,96 97,5±3,66/ 77,84±5,30

V. Sonuç ve Öneriler Çalışmamızda kompozit rezinlerin dönüşüm derecesini belirlemek için kullanılan indirekt ve direk yöntemleri inceledik. Elde ettiğimiz sonuçlara dayanarak direk yöntemler içinde dönüşüm derecesini belirlemede DTG nin daha net sonuçlar verdiği görülmüştür. Fakat kullanılan kompozitlerden 2 tanesi içinde bis gma ağırlıklı olarak yer almaktadır. Bis-GMA polimerleşme esnasında yüksek miktarda ısı salan bir polimer değildir. Standart Bis-GMA ile yapılan çalışmalarda monomer TG cihazında termal olarak polimerize edildiğinde herhangi bir ekzotermik sinyal gözlenmemiştir. (Şekil-1) Şekil-1 Bis-GMA standardı kullanılarak yapılan seyreltmelerde %20 civarında Bis-GMA bile olsa herhangi bir ekzotermik pik gözlenmediği belirlenmiştir. Bunun sebebi büyük bir olasılıkla diğer monomer molekülleri arasına Bis-GMA moleküllerinin girip polimerize olmasıdır. Bis- GMA ve TEGDMA monomerlerinin polimerleşme mekanizmaları birbirinden farklı olabilir. Bu çalışmada mekanizma araştırması yapılmamıştır. Çünkü hedeflenen mekanizma değil uygulamadır. Bis-GMA nın aksine TEGDMA polimerize olduğunda oldukça net bir ekzotermik sinyal vermektedir. kompozitlerin sadece TEGDMA içermeleri durumunda TG kullanılarak polimerizasyon derecesini tespit etmek son derece kolaydır çünkü TEGDMA nın oldukça yüksek denebilecek bir ekzotermik sinyali vardır. (Şekil-2)

Şekil-2 Bununla birlikte Bis-GMA ağırlıklı olarak kompozit içinde bulunduğunda bu ekzotermik sinyali ortadan kaldırdığından polimerizasyon derecesini TG ile belirleme olanağı bulunmamaktadır.bu durumda Bis-GMA ve TEGDMA yı beraber içeren Z250 ve Grandio kompozitlerinde polimerizasyon derecesinin TG ile belirlenme olanağı bu çalışmada bulunamamıştır. Fakat bu konuda literatürde yanıltıcı bilgiler olduğu da açıktır. 5 Buna karşın Silorane kompozitinde standart siloran monomeri kullanıldığından çok net bir ekzoterm gözlenmiş ve tarafımızdan hazırlanan disk örneklerinde TG ile polimerizasyon derecesini belirleme olanağı olmuştur. Bulunan sonuçlar beklenen değerlerdedir. (Şekil-3)

Şekil-3 Analiz ve bulgular kısmında verilen çizelge 1-3 de bu çalışmada bulunan sonuçlar toplu halde görülmektedir. Diskler 1,2 ve 3mm lkalınlığında hazırlanmış olup gereç ve yöntem bölümünde belirtildiği gibi üretici firmaların tavsiyeleri doğrultusunda silorane 40 s Grandio ve Z250 20 s 850 mw/cm 2 gücünde ışıkla polimerize edilmişlerdir. 3mm lik disklerden beklenen polimerleşmenin daha düşük olması mantık dahilindedir. Çünkü kalınlık arttıkça yüzeyden kompozitin iç tabakalarına giren ışık şiddeti azalacağından polimerizasyon derecesinin daha küçük olması beklenen bir durumdur. Çizelge 1-3 den dikkat edilirse TG ve Vickers sertliği ölçülerek bulunan sonuçlar Silorane için birbirine paraleldir. 1mm lik diskte TG de %14,5 ± 0,48 polimerleşmemiş monomer bulunurken Vickers sertliği ortalama (üst yüzey/alt yüzey) 74,55±1,19/64,18±1,2 bulunmuşken 2mm lik diskte TG ile 16,6±1,2 Vickersde 74,81±2,37/62,61±3,25, 3mm lik diskte TG ile 18,00±0,64 Vickers ile 72,23±4,14/49,3±1,47 değerleri bulunmuştur. İki yöntemin sonuçları birbirine paraleldir. İki sonuç aynı birimle ifade edilemediğinden bu iki yöntemin aralarında anlamlı bir fark olup olmadığını istatistik olarak karşılaştırmak mümkün değildir. Fakat TG de Siloranın disk kalınlaştıkça polimerizasyon yüzdesinin azaldığı, polimerleşmemiş monomerin arttığı görülmektedir. Monomer miktarı artınca sertliğin azalacağı da bir gerçektir. Vickers sonuçları bunu desteklemektedir. Çalışmamızda karşılaştığımız en büyük deneysel problem FTIR

