T.C
GAZİ ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ PROTETİK DİŞ TEDAVİSİ ANABİLİM DALI
FARKLI MATERYALLER İLAVE EDİLEN GELENEKSEL CAM İYONOMER SİMANIN KIRILMA TOKLUĞU VE BİYOAKTİVİTESİNİN
DEĞERLENDİRİLMESİ
DOKTORA TEZİ
Dt. Ayşegül MEKİKOĞLU
Tez Danışmanı Doç. Dr. Turan KORKMAZ
ANKARA Kasım 2011
II ĠÇĠNDEKĠLER
Kabul ve Onay I
Ġçindekiler II
ġekiller, Resimler, Grafikler V
Tablolar VII
1. GĠRĠġ 1
2. GENEL BĠLGĠLER 2
2.1.Cam iyonomer simanın tarihçesi 2
2.2.Cam iyonomer simanın sınıflandırılması 3
2.2.1.Geleneksel cam iyonomer simanlar 3
2.2.2.Rezin modifiye cam iyonomer simanlar 6 2.2.3.Poliasit modifiye kompozit rezinler 7 2.3. Geleneksel cam iyonomer simanın özellikleri 9 A. Biyolojik uyum ve antimikrobiyal özelliği 9
B. Adezyon özelliği 10
C. Estetik özellikleri 10
D. Su emilimi ve suda çözünürlüğü 10
E. Mekanik özellikleri 12
2.4. Geleneksel cam iyonomer simanların mekanik özelliklerinin artırılması
12
2.4.1. Poliakrilik asidin modifiye edilmesi 13 2.4.2. Rezin modifiye cam iyonomer simanlar 13
2.4.3. Toz-likit oranının artırılması 14
2.4.4. Amalgam ilavesi 14
2.4.5. Sermet (seramik-metal) simanlar 14
2.4.6. Fiber ilavesi 15
III
2.4.7. Biyoktif materyallerin ilavesi 15
2.5. Biyokaktif camlar 16
2.6. Hidroksiapatit 17
2.7. Wollastonite 18
2.8. Wollastonite seramiklerinin kemiğe bağlanma mekanizması
19
2.9. Cam iyonomer simanın biyoaktivitesinin test edilmesi 22 2.10. Cam iyonomer simanın yüzey özelliklerinin
değerlendirilmesi
23
2.10.1. X ışını kırınım analizi (XRD) 23
2.10.2. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) 25 2.11. Cam iyonomer simanın mekanik özelliklerinin
değerlendirilmesi
25
2.11.1. Kırılma tokluğu deneyi 26
3. GEREÇ VE YÖNTEM 28
3.1. Toz karışımlarının hazırlanması 30
3.2. Kırılma tokluğu deneyi 32
3.3. İstatistiksel analiz 37
3.4. Örneklerin biyoaktif özelliklerinin değerlendirilmesi 37
3.4.1. Örneklerin hazırlanması 37
3.4.2. SBF’nin hazırlanması 37
3.4.3. SBF hazırlanırken dikkat edilen bazı unsurlar 42
3.4.4. SBF’nin muhafaza edilmesi 42
3.4.5. Örneklerin SBF’de bekletilmesi 42
3.5. Örneklerin yüzeylerinin değerlendirilmesi 43
3.5.1. XRD analizi 43
3.5.2. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi 45
IV
4. BULGULAR 47
4.1.a. Kırılma tokluğu deneyi 47
4.1.b. İstatistiksel analiz 49
4.2. XRD analizi 52
4.3. SEM analizi 55
5. TARTIġMA 61
6. SONUÇLAR 76
7. ÖZET 77
8. SUMMARY 78
9. KAYNAKLAR 79
10. EKLER 94
10.1. Teşekkür 94
11. ÖZGEÇMĠġ 95
V Şekil 1: Cam iyonomer simanın sertleşme mekanizmasının şematik görüntüsü
Şekil 2: Wollastonite yüzeyinde hidroksiapatit oluşumunun şematik görüntüsü
Şekil 3: XRD cihazının şematik resmi
Şekil 4: Gerilim- gerilme eğrisi
Şekil 5: Kırılma tokluğu deneyi için hazırlanan örneklerinin boyutları (ASTM E
399-90)
Şekil 6: Çentiğin özellikleri (ASTM E 399-90)
Resim 1: Çalışmada kulanılan cam iyonomer siman
Resim 2: 1/10000 hassasiyetindeki dijital terazi
Resim 3: Toz karışımlarının hazırlanması için kullanılan mekanik karıştırıcı Resim 4: ASTM E 399-90 standartlarına uygun olarak hazırlanan teflon kaplı
kalıplar
Resim 5: Kırılma tokluğu deneyi için 0.5 mm genişlikte ve 2.5 mm uzunlukta çentiğe sahip 25x5x2.5 mm boyutlarında hazırlanan örnekler
