永久性短跨固定式牙修复体增材制造树脂的聚合行为、填料重量、力学性能及威布尔参数

《Journal of Dentistry》：Polymerization behavior, filler weight, mechanical properties, and Weibull parameters of additively manufactured resins for definitive short-span fixed dental prostheses

　　

摘要

目的

评估市售和实验性增材制造（AM）树脂用于永久性短跨固定义齿修复体时的聚合行为，并将其无机填料重量、力学性能和可靠性与减材制造树脂进行比较。

方法

使用三种增材制造树脂（Tera Harz BR-23，AM-TH；Bridgetec，AM-BT；以及VarseoSmile Triniq，AM-VT）和一种减材制造树脂（breCAM.HIPC，SM-BR）制作盘状和条状试样。通过盘状试样（每项分析n = 3）评估转化率（DC）和填料重量，而通过条状试样（n = 15）分析弯曲强度和弹性模量。转化率（DC）和填料重量数据采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey检验进行分析，弯曲强度和弹性模量数据采用Welch's ANOVA和Games-Howell检验进行分析。Weibull分析弯曲强度数据时使用极大似然估计法，并使用卡方检验（α = 0.05）比较所得Weibull参数。

结果

AM-VT表现出最高的DC值（P ≤ 0.040）。填料重量依次递减的顺序为AM-BT、AM-VT和AM-TH（P < 0.001），而SM-BR因未检测到可检测的填料而被排除在统计分析之外。弹性模量最高的是AM-TH和AM-BT（P < 0.001）。SM-BR的特征强度高于AM-TH（P = 0.001）。

结论

尽管填料含量不同，所有增材制造树脂均实现了良好的转化率，其弯曲强度值和Weibull模数与SM-BR树脂相当。虽然AM-TH和AM-BT树脂表现出更高的刚度，但SM-BR树脂产生了相似或更高的特征强度。

临床意义

将本研究中使用的打印和后聚合方案与所测试的增材制造树脂相结合，可能为获得高转化率和足够弯曲强度的聚合物基修复体提供一个可靠的流程。然而，鉴于多单元修复体的高机械要求，在推荐这些测试树脂用于短跨固定义齿之前，还需要进一步的研究。

引言

在过去十年中，计算机辅助设计和计算机辅助制造技术已牢固地应用于牙科领域，使得通过增材和减材方法使用多种材料制作修复体成为可能[1,2]。尽管减材制造在过去十年中一直是制作牙科修复体的主要技术，但它存在一些固有的缺点，包括大量的材料浪费、由铣削工具施加的几何约束以及较长的制造时间[3,4]。增材制造在修复牙科学中得到了日益广泛的应用，与减材制造相比，它具有显著的优势，包括减少材料浪费、降低生产成本、提高时间效率以及提高复杂结构的制造精度[[5], [6], [7], [8]]。增材制造（AM）树脂在最初开发时，缺乏大量的填料负载，因此由于对其力学性能、生物相容性和长期性能的担忧，主要用于临时修复。然而，树脂化学、制造系统和后聚合方案的持续进步在很大程度上克服了这些初始限制[9]。随后，含有无机填料的AM树脂的推出，用于永久性的牙支持和种植体支持修复体，进一步加速了该技术在常规牙科实践中的应用[[10], [11], [12]]。尽管取得了这些进展，但这些树脂的临床应用仍然主要限于单单元修复体[10,[13], [14], [15], [16], [17], [18]]。为了解决这一限制并满足更复杂的修复需求，制造商开发了旨在满足永久性短跨固定义齿（FDP）更高生物力学要求的AM树脂，据报道其无机填料含量有所增加[[19], [20], [21]]。此外，针对相同适应症开发的实验性AM树脂也得到了研究，并报告了关于其力学性能和潜在临床应用前景的积极结果[22,23]。

