Teste Mecânico Quase-Estático para Projeto Assistido por Computador e Fabricação de Facetas Oclusais Cimentadas em Material Análogo de Dentina Fresada

Resumo

Um teste de carga quase-fratura com uma esfera de aço inoxidável não fixa foi desenvolvido para determinar a resistência à fratura de restaurações minimamente invasivas posteriores auxiliadas por computador e restaurações cimentadas em materiais análogos de dentina. Este teste modela o regime de carga típico responsável pela fratura de restaurações dentárias.

Resumo

Sob os atuais regimes de tratamento minimamente invasivo, a preparação de dentes menores e a restauração cerâmica biomimética mais fina são usadas para preservar a vitalidade, a estética e a função do dente restaurado. Novo design assistido por computador e material semelhante a cerâmica de fabricação assistida por computador (CAD / CAM) estão agora disponíveis. Para garantir a longevidade, um dentista deve conhecer a resistência mecânica desses produtos recém-lançados em comparação com a cerâmica de matriz de vidro relativamente frágil. Além disso, um substituto dentário foi promovido para investigação laboratorial, especialmente após a pandemia, e é necessário mais suporte probatório para sua aplicação.

Este estudo desenvolveu um protocolo laboratorial para um teste monotônico de carga para fratura para determinar a resistência à fratura de facetas oclusais CAD/CAM de 1 mm de espessura. As matrizes mestras foram fresadas a partir de laminado de fibra de vidro de alta pressão, que tem módulo de elasticidade e resistência de união semelhantes aos da dentina hidratada. Eles foram montados em tampas de policloreto de vinila (PVC) com resina epóxi de cura a frio. As facetas oclusais, também chamadas de restaurações de mesa, foram fresadas a partir de dissilicato de lítio (LD) e blocos nanocerâmicos de resina (RNC) e cimentadas em matrizes mestras preparadas usando cimento resinoso adesivo de dupla polimerização. Eles foram autorizados a curar completamente armazenando em água destilada por 48 h a 37 ° C.

Todas as amostras foram então colocadas em uma máquina de ensaio universal e carregadas por meio de uma esfera de aço inoxidável não fixa de 5,5 mm que permite o movimento lateral como ocorreria contra os dentes antagonistas. A compressão foi aplicada a uma taxa de 1 mm/min e o gráfico carga-deslocamento foi gerado. A capacidade média máxima de carga das restaurações no grupo RNC (3.212,80 ± 558,67 N) foi significativamente maior do que no grupo LD (2727,10 ± 472,41 N) (p < 0,05). Nenhum descolamento foi encontrado durante o teste. Ambos os materiais CAD/CAM podem ter uma distribuição de falhas semelhante. A trinca cônica hertziana foi encontrada no local de carregamento, enquanto as trincas radiais que se propagam da superfície de cimentação foram encontradas próximas à margem em ambos os grupos.

Introdução

As restaurações sem metal são agora altamente preferidas na dentição anterior e posterior devido às suas excelentes características ópticas e biocompatibilidade¹. No entanto, a principal desvantagem desses materiais é sua suscetibilidade à fratura². A maioria das cerâmicas é vulnerável a trincas geradas por tensões de tração, mesmo sob baixa deformação³. As fraturas de próteses cerâmicas dentárias geralmente se desenvolvem a partir do crescimento lento da trinca radial devido à exposição prolongada às tensões de tração geradas durante a mastigação⁴. Suas fraquezas aumentam com falhas ou defeitos intrínsecos nos materiais e falhas extrínsecas de fabricação e pós-processamento⁵. A resistência à flexão, a capacidade de suportar tensões de tração, de materiais CAD/CAM odontológicos pode ser alcançada e comparada por meio de testes padrão, como testes de flexão uniaxial (flexão de 3 ou 4 pontos) e biaxiais (esfera no anel, anel no anel e pistão em três esferas). Enquanto isso, a tenacidade à fratura, a capacidade de um material de resistir ao crescimento de trincas, pode ser derivada de uma viga de entalhe de um único gume e um teste de indentação. No entanto, esses testes não podem predizer e representar inteiramente o comportamento das próteses cimentadas com diferentes configurações anatômicas⁶. Outros testes mecânicos monotônicos ou dinâmicos foram introduzidos para justificar sua realização com vários aspectos clínicos ^7,8.