Resim 6: Örneklerin dijital kumpasla ölçülmesi Resim 7: Çalışmada kullanılan etüv
Resim 8: Çalışmada kullanılan üniversal test cihazı
Resim 9: Örneklerin hazırlanması için kullanılan teflon kalıplar
Resim 10: Çalışmada kullanılan manyetik karıştırıcı içeren su banyosu Resim 11: SBF’nin hazırlanmasında kullanılan pH metre cihazı
Resim 12: Tüm bileşenler çözüldükten sonra pH’nın 1M HCl ve tris ilave edilerek ayarlanması
Resim 13: Örneklerin 30 ml serum içeren falkon tüplerde muhafaza edilmesi Resim 14: Çalışmada kullanılan XRD cihazı
Resim 15: Örneklerin yüzey analizi için difraktometre cihazının tutucu
parçasına yerleştirilmesi
Resim 16: Çalışmada kullanılan EDS bağlı SEM cihazı
Resim 17: Örneklerin altın alaşım kaplanmasında kullanılan cihaz
VI Resim 18: KCİS örneklerin SBFʼde bekletildikten sonraki SEM görüntüleri ve EDS analizleri
Resim 19: CİS8HA örneklerin SBF de bekletildikten sonraki SEM görüntüleri ve EDS analizleri
Resim 20: CİS10W örneklerin SBF de bekletildikten sonraki SEM görüntüleri ve EDS analizleri
Resim 21: CİS15W örneklerin SBF de bekletildikten sonraki SEM görüntüleri ve EDS analizleri
Resim 22: CİS20W örneklerin SBF de bekletildikten sonraki SEM görüntüleri ve EDS analizleri
Grafik 1: Kontrol ve hidroksiapatit grubu örneklerin ortalama kırılma tokluğu değerleri
Grafik 2: Kontrol ve wollastonite grubu örneklerin ortalama kırılma tokluğu değerleri
Grafik 3: KCİS grubu örneklerin 1, 7, 14 ve 28 günlük XRD sonuçları Grafik 4: CIS8HA grubu örneklerin 1, 7, 14 ve 28 günlük XRD sonuçları Grafik 5: CIS10W grubu örneklerin 1, 7, 14 ve 28 günlük XRD sonuçları Grafik 6: CIS15W grubu örneklerin 1, 7, 14 ve 28 günlük XRD sonuçları Grafik 7: CIS20W grubu örneklerin 1, 7, 14 ve 28 günlük XRD sonuçları
VII Tablo 1: Cam iyonomer siman tozunu oluşturan bileşenler ve ağırlık olarak
yüzdeleri
Tablo 2: Çalışmada kullanılan cam iyonomer simanın yapısal özellikleri Tablo 3: Çalışmada kullanılan hidroksiapatit tozunun yapısal özellikleri Tablo 4: Çalışmada kullanılan wollastonite tozunun yapısal özellikleri Tablo 5: Toz karışımlarının isimlendirilmesi
Tablo 6: SBF’yi oluşturan bileşenler ve solusyondaki miktarları Tablo 7: SBF ve insan kan plazmasının yaklaşık konsantrasyonları
Tablo 8: Kontrol ve hidroksiapatit grubu örneklerin ortalama kırılma tokluğu değerlerinin istatistiksel özeti
Tablo 9: Kontrol ve wollastonite grubu örneklerin ortalama kırılma tokluğu değerlerinin istatistiksel özeti
Tablo 10: Tek yönlü varyans analiz tablosu (ANOVA)
Tablo 11: Hidroksiapatit grubu örneklerin Tukey istatiksel analiz sonuçları Tablo 12: Wollastonite grubu örneklerin Tukey istatiksel analiz sonuçları
1 1.GİRİŞ
Cam iyonomer simanlar herhangi bir ön hazırlık olmaksızın diĢ yapısınına bağlanmabilmeleri, flor salınım özellikleri, düĢük termal genleĢme katsayıları ve kabul edilebilir estetik özellikleri gibi birçok avantaja sahip olmalarından dolayı diĢ hekimliğinde oldukça ilgi gören materyallerdir. Ancak dayanıklılık ve kırılma tokluğu değerlerinin düĢük olması bu materyallerin klinik olarak kullanımlarını sınırlandırmaktadır.
