コンピュータ支援設計および製造のための準静的機械的試験 咬合ベニア ミルド象牙質アナログ材料にセメントで固定
December 20th, 2024
象牙質アナログ材料にセメントで固定された低侵襲後方コンピュータ支援設計および製造修復物の破壊強度を決定するために、非固定ステンレス鋼球を使用した準静的荷重対骨折試験が開発されました。この試験では、歯科修復物の骨折に関与する典型的な負荷レジームをモデル化しています。
私たちは、天然歯の使用や一軸および二軸曲げ試験などの一般的な標準試験の使用ではなく、低侵襲修復物または歯のアナログ材料にセメントで固定された歯科修復物の事実耐性と挙動を調査するための機械的試験技術を開発したいと考えています。CAD/CAMからナノセラミックで削り出された厚さ1ミリメートルの咬合ベニアは、より低い効果ひずみで、従来の二ケイ酸リチウムよりも優れた事実耐性を持っています。それでも、どちらも適切な事実に基づく緊張を示し、再び、自発的および非自発的な最大の噛み合わせ力を示し、低侵襲計画の下で後歯を修復するための有望な材料です。
これは、新規性で開発された修復材料のテストに関心のある新しい歯科研究者にとって、シンプルで再現性のある方法です。まず、粗いダイアモンドバリを使用して、タイポドント下顎の咬合面を最初に解剖学的に1ミリメートル縮小し、マージンを斜めにします。次に、準備したタイポドントを歯科技工所スキャナーでスキャンします。
CADソフトウェアのOrthoAnalyzerでスキャンファイルを開きます。スカルプトツールキットウィンドウで、ワックスナイフツールを選択し、直径を2.6ミリメートルに、レベルを63マイクロメートルに設定します。各根の表面を徐々に互いに引き寄せて、二股に分かれた根を単一の根にマージし、フライス加工プロセスを容易にします。
次に、5軸フライス盤を使用して、高圧グラスファイバーラミネート材料から歯のアナログ染料をフライス加工します。Autodesk Inventor Professional 2025 で、モデルの歯のルート部分にフィットする治具を設計し、ポリ塩化ビニルのエンド キャップの内側のスペースに合わせます。次に、3Dプリンターを使用して、ポリメチルメタクリレートまたは同様の弾性率の材料で試験歯ごとに1つの治具をプリントします。
根の部分と染料をポリ塩化ビニルのエンドキャップと組み合わせます。冷間硬化性低粘度エポキシ樹脂を混合し、咬合面の汚染を避けながら、モデル歯のセメント-エナメル接合部まで注ぎます。エポキシ樹脂を室温で少なくとも24時間完全にセットしておきます。
歯のアナログのスキャンファイルをCADソフトウェアにインポートします。「Directions」メニューで、咬合ベニアの挿入方向を決定します。[インターフェース]で、[マージンライン]を選択し、スキャン歯アナログのマージンラインをマークします。
次に、色素インターフェースを選択します。また、[詳細設定]から、セメントギャップを0.025ミリメートルに調整し、追加のセメントギャップを0.050ミリメートルに調整します。次に、「Anatomy Design」で、Smile Libraryのテンプレートを使用して、厚さ1mmの咬合ベニアを作成します。
必要に応じて、工具とスカルプトを使用してベニヤを調整します。まず、準備したマスター染料に修復物を載せ、万能試験機のシリコン充填圧縮ヘッドの下に40ニュートンの負荷で負荷をかけます。通常モードで1,000〜1,200ミリワット/平方センチメートルの光強度で発光ダイオードを使用して修復物を修復します。
余分なセメントを取り除き、各表面を20秒間硬化させます。硬化後、万能試験機から修復物を取り出し、37°Cの蒸留水に48時間入れて、セメントが完全に硬化するまで待ちます。テストの前に、細かい油性マーカーを使用して、修復物に3つの内側外側参照線と3つの前方後方参照線を異なる色で描画します。
圧縮試験用に構成された5キロニュートンのロードセルを装備した機械試験機の下部プラテンの中央に試験片を配置します。次に、直径5.5ミリメートルのステンレス鋼球を修復物の中央の窩に配置し、中央の基準線の交点に位置合わせします。試験片の周囲に保護用のアクリルリングを配置し、試験機の前に破片シールドを配置して、飛散する可能性のある破片を封じ込めます。
クロスヘッドが鋼球にほぼ接触するまでクロスヘッドを下げます。次に、荷重と変位の両方をゼロに設定します。次に、負荷の急激な低下によって修復物が骨折するまで、1分間に1ミリメートルの速度で圧縮を加えます。
破壊荷重を記録します。骨折後、デブリシールドとアクリルリングを取り外します。試験片とその破片を慎重に収集します。
接眼レンズカメラを実体顕微鏡に取り付けます。実体顕微鏡ソフトウェアを使用して、サンプルの空中および側面からの画像を20倍の倍率でキャプチャします。走査型電子顕微鏡法では、試料をセメント-エナメル接合部で切断し、超音波洗浄器のアセトン浴に入れます。
試料を風乾した後、表面に金メッキを施します。250〜300倍の倍率で航空写真と側面図の画像をキャプチャします。LDおよびRNCからの骨折した咬合ベニアの実体顕微鏡画像は、中央窩の中央基準線の交点に表面リング状の亀裂を示しました。
この亀裂は、ヘルツ円錐形亀裂システムの一部であり、より深い修復層にまで広がっていました。フラクトグラフィー解析の結果、LDとRNCはいずれも一貫して遠位舌側で骨折していることが明らかになったが、頬側舌骨折を認めたRNCサンプルは1つだけだった。走査型電子顕微鏡の画像では、ナノセラミックスフィラー含浸により、RNCの破面は粗く繊維状に見えることが示された。
対照的に、LDフラクチャーは直接的に増殖し、複数の異なるフラクチャーピースを形成しました。
概要
この研究は、最小限侵襲的な歯科修復物の破壊抵抗を評価するために設計された機械的試験技術を提示します。この方法は、象牙質類似材料にセメントで固定された修復物に焦点を当てており、従来の方法と比較してより関連性の高い試験環境を提供します。
主要な研究要素
科学の分野
- 歯科材料
- 機械的試験
- 修復歯科
背景
- 最小限侵襲的な修復は歯科医療でますます使用されています。
- 従来の試験方法は臨床条件を正確に反映していない可能性があります。
- CAD/CAM技術により、精密な歯科修復物の作成が可能になります。
- 破壊抵抗の理解は歯科材料の寿命にとって重要です。
研究の目的
- 歯科修復物の破壊強度を評価するための試験方法を開発すること。
- 異なる修復材料の性能を比較すること。
- 将来の歯科研究のための再現可能な方法を提供すること。
使用された方法
- 固定されていないステンレス鋼ボールを使用した準静的負荷破壊試験。
- セメント用に象牙質類似材料の使用。
- CAD/CAM技術を用いた咬合ベニアの準備。
- シミュレートされた負荷条件下での破壊抵抗の評価。
主要な結果
- 最小限侵襲的な修復は従来の材料と比較して優れた破壊抵抗を示しました。
- 試験された両方の材料が最大咬合力下で適切なひずみを示しました。
- 開発された方法は研究者にとって簡単で再現可能です。
- 結果は後肢修復におけるCAD/CAM材料の使用を支持しています。
結論
- 新しい試験方法は臨床的な負荷条件を効果的にモデル化します。
- 最小限侵襲的な修復は歯科応用にとって有望です。
- さらなる研究は、この方法を基に新しい材料を探求することができます。
よくある質問
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.