O teste de carga para fratura ou "trituração da coroa" tem sido amplamente utilizado na odontologia para investigar e comparar as resistências de restaurações cerâmicas com geometrias complexas ^9,10. A compressão monotônica uniaxial é quase exercida sobre as restaurações na direção vertical ou lateral até que ocorra uma fratura catastrófica. A resistência à fratura do material pode ser determinada a partir da força máxima de carga, enquanto os modos de fratura, incluindo o local e a direção da(s) trinca(s), podem ser examinados microscopicamente. Uma boa restauração deve ser capaz de suportar tanto o estresse compressivo quanto o de tração da força de mordida máxima voluntária, a maior força mastigatória gerada pelos músculos elevadores da mandíbula sob a influência da biomecânica craniomandibular e da via reflexa^11,12, que pode ser de até 900 N nos dentes posteriores³. Além disso, o bruxismo pode aumentar involuntariamente a força para 1.200 N na mesma região¹³. Além das propriedades do material (ou seja, módulo de elasticidade), geometrias, espessuras, cimento adesivo e distribuições de defeitos influenciam a resistência de qualquer^{prótese 14}. No entanto, argumentos têm sido levantados sobre a relevância clínica de tais testes devido às altas forças não clínicas e aos mecanismos de falha serem diferentes das situações clínicas ^6,14. Um teste de resistência à fadiga envolvendo análise de estresse e condição intraoral pode ser uma abordagem mais realista para prever a longevidade das restaurações dentárias⁷. No entanto, a carga à fratura ainda é um teste in vitro rápido, simples e repetível para comparar as resistências de novos materiais cerâmicos CAD/CAM lançados no mercado, onde os dados do fabricante podem não ser confiáveis 15,16,17. O resultado pode refletir a tolerância da prótese a forças extremas de atividades parafuncionais e situações clínicas inesperadas, como mordidas em sementes duras ou cascalhos, o que também causa falha em próteses dentárias 18,19,20,21.

Com seu uso crescente para reabilitar dentes posteriores, o desempenho mecânico de facetas oclusais feitas de materiais CAD/CAM fresados e impressos tem sido investigado em vários aspectos, incluindo tipos de materiais, desenhos protéticos, desenho de preparação de pilares dentários, espessuras, tratamentos de superfície, colagem adesiva e sistema de cimento cimentante^22,23. No entanto, os dados ainda são limitados e os materiais de teste são de cerâmica de matriz de vidro e materiais compósitos CAD/CAM convencionais. Um material híbrido alternativo, resina nanocerâmica, já está disponível. Ele afirma incorporar a força dos preenchimentos nanocerâmicos e a resiliência da matriz de resina, que pode ser adequada para restauração fina e minimamente invasiva. No entanto, seu desempenho mecânico, especialmente na região molar, requer mais evidências de apoio para implicações clínicas.

Até agora, os pesquisadores não tinham materiais que pudessem substituir os dentes naturais em testes de laboratório. Laminado de fibra de vidro de alta pressão (National Electrical Manufacturers Association; NEMA grau G10) com o nome comercial de Garolite tem sido proposto como um material análogo da dentina para o teste mecânico de cerâmicas odontológicas desde 2010¹⁴. É um material compósito termofixo composto por multicamadas de fibra de vidro embebidas em resina epóxi sob alta pressão. Pode suportar condições de alta tensão com propriedades elásticas, comportamento de fadiga e resistência de união adesiva semelhantes às da dentina hidratada ^14,24. Oferece vantagens sobre os dentes naturais em relação ao preparo de espécimes, padronização e autorização ética, com economia de tempo devido à redução das preocupações com a biossegurança²⁴. O tratamento de superfície pode ser realizado por condicionamento com ácido fluorídrico a 5% ou 10% de 60 s a 90 s e aplicação de agente de acoplamento de silano^14,24. No entanto, os estudos sobre próteses cimentadas com esse material são limitados, e a confiabilidade das evidências existentes ainda é questionável^24,25.