Cam iyonomer simanların, geniĢ bir uygulama alanı bulmalarının nedenlerinden biri de materyalin toz/likit oranında veya toz ve likit formülasyonunda değiĢiklikler yapılarak fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinin değiĢtirilebilir olmasıdır. Cam iyonomer simanların mekanik özelliklerini geliĢtirmek için toz-likit oranının değiĢtirilmesi, poliakrilik asidin modifiye edilmesi, siman tozuna amalgam, rezin, metal ve fiber ilavesi gibi modifikasyonlar yapılmaktadır.
Son yıllarda cam iyonomer siman tozuna biyoaktif materyal ilave ederek simanın mekanik özelliklerinin iyileĢtirilmesi ve biyoaktivitesinin artırılması amacıyla pek çok çalıĢma yapılmıĢ ve yeni yöntemler tanıtılmıĢtır. Bu yapılan çalıĢmaların bazılarında siman tozuna hidroksiapatit tanecikleri ilave edilerek mekanik özelliklerinin daha olumlu sonuçlar verdiği bildirilmiĢtir.
Bu noktadan hareketle; çalıĢmamızda değiĢik oranlarda hidroksiapatit ve wollastonite ilave edilmiĢ geleneksel cam iyonomer simanın mekanik özelliklerinin iyileĢtirilmesi ve biyoaktivitesinin değerlendirilmesi amaçlanmıĢtır.
2 2. GENEL BİLGİLER
2.1. Cam İyonomer Simanların Tarihçesi
Polialkenoat simanlar olarak da adlandırılan cam iyonomer simanlar, ilk kez 1969 yılında Wilson ve Kent tarafından geliĢtirilmiĢtir1-5. Bu simanlar su bazlı simanlardır ve kalsiyum floroalimunosilikat cam ile poliakrilik asidin karıĢtırılması sonucu oluĢan asit baz reaksiyonuna dayanırlar1,6,7.
Ġlk zamanlarda cam iyonomer simanlar sadece iki bileĢen ihtiva etmekteydi; su içerisinde çözünmüĢ ortalama % 45ʼlik konsantrasyondaki poliakrilik asit sıvısı ve kalsiyum floroalüminosilikat cam tozu.1-3,8-10. Ġlk dönemlerdeki bu geleneksel cam iyonomer simanlar son derece hassas uygulama tekniğine, yavaĢ sertleĢme süresine ve oldukça opak renge sahiptirler. SertleĢme süresi boyunca neme ve kurumaya karĢı da hassastırlar. Tüm bu problemler yeni materyallerin geliĢtirilmesiyle en az seviyeye indirilmiĢtir7,8.
Ticari olarak ilk cam iyonomer simanlar Avrupaʼda 1975, Amerika BirleĢik Devletleriʼnde ise 1977 yılında piyasaya DeTrey firması tarafından ASPA-I (Alumino-Silicate Poly-Acrylate) adı altında tanıtılmıĢtır1,7,11. Ancak sertleĢme süresinin uzun olması ve yüksek florid içeriğinden dolayı opak olması nedeniyle daha sonra Crisp ve Wilsonʼun likide %5‟lik tartarik asit eklenmesiyle simanın sertleĢme süresi kısaltılarak ASPA-II siman elde edilmiĢtir. Likitteki poliakrilik asidin kalınlaĢması ve jel haline dönüĢmesi nedeniyle ASPA-IIʼnin raf ömrü 10- 30 hafta arasında sınırlı kaldığından likite küçük miktarda metanol ilave edilmiĢ ve ASPA-III oluĢturulmuĢtur. Ancak ASPA-IIIʼün de klinik açıdan yetersiz olduğu gözlenerek likit akrilik asit kopolimerleri olan itakonik, alkenoik, maleik ve fumerik asitlerden oluĢan bir kopolimere
3 dönüĢtürülmüĢ ve ASPA-IV ortaya çıkmıĢtır. ASPA V asidin kurutulup cam tozuna katılmasıyla meydana gelmiĢtir. Donma süresi kısaltılmıĢ, dayanıklılığı arttırılmıĢtır. Aynı cam iyonomer siman ASPA V a adıyla inceltilerek yapıĢtırma simanı olarak da piyasaya sunulmuĢtur12.
