مقاومت اتصال رابط های عاج - پلیمر

آزمایش ریزبرش برای اندازه گیری مقاومت اتصال رابط های عاج - پلیمر

آزمایش ریزباند یک آزمون برشی تک فیبر برای اندازه گیری میزان چسبندگی مواد دندانپزشکی با پایه رزین به عاج و مینای دندان با استفاده از آزمایش ریزبرش است. هدف از این مطالعه بهبود طراحی این آزمایش است تا بتواند داده های مقاومت و اتصال برشی دقیق و معتبری را ارائه دهد؛ در این طراحی، قطرهای اتصال نمونه ها 0.70 میلی متر بوده است. قطرهای کوچکتر این امکان را به محققان می دهند که چندین نمونۀ اتصال را روی سطح عاج یا مینا آزمایش کنند؛ بنابراین، هم برای مپینگ موضعی سطح مواد معدنی و هم برای حفظ دندان های کشیده شده به منظور تهیه بسترهای لازم امکان پذیر است. پیکربندی این آزمایش در مطالعات قبلی ازطریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود اصلاح شده است تا نگرانی های آن را برطرف کند. براساس یافته های بدست آمده از این مطالعه، آزمایش باند ریزبرش می تواند ابزار مفیدی برای کمک به درک برهم کنش های پیچیده ای باشد که در رابط بین کامپوزیت های دندانی و سطوح عاج/ مینای دندان به وجود می آیند؛ به ویژه اینکه این آزمایش در سایت های رابط قابل اجرا نیست.

برای ارزیابی چسبندگی مواد دندانپزشکی از روش های مختلف آزمایش مکانیکی همچون ماکروبرش، برش درون صفحه ای، کششی، میکروکششی و فلکسورال استفاده شده است. اگرچه استاندارد صنعتی برای بررسی استحکام باند دندان وجود ندارد، اما ارزیابی انتقادی شایستگی برخی روش های آزمایشی بسیار مورد توجه است تا بتوان یک روش دقیق، معتبر و مطلوب را ایجاد کرد. اساسآ به دلیل سادگی کلی آن، بطور گسترده از چند روش برای آزمایش اتصال برشی استفاده شده است. از جمله مزایای آن میتوان به سهولت تهیۀ نمونه، پروتکل آزمایش ساده و قابلیت کمّی در رتبه بندی محصولات مختلف باتوجه به میزان مقاومت اتصال اشاره کرد. چالش های پیش رو برای اعتبارسنجی این آزمایش شامل بارگذاری حالت مخلوط (در این روش نیروهای برشی و کششی ایجاد می شوند)، غلظت تنش در نقطه بارگیری و تمایل تحت شرایط خاص، شکستِ بستر عاجی در بارهای بسیار کمتر از مقاومت کششی عاج می شود؛ نکتۀ آخر بسیار مشکل ساز است زیرا برخی از آنها به دلیل اینکه چسب های جدید باعث افزایش مقاومت اتصال می شوند، چنین شکست های زودرس ناشی از هندسۀ آزمایش توانایی آزمایش را برای تشخیص تفاوت های واقعی بین سیستم های چسب مختلف محدود می کند. پاشلی و همکارانش این مسئلۀ خاص را بعنوان محدودیت استفاده از آزمایش های برش معمولی و همچنین علتِ بررسی آزمایش میکروکششی بعنوان یک گزینۀ منطقی در نظر گرفته اند. اخیرآ پولاک با استفاده از آزمایش برش لوزپیزو تلاش می کند که بر مشکلات بالقوۀ آزمایش برش معمولی غلبه کند؛ او توانست با کمک مدل تحلیلی عنصر محدود تنش های یکنواخت تری را ایجاد کند. با این حال، تفاوت چشمگیری بین مقاومت اتصال در روش برش معمولی و روش آزمایشی او مشاهده نشد. همچنین تانتبیرون و همکارانش با مقایسۀ عملکرد شش عامل باندینگ عاجی که تحت آزمایش مقاومت شکست سطحی و آزمایش اتصال برشی قرار گرفته اند، به بررسی مشکلات بالقوۀ روش آزمایش برش معمولی پرداخته اند. این مطالعه نشان می دهد که یافته های بدست آمده از آزمایش مقاومت در برابر شکست سطحی در مقایسه با نتایج بدست آمده از روش آزمایش برش نامینال تفاوت اندکی دارند.

