Test meccanici quasistatici per la progettazione e la produzione assistita da computer di faccette occlusali cementate su materiale analogo alla dentina fresata
December 20th, 2024
È stato sviluppato un test quasi statico carico-frattura con una sfera in acciaio inossidabile non fissata per determinare la resistenza alla frattura di restauri minimamente invasivi posteriori assistiti da computer e restauri cementati su materiali analoghi alla dentina. Questo test modella il tipico regime di carico responsabile della frattura dei restauri dentali.
Vorremmo sviluppare una tecnica di test meccanici per studiare la resistenza fattuale e il comportamento di restauri minimamente invasivi o di qualsiasi restauro dentale fisso cementato su materiali analoghi del dente piuttosto che l'uso di denti naturali e l'uso di test standard generali, come il test di flessione uniassiale e biassiale. Le faccette occlusali di un millimetro di spessore fresate da CAD/CAM in nano ceramica con minore deformazione efficace hanno una resistenza fattuale superiore rispetto al disilicato di litio convenzionale. Tuttavia, entrambi hanno dimostrato un'adeguata sollecitazione fattuale, ancora una volta, volontaria e involontaria, la massima forza del morso e sono materiali promettenti per il ripristino dei denti posteriori in uno schema minimamente invasivo.
Questo è un metodo semplice e ripetibile per i nuovi ricercatori dentali interessati a testare i nuovi materiali da restauro sviluppati. Per iniziare, utilizzare frese grossolane e diamantate per ridurre anatomicamente la superficie occlusale del tipodonte mandibolare prima di un millimetro e smussare il margine. Quindi, scansiona il tipodonte preparato utilizzando uno scanner da laboratorio odontotecnico.
Aprire il file di scansione con OrthoAnalyzer nel software CAD. Nella finestra del toolkit di scultura, seleziona lo strumento coltello per cera, quindi imposta il diametro su 2,6 millimetri e il livello su 63 micrometri. Tirare gradualmente ogni superficie radicolare l'una verso l'altra per unire le radici biforcate in un'unica radice per facilitare il processo di fresatura.
Successivamente, fresare i coloranti analoghi dei denti da materiale laminato in fibra di vetro ad alta pressione utilizzando una fresatrice a cinque assi. In Autodesk Inventor Professional 2025, è possibile progettare una maschera per adattarla alla sezione della radice del dente del modello e allinearla con lo spazio all'interno dei cappucci terminali in cloruro di polivinile. Successivamente, stampa una maschera per dente di prova in polimetilmetacrilato o un materiale con un modulo simile utilizzando una stampante 3D.
Combina le parti della radice e i coloranti con il tappo terminale in cloruro di polivinile. Miscelare la resina epossidica a bassa viscosità a indurimento a freddo e versarla fino alla regione di giunzione cemento-smalto dei denti del modello, facendo attenzione a evitare la contaminazione della superficie occlusale. Lasciare solidificare completamente la resina epossidica a temperatura ambiente per almeno 24 ore.
Importare il file di scansione dell'analogo del dente nel software CAD. Nel menu Direzioni, determinare la direzione di inserimento per la faccetta occlusale. In Interfacce, selezionare la linea di margine e contrassegnare la linea di margine dell'analogo del dente di scansione.
Quindi, seleziona l'interfaccia di tintura. E dalle Impostazioni avanzate, regola la distanza tra il cemento a 0,025 millimetri e la distanza extra tra il cemento a 0,050 millimetri. Successivamente, in Anatomy Design, crea una faccetta occlusale spessa un millimetro utilizzando un modello dalla Libreria Smile.
Regola l'impiallacciatura secondo necessità utilizzando gli strumenti e scolpisci. Per iniziare, posizionare il restauro sui coloranti master preparati caricandolo sotto una testa di compressione riempita di silicone nella macchina di prova universale con un carico di 40 Newton. Polimerizzare il restauro utilizzando un diodo a emissione di luce a un'intensità luminosa compresa tra 1.000 e 1.200 milliwatt per centimetro quadrato in modalità normale per uno o due secondi.
Rimuovere il cemento in eccesso e continuare a polimerizzare ogni superficie per 20 secondi. Dopo l'indurimento, rimuovere il restauro dalla macchina di prova universale e metterlo in acqua distillata a 37 gradi Celsius per 48 ore per consentire al cemento di polimerizzare completamente. Prima del test, utilizzare pennarelli indelebili fini per disegnare tre linee di riferimento laterali mediali e tre linee di riferimento anteriori posteriori in colori diversi sui restauri.
Posizionare il campione di prova al centro della piastra inferiore di una macchina di prova meccanica dotata di una cella di carico da cinque kilonewton configurata per le prove di compressione. Quindi, posizionare una sfera di acciaio inossidabile di 5,5 millimetri di diametro nella fossa centrale del restauro, allineandola all'intersezione delle linee di riferimento centrali. Posizionare un anello protettivo in acrilico attorno al campione e uno scudo antidetriti davanti alla macchina di prova per contenere eventuali detriti volanti.
Abbassare la traversa fino a quando non è quasi a contatto con la sfera d'acciaio. Quindi, impostare sia il carico che lo spostamento su zero. Quindi, applicare la compressione a una velocità di un millimetro al minuto fino a quando il restauro non si rompe segnalato da un improvviso calo del carico.
Registrare il carico di frattura. Dopo la frattura, rimuovere lo schermo antidetriti e l'anello acrilico. Raccogliere con cura il campione di prova e i suoi frammenti.