Modern cam iyonomer simanların sertleĢme süreleri kısaltılmıĢ, daha estetik duruma getirilmiĢ, neme ve kurumaya karĢı olan hassasiyetleri de belirli bir seviyede sınırlandırılmıĢtır7.
2.2. Cam iyonomer simanların sınıflandırılması
Cam iyonomer simanların sınıflandırılmasında çok sayıda sınıflandırma sistemi bulunmaktadır. 1994 yılında McLean ve arkadaĢları13 cam iyonomer simanları sertleĢme reaksiyonlarına göre 3 grup altında toplamıĢtır.
1. Geleneksel Cam Ġyonomer Simanlar 2. Rezin Modifiye Cam Ġyonomer Simanlar 3. Poliasit Modifiye Kompozit Rezinler
2.2.1. Geleneksel Cam İyonomer Simanlar
Toz Ġçeriği
Cam iyonomer simanın tozu asitte çözünebilen kalsiyum floroalüminosilikat camdır14. Tipik simanın kompozisyonu tablo 1ʼde verilmiĢtir10. Ham materyaller üniform cam elde edebilmek için 1100 °C ile 1500 °C ye ısıtılıp birleĢtirilirler14. ErimiĢ materyaller çelik bir tablada soğutulur. KarıĢım mat kırmızı bir hal aldığında suya doyurulur ve süt beyazı cam halini alır. OluĢan frit restoratif materyaller için 45 mikrona, yapıĢtırma materyalleri için 20 mikrona öğütülür. Cam iyonomer
4 yapıĢtırma simanlarında ortalama 20 mikron ve altındaki partikül büyüklüğü idealdir7,15.
Tablo 1: Cam iyonomer siman tozunu oluĢturan bileĢenler ve ağırlık olarak yüzdeleri
Sıvı Ġçeriği
Ticari markalara göre değiĢmekle birlikte çoğu geleneksel cam iyonomer sıvısı, % 35-60 oranında poliakrilik asidin kopolimerlerinin sulu solüsyonlarını içermektedir7. Ġlk simanlarda sıvı oldukça visköz bir yapıya sahipti ve zamanla jelleĢme eğilimi gösteriyordu. Daha sonra, hem sağlamlılığını hem de raf ömrünü geliĢtirmek için sıvıya maleik, itakonik ve trikarboksilik asit içerikli kopolimerleri ilave edilmiĢtir14.
Geleneksel cam iyonomer simanlarla ilgili olan yavaĢ sertleĢme problemi salisilik asit, sitrik asit ve tartarik asit gibi küçük molekül ağırlıklı bazı organik asitlerin hızlandırıcı olarak kullanılmasıyla aĢılmaya çalıĢılmıĢtır. Bunlar içerisinde en etkili olanı tartarik asittir. Son zamanlarda hemen hemen tüm poliasit likitler, sertleĢme süresini kısaltmak için % 5-10 oranında tartarik asit içermektedir. Tartarik asit aynı
Bileşimi Ağırlık %
SiO2
35.2
Al2O3
20.1
CaF2
20.1
AlF3 2.4
NaF 3.6
AlPO4
12.0
5 zamanda sertleĢtirici ve kuvvetlendirici etki de sağlamaktadır. Tartarik asidin camdan, kalsiyum ve aluminyum iyonlarını sökücü etki yaptığı da düĢünülmektedir7.
SertleĢme Mekanizması:
Cam iyonomer simanların sertleĢme reaksiyonu, çözünebilir alümino silikat cam ile poliakrilik asidin sulu solüsyonu arasındaki asit-baz reaksiyonudur1,9,15. Toz ve likit karıĢtırıldığında ilk olarak poliasit ve tartarik asitteki hidrojen (H+) iyonları, iyon salabilen alüminoflorosilikat tozuna saldırırlar ve cam yüzeyinin dıĢını çözerek cam tozunun yüzeyinden kalsiyum, aliminyum, sodyum ve florin iyonlarının salınmasına neden olurlar7,14,15 (ġekil 1).