Neste estudo, foi desenvolvido um protocolo laboratorial para um teste monotônico de carga à fratura de facetas oclusais de 1 mm de espessura cimentadas às matrizes mestras fresadas a partir de material análogo de dentina contra uma esfera de aço inoxidável não fixada. As capacidades máximas de carga de dois materiais CAD/CAM odontológicos: dissilicato de lítio (LD) - IPS e.max CAD e resina nanocerâmica (RNC) - Lava Ultimate, com n = 15 por grupo, foram quantificadas e comparadas estatisticamente por meio de um teste t independente de duas amostras e análise estatística de Weibull. Os padrões de fratura também foram investigados sob estereomicroscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A hipótese do estudo foi que este era um método apropriado de modelar a falha de facetas oclusais em aplicações clínicas. A hipótese estatística nula foi de que não deveria haver diferença nas capacidades máximas de carga entre as facetas oclusais feitas com os dois materiais.

Protocolo

1. Fabricação análoga do dente

1. Reduza anatomicamente a superfície oclusal de um primeiro molar inferior typodont (com raiz bifurcada) em 1 mm e chanfre a margem usando brocas diamantadas grossas e finas.
2. Digitalize o typodont preparado com um scanner de laboratório dentário.
3. Abra o arquivo digitalizado com o OrthoAnalyzer no software CAD. Na janela do kit de ferramentas Sculpt , clique na ferramenta Wax knife e defina seu diâmetro e nível como 2,6 mm e 63 μm, respectivamente. Puxe gradualmente cada superfície da raiz uma em direção à outra para mesclar as raízes bifurcadas em uma única raiz para facilitar o processo de moagem (Figura 1).
4. Frese as matrizes análogas do dente a partir de um laminado de fibra de vidro de alta pressão (n = 30) (Garolite, National Electrical Manufacturers Association [NEMA] grau G10) usando uma fresadora de cinco eixos (Figura 2).

2. Montagem

1. Use qualquer software CAD apropriado (por exemplo, Autodesk Inventor Professional 2025) para projetar um gabarito que se ajuste à seção raiz do dente do modelo e ao espaço dentro das tampas de PVC para garantir a posição e orientação padronizadas do corpo de prova.
2. Imprima um gabarito por toot de teste em PMMA ou material de módulo semelhante usando uma impressora 3D.
3. Combine as partes da raiz e as matrizes com a tampa da extremidade de PVC, normalmente com 25 mm de diâmetro interno, 21,5 mm de altura e 5,5 mm de espessura da parede.
4. Misture a resina epóxi de baixa viscosidade de cura a frio e despeje-a na região de junção cemento-esmalte dos dentes modelo. Tenha cuidado para não contaminar a superfície oclusal dos dentes do modelo com a resina que flui. Deixar repousar completamente à temperatura ambiente durante, pelo menos, 24 h (figura 3).

3. Fabricação de facetas oclusais

1. Importe o arquivo digitalizado do dente analógico para o software CAD.
2. Em Direções, determine a direção de inserção da faceta oclusal.
3. Em Interfaces, selecione Linha de margem e marque a linha de margem do analógico do dente digitalizado. Em seguida, selecione Interface de matriz | Ajuste as configurações avançadas e ajuste a folga de cimento para 0,025 mm e a folga extra de cimento para 0,050 mm.
4. Em Anatomy design, projete uma faceta oclusal de 1 mm de espessura usando um modelo da Biblioteca de Sorrisos e ajuste-a com as ferramentas do Sculpt.
5. Fresar os blocos de dissilicato de lítio (IPS e.max CAD) e nanocerâmica de resina (Lava Ultimate) (n=15 por grupo) usando uma fresadora de cinco eixos e seguindo as instruções do fabricante (Figura 4).