ازطرفی، برخی نویسندگان ابراز نگرانی کردند که اگر نسل های بعدیِ سیستم های اتصال بیشتر مورد توجه قرار بگیرند، ممکن است آزمایش برشی نتواند نقاط قوت اتصال را ارزیابی کند. برای آزمایش باند برشی، درصورت مشاهدۀ کشش عاج در سطح شکست، قدرت اتصال نامینال محاسبه شده منطبق با سطح مقطعی نیست. بنابراین، به این نتیجه رسیدند که آزمایش اتصال نمی تواند بین فاکتورهای اتصال خوب و بسیار خوب تفاوت قائل شود. پیش از این ما برای ارزیابی قدرت و مقاومت رابط های پلیمری دارای اتصال شیشه ای تیمار شده با سیلان، روش ریزبرش (MBT) را پیشنهاد دادیم. با استفاده از این روش میتوان طیف وسیعی از سیستم های چسب، فاکتورهای اتصال دهنده و فیلرها(مواد پر کننده) برای استفاده در کامپوزیت های دندانی و همچنین سایر کاربردهایی که به کیفیت رابط یا اینترفاز بستگی دارند، را غربالگری کرد. ما فرصت را برای اصلاح این آزمایش غنیمت شمردیم تا آزمایش اتصال بین بسترهای دندانی پهن همچون مینا و عاج با ترمیم کننده های داندانی به کمک چسب های دندانی انجام شود. این روش ما امکان آزمایش مواد کوچکتر را نیز فراهم می کند و برهمین اساس، مپینگ موضعی از سطح بستر و ایجاد عمق در بستر را امکان پذیر می سازد. علاوه براین، اندازۀ کوچک نمونه های آزمایشی ما این اجازه را می دهد تا بسیاری از آزمایشات بر روی همان بستر انجام شود (در نتیجه دندان های کشیده شده حفظ می شوند) و همچنین میزان دوام آن نیز برای بررسی بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. بنابراین هدف اصلی این مطالعه بهبود طراحی آزمایش ریزبرش است که ابتدا با هدف ارائۀ داده های استحکام اتصال برشی دقیق و قابل اطمینان ایجاد شد.

نتایج

در جدول زیر میزان میانگین استحکام اتصال برشی و انحراف معیار در مگاپاسکال بدست آمده از آزمایش اتصال ریزبرش ارائه شده است.

جدول 1: استحکام باند ریزبرش

مقاومت اتصال برشی به مواد اتصال دهنده، منطقه ساختار دندان و جهت گیری بکار رفته در تقسیم ساختار دندان بستگی داشت. مینای دندان با مورفولوژی آپاتیت منشوری میله مانند و عاج با مجموعه ای از توبول های عاج یک بافت معدنی پیچیده و ناهمسانگرد است که این ناهمسانگردی بویژه در مینای دندان بسیار معدنی قابل مشاهده است و به جهت گیری میله های مینای دندان بستگی دارد. عاج در مقایسه با مینا، ساختار ناهمگن تری دارد؛ که متشکل از کلاژن فیبریلار پراکنده شده با مادۀ معدنی کریستالی آپاتیت است و همچنین تنوع لوله ای را همراه با عمق نشان می دهد. علاوه براین، عاج یک لایۀ پیچیده از مینا را برای اتصال ارائه می دهد؛ در صورتی که بر روی سطوح مختلف مینا اعمال شود، تفاوت معناداری در بین مقادیر استحکام اتصال کامپوزیت - مینا از یک سیستم چسب غیر پرایمینگ معمولی وجود خواهد داشت. اگر منشورهای مینا دارای جهت افقی و یا مورب باشند، اچ اسید فسفریک میزان مقاومت اتصال 26-31 مگاپاسکال را به این سطح اعمال می کند. اما اگر میله های مینا از جهت محوری به سطح متصل شده باشند، مقاومت اتصال به 13-14 مگاپاسکال کاهش می یابد. تفاوت میزان استحکام اتصال بین نواحی کاسپال و تاج میانی فقط در بخش های افقی مشاهده شد. در مقابل، باتوجه به نتایج آزمایش باند برش از سیستم آغازگر خود- اچ در سطوح مختلف مینا، هیچ تفاوت چشمگیری در بین گروه ها مشاهده نشد. متوسط میزان مقاومت باند برش از 20-22 مگاپاسکال از تمامی سطوح مینا اقتباس شد. سیستم آغازگر خود- اچ درصورت اتصال به سطوح مینا، در مقایسه با سیستم های معمولی ، در تمام سطوح مینا دارای استحکام اتصال بالاتری است.