Montare la fotocamera oculare sullo stereomicroscopio. Utilizzando il software di stereomicroscopia, è possibile acquisire immagini aeree e laterali dei campioni con un ingrandimento di 20x. Per la microscopia elettronica a scansione, tagliare il campione in corrispondenza della giunzione cemento-smalto e metterlo in un bagno di acetone in un pulitore a ultrasuoni.
Dopo aver asciugato il campione all'aria, applicare un rivestimento dorato sulla superficie. Cattura immagini delle viste aeree e laterali con un ingrandimento da 250 a 300x. Le immagini al microscopio stereoscopico di faccette occlusali fratturate da LD e RNC hanno mostrato una cricca superficiale a forma di anello all'intersezione delle linee di riferimento centrali nella fossa centrale.
Questa crepa, parte del sistema di cricche a cono hertziano, si estendeva negli strati più profondi del restauro. L'analisi frattografica ha rivelato che sia LD che RNC si fratturavano costantemente all'aspetto linguale distale, ad eccezione di un campione di RNC con una frattura buccolinguale. Le immagini al microscopio elettronico a scansione hanno mostrato che le superfici di frattura dell'RNC apparivano ruvide e fibrose a causa dell'impregnazione di riempitivo in nanoceramica che indicava una deformazione plastica.
Al contrario, le fratture LD si propagano in modo diretto, formando più pezzi di frattura distinti.
Panoramica
Questo studio presenta una tecnica di test meccanico progettata per valutare la resistenza alla frattura delle restaurazioni dentali minimamente invasive. Il metodo si concentra su restaurazioni cementate a materiali analoghi alla dentina, fornendo un ambiente di test più rilevante rispetto ai metodi tradizionali.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Materiali dentali
- Test meccanici
- Odontoiatria conservativa
Sfondo
- Le restaurazioni minimamente invasive sono sempre più utilizzate in odontoiatria.
- I metodi di test tradizionali potrebbero non riflettere accuratamente le condizioni cliniche.
- La tecnologia CAD/CAM consente la creazione di restaurazioni dentali precise.
- Comprendere la resistenza alla frattura è fondamentale per la longevità dei materiali dentali.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare un metodo di test per valutare la resistenza alla frattura delle restaurazioni dentali.
- Confrontare le prestazioni di diversi materiali restauratori.
- Fornire un metodo ripetibile per la futura ricerca dentale.
Metodi utilizzati
- Test di carico quasistatico fino alla frattura con una sfera in acciaio inossidabile non fissa.
- Utilizzo di materiali analoghi alla dentina per la cementazione.
- Preparazione di faccette occlusali utilizzando la tecnologia CAD/CAM.
- Valutazione della resistenza alla frattura in condizioni di carico simulate.
Risultati principali
- Le restaurazioni minimamente invasive hanno mostrato una resistenza alla frattura superiore rispetto ai materiali convenzionali.
- Entrambi i materiali testati hanno dimostrato una tensione adeguata sotto la forza massima di morso.
- Il metodo sviluppato è semplice e ripetibile per i ricercatori.
- I risultati supportano l'uso di materiali CAD/CAM nelle restaurazioni posteriori.
Conclusioni
- Il nuovo metodo di test modella efficacemente le condizioni di carico cliniche.
- Le restaurazioni minimamente invasive sono promettenti per le applicazioni dentali.
- Ulteriori ricerche possono basarsi su questo metodo per esplorare nuovi materiali.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Reliable mechanical testing of biomimetic dental materials is critical for translational research and product development in restorative dentistry. This protocol enables standardized, repeatable assessment of fracture resistance for CAD/CAM occlusal veneers cemented to dentin analogs, supporting predictive confidence in material selection and design. The approach addresses the need for clinically relevant, reproducible data to inform early-stage material triage and downstream workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven evaluation of new restorative material performance under simulated clinical loads.
- Supports mechanistic de-risking by isolating material-dependent fracture behaviors in a controlled analog system.
- Facilitates functional validation of CAD/CAM ceramics and composites for minimally invasive applications.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, repeatable protocol for quantitative fracture strength measurement.
- Enables reproducible comparison of novel and established dental materials using consistent test conditions.
- Supports assay scalability and platform reuse for high-throughput material screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns laboratory testing with clinically relevant loading scenarios using dentin analog substrates.
- Enables continuity from material discovery through preclinical validation of restorative performance.
- Supports risk-adjusted advancement of candidate materials based on quantitative mechanical outputs.
Pipeline & Workflow Integration
This monotonic load-to-fracture protocol positions mechanical testing at the interface of material discovery, screening, and preclinical validation for dental biomaterials.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on fracture mechanisms and material failure modes.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible fracture load data for comparative material assessment.
- Analytics: Generates load-displacement curves and statistical outputs for robust condition comparison.
- Translational Research: Bridges laboratory findings to clinical relevance using dentin analogs and simulated occlusal forces.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, adaptable protocol for ongoing material innovation and benchmarking.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material selection and design for restorative applications.
- Operational Value: Standardizes mechanical testing workflows for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage risk in dental material portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidate materials for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in CAD/CAM design, mechanical testing, and dental material handling.
- Needs access to universal testing machines, 3D milling, and imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of specimen preparation and test parameters.
- Adaptable to various restorative materials and analog substrates with protocol adjustments.
- Limitations include reliance on analog models and monotonic loading, not cyclic fatigue.