cihazının verilerinin değerlendirilmesinde olmuştur. Standart monomerler viskoz bir sıvı olduklarından bunların IR spektrumlarını kaydetmek problem yaratmamış fakat polimerize edilmiş disklerin IR spektrumlarını kaydederken fiziki problemler yaşanmıştır. Çünkü polimerleşmiş diskler katı haldedir ve cihaza yerleştirilirken tam bir homojenlik sağlama olanağı yoktur. Öte yandan cihazın rezolüsyonu (ayırma gücü) 4 cm -1 olduğundan katı polimerlerin yani disklerin IR spektrumlarında sürekli bir spektrum görünümünden çok kesikli spektrum görünümü ağırlık kazanmıştır. Bu sebepten ancak belli 2 dalga sayısı (1625 cm -1-1645 cm -1 ) dikkate alınarak hesaplama yapılmıştır. Bundan dolayı IR spektrumlarında bulunan sonuçlar düşüncelerimize göre daha kabadır. Zaten FTIR ile bulunan sonuçlardaki tutarsızlık çizelge 1-3 de görülmektedir. Siloranın 1mm lik diskinde 18,43± monomer bulunurken, 2mm de 39,32± 2,67, 3mm lik diskte ise 48,39±7,87 değerleri bulunmuştur. Sonuçlar beklenen uygundur çünkü disk kalınlaştıkça monomer miktarının artması normaldir. Ama bu kadar yüksek monomer bulunması beklenen bir sonuç değildir. Z250 ve Grandio da da benzer sonuçlar bulunmuştur. Z250 ve Grandio da bulunan sonuçlar çizelge 1-3 de görülmektedir ve bu sonuçlar silorana oranla biraz daha anlamlı görünmektedir çünkü polimerizasyon dereceleri siloranınkine yakın olup kalıntı monomer miktarı %15,9 ile %25,9 arasında değişmektedir. Bu sonuçlar daha mantıklı olmasına rağmen FTIR dan elde edilen sonuçlar TG ile karşılaştırıldığında TG nin bu konudaki üstünlüğü spektrum değerlendirilmesinden sonuçların standart sapmasına kadar görülmektedir.

VI. Kaynaklar 1) Atai M, Solhi L, Nodehi A, Mirabedini SM, Kasraei S, Akbari K, Babanzadeh S. PMMAgrafted nanoclay as novel filler for dental adhesives. Dent Mater 2009; 25: 339-347. 2) Torno V, Soares P, Martin JMH, Mazur RM, Souza EM, Vieira S. Effects of Irradiance, Wavelength, and Thermal Emission of Different Light Curing Units on the Knoop and Vickers Hardness of a Composite Resin. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2008 Apr;85(1):166-71. 3) Cekic-Nagas I, Ergun G, Valittu P, Lassila L. Influence of Polymerization Mode on Degree of Conversion and Micropush-out Bond Strength of Resin Core Systems Using Different Adhesive Systems. DMJ 2008; 27(3): 376-385. 4) Sideridou I, Karabela MM. Effect of the amount of 3-methacyloxypropyltrimethoxysilane coupling agent on physical properties of dental resin nanocomposites. Dent Mater 2009; 25: 1315-1324. 5) S. Imazato, J.F. McCabe, H. Tarumi, A. Ehara, S. Ebisu. Degree of conversion of composites measured by DTA and FTIR. Dent Mater 2001; 17: 178-183. 6) Moraes L, Rocha R, Menegazzo L, Araujo E, Yukimitu K, Moraes J. İnfrared spectroscopy: A tool for determination of the degree of conversion in dental composites. J Appl OralSci 2008;16(2): 145-149. 7) Halvorson RH, Erickson RL, Davidson CL. The effect of filler and silane content on conversion of resin-based composite. Dent Mater 2003;19:327-33. 8) Ruyter IE, Oyased H. Conversion in different depths of ultraviolet and visible lightactived composite materials. Acta Odont Scand 1982;40:179-92. 9) Chung KH, Greener HE. Degree of conversion of seven visible light-cured posterior composites. J Oral Rehabil 1988;15:555-60.

10) Silikas N, Eliades G, Watts DC. Light intensity effects on resin-composite degree of conversion and shrinkage strain. Dent Mater 2000;16:292-6. 11) Stansbury JW, Dickens SH. Determination of double bond conversion in dental resins by near infrared spectroscopy. Dent Mater 2001;17:71-9.

VII. Ekler a) Mali Bilanço Çalışma için gerekli olan ve talep edilen tüm malzemeler Bap koordinasyon birimi tarafından temin edilmiştir. Fakat ilgili faturalar adı geçen birimde bulunduğundan dolayı burada net bir bilanço vermek mümkün değildir. b) Makine ve Teçhizatın Konumu ve İlerideki Kullanımına Dair Açıklamalar Çalışmamızda kullandığımız FTIR ve DTG cihazları üniversitemizin kimya bölümünde bulunmaktadır. Vickers sertlik cihazı ise üniversitemizin diş hekimliği fakültesinde Diş Hastalıkları ve Tedavisi Anabilim dalında bulunmaktadır. Her 3 cihaz da çalışır durumdadır.