ġekil 1: Cam iyonomer simanın sertleĢme mekanizmasının Ģematik görüntüsü
6 Hızlı bir Ģekilde serbest kalan pozitif yüklü kalsiyum iyonları, birbirine çapraz bağlı iyonik formdaki sulu polianyonik poliasit zincirleriyle reaksiyona girerler ve amorf bir ağ oluĢturacak Ģekilde çapraz bağlar kurarlar. Sulu polimer zincirlerinin hareketi azalır. Sonuçta iyonomer matriksin ilk katılaĢması oluĢur. Bu aĢamada. cam iyonomer sert ve opak görünümdedir, neme ve kurumaya karĢı hassastır7.
Materyal nihai sertleĢmesine ulaĢtığında oldukça yavaĢ salınan alüminyum iyonları (Al+3) reaksiyona girmeyen cam doldurucuları çevreleyerek matriks olgunlaĢır. Al+3 iyonları asidin karboksil gruplarıyla çapraz bağlar yaparlar. Al+3 iyonlarının üç değerlikli yapıları nedeniyle daha yüksek bir çapraz bağlantı sağlarlar. Poliakrilik asidin çapraz bağları Ca+2 ve Al+3 iyonları tarafından 24 saat içinde tamamlanmaktadır. Flor iyonu simanın çapraz zincir yapısında yer almaz. Asitle reaksiyona giren katyonlar, cam partiküllerin yüzeyinde bir silika jel tabakası oluĢturur7,14.
Cam tozunun yüzey tabakası asitle reaksiyona girerken, anayapı (kor) sağlam kalmaktadır. Cam tozunun yüzey tabakası silisyumdan zengin bir tabaka haline gelir. Daha sonra simanın matriksi ile cam partikülleri arasındaki ara yüzeyde bir silika jel tabakası oluĢur.
Alüminyum oksit içindeki alüminyum iyonları asitle reaksiyona girmemesine rağmen, silikat cam varlığında reaksiyona girmektedir16. Bu safhada cam doldurucuları çevreleyen slika jelin kırılma indeksi matrikse daha çok benzediği için cam iyonomer siman diĢ gibi görünür7.
2.2.2. Rezin Modifiye Cam İyonomer Simanlar
Rezin modifiye cam iyonomer simanlar 80ʼli yılların sonunda geleneksel cam iyonomer simanların fiziksel özelliklerini arttırmak için materyale rezin ilave edilerek üretilmiĢtir4,11,17. Rezin modifiye cam iyonomer simanlar, ilk kez 1989 yılında Vitrebond adı altında piyasaya
7 sürülmüĢtür. Hibrit iyonomerler, rezinle güçlendirilmiĢ cam iyonomerler veya ıĢıkla sertleĢen cam iyonomerler olarak da bilinirler18. Yapısında floroalüminosilikat cam tanecikleri, modifiye poliakrilik asit, hidroksietilmetakrilat (HEMA) ve su bulunur19.
SertleĢme Reaksiyonu:
Rezin modifiye cam iyonomer simanlarda; asit baz reaksiyonu, ıĢık aktivasyonu ile polimerizasyon, kimyasal aktivasyon ile polimerizasyon olmak üzere üç çeĢit sertleĢme reaksiyonu görülmektedir19. SertleĢme, cam iyonomer simanların bilinen asit baz reaksiyonu ve HEMA‟nın polimerizasyonu ile gerçekleĢmektedir11.
2.2.3. Poliasit Modifiye Kompozit Rezinler
Cam iyonomer simanların florid salınımı ile kompozit rezinlerin iĢlenebilirlik ve estetik gibi olumlu özelliklerini biraraya getirmek amacıyla 1994 yılında McLean ve arkadaĢları13 tarafından geliĢtirilmiĢtir.
Poliasit modifiye kompozit rezinler, ilk kez Dyract (Dentsply/DeTrey, Konstant, Almanya) adı altında piyasaya çıkarılmıĢtır. Bu materyaller günümüzde kompozit ve cam iyonomer kelimelerinin kısaltılmıĢ hali olan
“kompomer” olarak da bilinmektedir20.
Bunlar geleneksel cam iyonomer simanlarla kompozit rezinler arasında yer almakla birlikte yapısal özellik bakımından kompozit rezinlere daha yakın bulunmaktadırlar. SertleĢme reaksiyonu da kompozit rezinlerinkine benzemektedir. IĢık ile polimerizasyonu takiben absorbe ettiği su ile yapısında bir miktar asit-baz reaksiyonu meydana gelmektedir13,17.