4. Colagem e cimentação

1. Limpe todas as matrizes mestras por 90 s em uma máquina ultrassônica e seque ao ar. Em seguida, aplique ácido fluorídrico a 5% na superfície oclusal por 60 s, enxágue abundantemente com água e seque ao ar.
2. Para o grupo LD, condicione a superfície interna com ácido fluorídrico a 5% por 20 s, enxágue abundantemente com água e seque ao ar.
3. Para o grupo RNC, abrasar a ar com pó de óxido de alumínio tamanho de grão 50 μm a 2 bar (200 kPa, 30 psi) por 10 s. Remova o excesso de areia com álcool e seque ao ar.
4. Aplique silano, um agente de ligação universal, e carregue cimento adesivo de dupla cura no entalhe de restauração. Coloque a restauração nas matrizes mestre preparadas, carregando-as sob um cabeçote de compressão preenchido com silicone em uma máquina de teste universal com carga de 40 N.
5. Catalise com um diodo emissor de luz (LED) usando intensidade de luz no modo normal de 1.000-1.200 mW / cm² por 1-2 s. Remova o excesso de cimento, continue a luz de polimerização em cada superfície por 20 s e deixe-a na máquina de teste universal por 5 min.
6. Retirar da máquina universal de ensaio e deixar em água destilada a 37 °C durante 48 h para permitir que o cimento cure completamente.
7. Antes do teste, use marcadores permanentes finos para desenhar três linhas de referência médio-laterais (sinistral, central e dextral) e três linhas de referência ântero-posterior (superior, central e inferior) em cores diferentes usando marcadores permanentes finos.

5. Testes mecânicos quase-estáticos

1. Posicione o corpo de prova no centro da placa inferior de uma máquina de teste mecânico com uma célula de carga de 5 kN configurada para teste de compressão.
2. Coloque uma esfera de aço inoxidável de 5,5 mm de diâmetro na fossa central da restauração na interseção das linhas de referência centrais (Figura 5).
3. Coloque um anel de acrílico protetor ao redor da amostra e um protetor de detritos na frente da máquina de teste para limitar os detritos voadores.
4. Abaixe a cruzeta até quase entrar em contato com a esfera de aço e sem carga e deslocamento.
5. Aplicar compressão a 1 mm/min até que a restauração se quebre, indicada por queda brusca da carga. Registre essa carga (Figura 5).
6. Após a fratura, remova a blindagem e o anel de acrílico e colete cuidadosamente a amostra de teste e seus fragmentos. As linhas coloridas auxiliam na colocação dos fragmentos cerâmicos em suas posições originais para posterior análise (Figura 5).
7. Coloque a próxima amostra de teste e siga as etapas 5.2-5.6 até que os grupos estejam completos.

6. Análise estatística

1. Preencha as planilhas do Minitab com códigos de material e valores máximos de carga (N) recuperados do experimento na primeira e segunda colunas, respectivamente.
2. Realize um teste t independente para duas amostras selecionando Stat | Estatística Básica | 2 amostras t. Defina o nível de confiança em 95% e assuma variâncias iguais.
3. Crie o gráfico de distribuição Weibull selecionando Stat | Confiabilidade/Sobrevivência | Análise de Distribuição (Censura à Direita) | Gráfico de ID de distribuição. Escolha valores máximos de carga na caixa Variável , marque e escolha nomes de material na caixa Por variável , especifique a distribuição como Weibull e clique em OK.
4. Realize a análise estatística Weibull selecionando Stat | Confiabilidade/Sobrevivência | Análise de Distribuição (Censura à Direita) | Análise de distribuição paramétrica | Weibull | Gráficos. Escolha o gráfico de probabilidade | Exiba os intervalos de confiança nos gráficos acima e clique em OK.