用于永久性修复体的AM树脂通常由基于丙烯酸的光聚合基体、无机填料和补充添加剂组成，包括光引发剂、颜料、硅烷偶联剂和稳定剂[[24], [25], [26]]。无机填料的加入主要是为了实现永久性口内使用所需的力学性能。然而，填料的加入也可能使后聚合过程复杂化，从而影响力学性能优化程度。在光聚合过程中，光活化树脂内产生的自由基引发聚合物网络的交联，导致材料固化。根据填料的成分和含量，填料可能通过散射、折射和吸收干扰光的传输，从而降低聚合效率[27]。因此，不足的转化率（DC）不仅会降低树脂的最终力学性能[28]，还会增加未反应单体淋出的风险，这可能引起细胞毒性反应[5,29,30]。在此背景下，制造商并不总是公开提供用于永久性修复体的可打印树脂的确切无机填料含量，而较高的填料负载可能对DC产生不利影响。

关于AM短跨FDP的临床研究报告随着时间的推移，机械并发症的发生率增加[[31], [32], [33]]，突显了对材料进行彻底表征的需求。考虑到这些树脂技术的快速进展以及对其行为的有限了解，将新引入材料的成分和力学性能与成熟的减材制造替代品进行比较是必要的。尽管已有研究涉及用于短跨FDP的AM树脂的各种性能[[19], [20], [21],22,[34], [35], [36]]，但比较性文献仍然稀少[22,23]。因此，关于这些树脂的填料重量、DC、弯曲强度、弹性模量和Weibull参数的研究结果可以为临床医生和牙科技师在治疗计划中了解材料局限性提供指导，最终促进AM短跨树脂固定义齿更有效地在椅旁制作。因此，本研究的目的是评估3种增材制造树脂之间的DC，并将其填料重量、弯曲强度、弹性模量和Weibull参数与一种减材制造树脂进行比较，所有这些树脂均用于永久性短跨FDP。零假设为树脂类型不会影响测试结果。

章节摘要

材料与方法

使用数字设计软件程序（Meshmixer v3.5.474；Autodesk Inc.，美国加利福尼亚州圣拉斐尔）以标准三角面语言格式设计盘状（?10 × 0.7 mm和?12 × 2 mm）和条状（2 × 2 × 25 mm）试样。这些设计文件被导入到具有数字光处理技术的三维（3D）打印机的嵌套软件程序中（Composer v 2.0.8；Asiga，澳大利亚悉尼；Max UV；Asiga，澳大利亚悉尼）。所有设计均以0度角定向

结果

测试的增材制造树脂之间的DC存在显著差异（P = 0.019，?_p² = 0.732）。AM-VT树脂的DC值最高（P = 0.040 for GR和P = 0.023 for BT），而AM-TH和AM-BT树脂之间的差异在统计学上不显著（P = 0.890）。表2展示了DC测量的描述性统计，而图1显示了所测试增材制造树脂的吸光度曲线。

SM-BR试样中未检测到可检测的填料重量，因此被排除在

讨论

本研究通过与减材制造替代品进行比较，重点研究了用于FDP的增材制造树脂的聚合、成分和力学特性。在所测试的材料中，弯曲强度和Weibull模数之间未观察到显著差异；然而，其他结果显著受到树脂类型的影响。因此，"树脂类型不会影响所研究性能"的零假设被拒绝。

先前的研究

结论

在本项体外研究的局限范围内，得出以下结论：

• 1.
  尽管DC存在显著差异，但所有测试的增材制造树脂的平均值均超过94%，表明在所测试的打印和后聚合方案下转化效果良好。
• 2.
  所测试增材制造树脂的平均填料重量依次增加的顺序为AM-TH、AM-VT和AM-BT，而SM-BR树脂中未检测到填料。
• 3.
  弯曲强度值在所测试的树脂之间相当

CRediT作者贡献声明

Mustafa Borga D?nmez：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，概念构思。Hanan Al-Johani：方法学，调查，形式分析。Shaymaa Mudhaffer：调查。Julien Gay：调查。Eleni Trikoili：调查。Gülce ?akmak：调查。Burak Yilmaz：撰写——审阅与编辑，验证，指导。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在的利益冲突：

Mustafa Borga D?nmez|Hanan Al-Johani|Shaymaa Mudhaffer|Julien Gay|Eleni Trikoili|Gülce ?akmak|Burak Yilmaz