8 Cam iyonomer simanlara ait baĢka bir sınıfllandırma da kendiliğinden sertleĢen (autocure) simanların uygulama alanlarına göre yapılan sınıflandırmadır7,21.
Bu sınıflandırmaya gore:
Tip I) Ġnley, onley, kron ve köprülerin simantasyonunda kullanılan yapıĢtırma simanları
Tip II) Gerilimin az olduğu bölgelerde kullanılan restoratif simanlar
Tip III) Pit ve fissürlerin örtülmesinde kullanılan simanlar Simantasyon için kullanılan cam iyonomer simanlar
Flor salma özellikleri ile sekonder çürükleri önlemesi ve düĢük çözünürlükleri sayesinde cam iyonomer simanlar popülerliği gittikçe artan yapıĢtırma simanlarından bir tanesi olmuĢtur22,23. Cam iyonomer yapıĢtırma simanları, inley, onley, kron ve köprülerin simantasyonunda kullanılırlar ve ortalama 20µm veya daha az partikül büyüklüğüne sahiptirler7.
Restoratif amaçlı kullanılan cam iyonomer simanlar
Gerilimin az olduğu bölgelerdeki restorasyonlar için kullanılan ve ortalama 45µm partikül büyüklüğüne sahip simanlardır.
Kavite preparasyonunun minimum düzeyde olmasından dolayı süt diĢlerinin restorasyonlarında sıklıkla tercih edilirler7,21.
9 Fissür örtücü olarak kullanılan simanlar
Pit ve fissürlerin kapatılmasında kullanılan cam iyonomer simanlar ortalama 25-35 µm film kalınlığına sahiptirler. Cam iyonomer simanların flor salma özelliği fissür örtücü olarak kullanılmalarında önemli bir etkendir7.
2.3. Geleneksel Cam İyonomer Simanların Özellikleri
A. Biyolojik Uyum ve Antimikrobiyal Özelliği
Diğer restoratif materyallerle karĢılaĢtırıldığında cam iyonomer simanların herhangi bir zararlı biyolojik reaksiyonlarının olmadığı, oldukça biyouyumlu materyaller oldukları rapor edilmiĢtir24. Bu özelliği; sertleĢirken minimum ısı oluĢturmalarına, serbest asit varlığının az olmasından dolayı asit nötralizasyonunun genellikle yeterli seviyede olmasına ve simandan sızan maddelerin ya zararsız ya da dental dokular için faydalı olmasına bağlanır25,26.
Cam iyonomer simanların antimikrobiyal özelliği ise sertleĢme reaksiyonu sırasında meydana gelen düĢük pH ve florid salınım kapasiteleri ile ilgilidir6,27-30. Florid iyonu matriks oluĢumunun tamamlayıcı bir parçası değildir. Bu yüzden florid iyonu simanın yapısını değiĢtirmeden salınır17. Simanın içerisinde yer alan bu özellik aracılığı ile bakteriyostatik yarar elde edilebilmektedir27.
Biyouyumlu olma özelliğinden dolayı cam iyonomer simanlar diĢ hekimliği dıĢında da farklı kullanım alanları bulmuĢlardır. Bu simanların, yapay kulak kemiklerinde , kraniofasyal rekonstriksiyon için kemik grefti olarak, ortopedide ENT cerrahisinde (koklear implantların fiksasyonunda ve kafatasındaki defektlerin kapatılmasında) kullanıldığı
10 rapor edilmiĢtir. Bu simanlar her geçen yıl cerrahi müdahaleler için daha da önemli hale gelen materyallerdir3,8.
B. Adezyon Özelliği
Cam iyonomer simanlar diĢ yapılarına veya metale herhangi bir ek uygulama gerektirmeksizin adezyon yapabilme özelliğine sahiptir6,9,31,32. Cam iyonomer simanların diĢ yapısına bağlanma mekanizmaları henüz tam olarak tanımlanmamıĢtır. Bununla birlikte poliasitteki karboksil gruplarının dentin ve minedeki kalsiyum ve fosfat iyonları ile Ģelasyon yaptığı konusunda neredeyse hiç Ģüphe kalmamıĢtır.
Simanın mineye bağlanması inorganik içeriğinden dolayı dentine bağlanmasından daha kuvvetlidir14,15.