در این سیستم آغازگر خود- اچ، مقاومت اتصال از 22-26 مگاپاسکال متغیر بود؛ در حالی که در سیستم معمولی از 12-16 بود. با استفاده از این سیستم تفاوت قابل توجهی در گروه ها مشاهده نشد. میزان متوسط استحکام اتصال برشی بیشتر به سمت کاسپ است، در حالی که میزان پایین تر از آن در عاج ریشه یافت می شود. با کمک سیستم غیرپرایمینگ معمولی نیز هیچ تفاوتی مشاهده نشد؛ به استثنای بخش افقی بین بخش های کاسپال و ریشه. اگرچه الگوهای مختلف شکست در بین گروه های آزمایش مشاهده شد، عاج پس از درمان با سیستم اتصال معمولی بخش زیادی از شکست چسب بین عاج و رزین باندینگ همراه با بخش کوچکی از شکست عاج را در بیشتر موارد نشان داد. درصورت درمان سطح عاج با سیستم آغازگر خود- اچ، الگوی شکست پیچیده خواهد شد؛ شکست منسجم همراه با نارسایی عاج، شکست لایه ترکیبی و شکست رزین اتصال. این شکست های منسجم در سطوح مینا اغلب در هر دو سیستم اتصال مشاهده شده اند. همانطور که در شکل زیر ارائه شده است، طراحی فعلی آزمایش ریزبرش ما به بارگذاری خط بر روی یک استوانه از رزین ترمیم کننده نیاز دارد. .

شکل 1: دستگاه آزمایش ریزباند اصلاح شده

داده های اولیۀ بدست آمده بسیار دلگرم کننده هستند اما با این وجود، این نگرانی وجود دارد که نوع بارگذاری ما به اتصال ممکن است باعث تشکیل نیروهای کششی قابل توجهی شود. تحلیل عنصر محدود (FEA) با استفاده از برنامه تجاری ABAQUS انجام شد. در مینا ضحامت (L) از 0.5-1.0 میلی متر، شعاع (D=2) نیز 0.7 میلی متر، مدول یانگ 84.1 گیگاپاسکال و نسبت پواسون نیز 0.33 بود. در کامپوزیت ضخامت 0.5 میلی متر، مدول یانگ 18.3 گیگاپاسکال و نسبت پواسون نیز 0.31 بود. از عناصر جامد 20 گره ای برای مدل سازی نمونه های اتصال چسب استفاده شد که اندازه عناصر بطور مداوم به سمت لبۀ پیشرو کاهش می یابد. نتایج بدست آمده حداکثر تنش برشی نرمال شده برای حداکثر تنش کششی در نقطه باند را نشان می دهند. در صورتی که نسبت طول به قطر (L=D) به D ثابت در 1.4 میلی متر تغییر می کند و طول بارگذاری توزیع شده با طول نمونه L برابر باشد؛ از این مدل مشخص است که تنش برشی می تواند نسبت به تنش کششی با کاهش طول نمونه افزایش یابد تا حداکثر تنش برشی و حداقل تنش کششی ایجاد شود. اگرچه این آزمایش را میتوان به گونه ای طراحی کرد که نیروی برشی بیشتر از نیروی کششی باشد، اما نیروی کششی همچنان رضایت بخش است. برای پرداختن به این موضوع، بایستی به بررسی تأثیر تغییرات در عملکرد بار بپردازیم. در شکل زیرحداکثر تنش برشی نرمال شده برای حداکثر تنش کششی در نقطه باند نشان داده شده است؛ در صورتی که طول (L) در 0.5 میلی متر ثابت بماند اما طول بار از 0-10 برابر طول نمونه تغییر کند.

شکل 2: مقایسۀ تنش/ برش به دلیل تغییر طول بارگذاری

بنابراین میتوان مشاهده کرد که با تغییر شرایط بارگذاری، حداکثر تنش برشی می تواند نسبت به حداکثر تنش کششی به بیش از 3 برابر افزایش یابد. دقت کنید زمانی که طول بارگذاری (h) کمتر باشد، شرایط بارگذاری به یک بار متمرکز تبدیل شود. در چنین حالتی، حداکثر تنش کششی به دلیل فعل و انفعالات بین بار و لبه افزایش می یابد.

تحلیل عنصر محدود یک روش آزمایش ریزبرش توسعه یافته بود که زمینه را برای استفاده از طرح آزمایش اصلاح شده فراهم می سازد که نیروهای برشی را با ضریب بیش از سه نیروی کششی به حداکثر می رساند. این آزمایش در بر گیرندۀ مزایای آزمایش اتصال آسان به منظور غربالگری سریع سیستم های چسب، پروفیلینگ عمیق و موضعی انواع بسترها برای چسبندگی نسبی آنها و حفظ دندان ها است. علاوه براین، این آزمایش به بررسی میزان دوام در بدن و همچنین شفاف سازی مکانیسم های چسبندگی کمک می کند.