7. Análise fractográfica

1. Para microscopia estéreo, monte a câmera ocular e capture imagens (20x) das vistas aéreas e laterais das amostras por meio do software de estereomicroscopia.
2. Para microscopia eletrônica de varredura, corte a amostra na junção cementocementária (CEJ), coloque-a em um banho de acetona em um limpador ultrassônico e depois seque ao ar. Imagens de revestimento dourado e captura (ampliação de 250-300) das vistas aéreas e laterais das amostras.

Resultados

O cálculo do tamanho da amostra foi realizado usando o software referenciado, que gerou um tamanho de efeito de 0,39 e sugeriu um tamanho mínimo de amostra de n = 13 por grupo. No entanto, um tamanho amostral de n = 15 foi escolhido neste estudo para detectar a diferença de 5%. A hipótese nula foi rejeitada. Apesar de apresentarem maior resistência à flexão, os valores médios da força de carga máxima das facetas oclusais de 1 mm de espessura (n = 15 por grupo) confeccionadas co...

Discussão

Nos últimos anos, as facetas oclusais minimamente invasivas têm recebido cada vez mais atenção na odontologia restauradora contemporânea. Essas restaurações são geralmente fabricadas a partir de materiais monolíticos de cerâmica de matriz de vidro CAD/CAM, policristalinos e híbridos²⁶. O preparo dentário conservador, a facilidade de acesso e visibilidade durante o preparo dentário, a moldagem e cimentação e a preservação da gengiva marginal têm s...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D printing (SLA)	Formlabs, Somerville, MA, USA		Form3+
3Shape Dental Designer CAD software	3Shape A/S, Copenhagen, Denmark		CAD software for tooth analog and veneers
5% hydrofluoric acid	Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein		IPS Ceramic Etching Gel
Alumina powder	Ronvig Dental Mfg. A/S, Daugaard, Denmark
Bluehill Universal materials testing software	Instron Mechanical Testing Systems, Norwood, MA, USA
CamLabLite software	Bresser UK Ltd, Kent, UK		Stereomicroscopy Software
Cold-curing low-viscosity epoxy resin	Struers SAS, Champigny-sur-Marne, France
Dual-cure resin cement	3M, Saint Paul, MN, USA		Rely X Ultimate Adhesive Resin Cement
Eyepiece camera	ToupTek Photonics Co., Ltd., Hangzhou, China
High-pressure fibreglass laminate discs  (G10)	PAR Group Ltd, Lancashire, UK
IPS e.max CAD	Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein	YB54G9/605330	Low translucency, A3, C14
Laboratory scanner	3Shape A/S, Copenhagen, Denmark		D900L
Lava Ultimate	3M ESPE, Saint Paul, MN, USA	9541467/3314A3-LT	Low translucency, A3, 14L
Light-emitting diode (LED) curing light	Woodpecker Medical Instrument, Guilin, China
Milling machine	VHF camfacture AG, Amnnerbuch, Germany		VHF S2
Minitab 18	Minitab Inc, State College, PA, USA
nQuery Advisor Version 9.2.10	Statistical Solutions Ltd., CA, USA		Statistical Software
Polyvinyl chloride end cap	Plastic Pipe Shop Ltd, Stirling, UK		25 mm X 21.5 mm;
Scanning electron microscope	Tescan, Brno, Czech Republic		Tescan Vega
Silane coupling agent	3M, Saint Paul, MN, USA		RelyX Ceramic Primer
Autodesk Inventor Professional 2024	Autodesk, San Francisco, CA, USA		CAD software for jig
Sputter vacuum coater	Quorum, East Sussex, UK		MiniQS Sputter Coater
Stata18	StataCorp LLC, College Station, TX, USA
Stereomicroscope	Carl Zeiss AG, Oberkoche, Germany		Zeiss Stemi 508
Typodont mandibular first molar	Frasaco GmbH, Tettnang, Germany		ANA-4 Z3RN-36
Universal dental bonding agent	3M, Saint Paul, MN, USA		Scotch Bond Universal Adhesive
Universal testing machine	Instron Mechanical Testing Systems, Norwood, MA, USA		Intron 5900-84