C. Estetik Özellikleri
Cam iyonomer simanlar yarı Ģeffaf özellik gösterirler7,23. Boyalardan silikat simanlara göre daha az etkilenirler. Kompozitlerle kıyaslandığında ise çok daha az etkilendikleri görülmüĢtür. Bu durumun cam iyonomer simandaki cam ve matriks arasındaki adezyonun, kompozit içerisindeki rezin ve doldurucu maddeler arasındaki bağlantıdan üstün olmasına bağlanmıĢtır33.
D. Su Emilimi ve Suda Çözünürlükleri
Su emilimi, materyallerde boyutsal değiĢikliklere yol açan, renklenmelere ve marjinal konturlarda kırılmalara sebep olan bir etkendir.
Suda çözünürlük ise, restorasyonların biyolojik yapılarla olan uyumlarını olumsuz yönde etkileyen ve bozulma oranlarını arttıran bir olgudur.
Sonuçta bu faktörlerin; yüzey özelliklerinin, kenar bütünlüğünün ve estetik
11 görünümün kaybına ve dolayısıyla restorasyonlardaki bozulmaların artmasına sebep oldukları bilinmektedir34.
Tüm restoratif materyallerin fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerini etkileyen su emilimi ve suda çözünürlük olguları, özellikle cam iyonomer esaslı materyallerde önemli bir sorun olarak karĢımıza çıkmaktadır35. Özellikle geleneksel cam iyonomer simanların neme olan aĢırı hassasiyetleri, benzer Ģekilde rezin modifiye cam iyonomer simanlarda da kendini göstermektedir13. Bununla birlikte ıĢıkla polimerize edilen cam iyonomer simanlarda; fotokimyasal reaksiyona bağlı olarak rezin ağının meydana gelmesi ve dentinde rezinlerin infiltre oldukları bir tabaka oluĢması gibi nedenlerden dolayı, su emilimi ve suda çözünürlük miktarlarının geleneksel cam iyonomer simanlarden daha az oldukları bilinmektedir36-38
Cam iyonomer simanlarda sertleĢme iki aĢamalıdır. Ġlk aĢama, karıĢtırmadan sonraki ilk 10 dakika içinde görülür ve klinik sertleĢmedir. Ġkinci aĢama, matriks içindeki kalsiyum ve alüminyum katyonların salınımını içeren yavaĢ ve uzun süre devam eden asit-baz reaksiyonudur39.
Ġlk reaksiyon esnasında materyal neme karĢı hassas iken, ikinci aĢamada materyal dehidratasyona çok hassastır. Kısa süreli suya hassasiyet, yüzeyde yumuĢama ile sonuçlanır ve düĢük aĢınma direnci cam iyonomer simanın tüm dental uygulamalardaki kullanımını kısıtlar40. Geleneksel cam iyonomer simanların baĢlangıç sertleĢmesi esnasında, simanı oluĢturan kalsiyum ve alüminyum iyonları tükrükle kontakt halinde kolaylıkla uzaklaĢabilir36.
12 E. Mekanik Özellikleri
Dental materyallerin mekanik özellikleri, materyale uygulanan kuvvete karĢı gösterdiği yanıt olarak tanımlanmaktadır.
Materyallere uygulanan kuvvet gerilme, basma veya eğilme gibi materyal yüzeyine uygulanan ana kuvvete göre adlandırılmaktadır41.
Geleneksel cam iyonomer simanların en zayıf tarafları mekanik özellikleridir. Gerilme, kırılma, aĢınma dayanımları ve kırılma tokluğu düĢüktür2,9,31,42,43
. Bu durum materyalin kırılganlığını arttırmakta ve hacimsel kırıkların oluĢmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle Ģiddetli oklüzal kuvvetler altında uygulandıklarında baĢarılı sonuçlar elde edilememektedir. Geleneksel cam iyonomer simanların, geniĢ bir uygulama alanı bulmalarının bir diğer nedeni de materyalin toz/likit oranında veya toz ve likit formülasyonunda değiĢiklikler yapılarak fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinin değiĢtirilebilir olmasıdır44,45.
2.4. Geleneksel Cam İyonomer Simanların Mekanik Özelliklerinin Arttırılması
Cam iyonomer simanlardaki tüm bu geliĢmeler sonucu daha estetik ve daha dayanıklı materyaller ortaya çıkmasına rağmen geleneksel cam iyonomer simanlardaki dayanıklılık ve tokluk hala önemli bir problemdir1.
Geleneksel cam iyonomer simanların mekanik özelliklerini geliĢtirmek için toz-likit oranının değiĢtirilmesi, poliakrilik asidin modifiye edilmesi, rezin modifiye cam iyonomer simanların geliĢtirilmesi, siman tozuna amalgam, metal, hidroksiapatit, fiber ve biyoaktif materyal ilavesi gibi modifikasyonlar yapılmıĢtır1,3,5,43,46-48
.
13 2.4.1. Poliakrilik Asidin Modifiye Edilmesi
Poliakrilik asidin molekül ağırlığı ve konsantrasyonu simanın dayanıklılığını etkilemektedir. Her ikisindeki artıĢ, simanın sertleĢme zamanını kısaltır, dayanıklılığını artırır21.
Ancak solüsyonda poliakrilik asit mevcut olduğu sürece molekül ağırlığındaki veya konsantrasyonundaki artıĢ sıvının viskozitesini artırır ve siman karıĢımını maniplasyonu zor bir hale getirir. Bu problem poliakrilik asidin dehidrate formlarının siman tozu içine katılmasıyla çözülmüĢtür10,16,21.
Bu simanın likiti saf su veya sulandırılmıĢ tartarik asit solüsyonudur. Bu simanların karıĢtırıldıkları zaman düĢük viskoziteye sahip olmaları yapıĢtırma simanı olarak kullanılmalarına olanak sağlar.
Su ile sertleĢen cam iyonomer simanların avantajları Ģunlardır:
1- Erken karıĢtırma safhalarında düĢük viskoziteye sahiptir, 2- Ağız ısısında hızlı sertleĢirler,
3- KarıĢtırma ve uygulama tekniği kolaydır, 4- ÇalıĢma süresi uygundur21.
2.4.2. Rezin Modifiye Cam İyonomer Simanlar
Rezin modifiye cam iyonomer simanlar, geleneksel cam iyonomer simanların su kaybına bağlı oluĢan yüzey kırıkları, düĢük kırılma tokluğu ve kırılganlığı gibi dezavantajlarının üstesinden gelmek amacıyla üretilmiĢlerdir49. Bununla birlikte, geleneksel cam iyonomerlere göre daha fazla polimerizasyon büzülmesi göstermesi sonucu mikrosızıntıya yol
14 açması, dental dokulara zayıf adezyonu ve daha az flor salınımı eğiliminde olması gibi dezavantajlara sahiptir50.
2.4.3. Toz/Likit Oranının Artırılması
Tüm dental restoratif materyallerde olduğu gibi, toz/likit oranı optimum fiziksel özellikleri elde etmede önemli bir faktördür. Belirli sınırlar içinde olmak kaydıyla, arttırılan toz miktarı optimum fiziksel özelliklere yol açmaktadır. Ancak toz/likit oranının artırılması aynı zamanda çalıĢma süresinide kısaltmaktadır. ÇalıĢma süresi ıĢınla sertleĢen rezin modifiye cam iyonomer siman sistemlerinde problem olmadığı için bazı ıĢınla sertleĢen rezin modifiye cam iyonomer simanlarda yüksek toz/likit oranı kullanılmaktadır28,51.
2.4.4. Amalgam İlavesi
1980 yılının baĢlarında radyoopak cam iyonomer üretmek amacıyla ilk kez cam iyonomer simanın tozu, amalgam tozu ile karıĢtırılarak cam-metal iyonomer karıĢımı yapılmıĢtır. KarıĢımlar genelde
%12-14 oranında amalgam tozu içermektedir. Bazı laboratuvar çalıĢmaları bu karıĢımların cam iyonomer simanın basınç ve çekme dayanımlarını ve diĢe bağlanma gibi özelliklerini arttırdığını bildirmiĢtir.
Ancak bu karıĢımlardaki en büyük problem metal partiküllerinin sertleĢen materyale iyi bağlanamaması ve yüzeydeki bu zayıf bağlanmıĢ partiküllerin erozyon ve aĢınmaya sebep olmasıdır7.
2.4.5. Sermet (seramik-metal) Simanlar
1987 yılında ilk sermet (seramik+metal) cam iyonomer simanlar Ketac-silver (ESPE), Mc Lean ve Gasser tarafından sinterlenmiĢ metal ve cam kompozisyonlarından üretilmiĢtir. Amaç; metal doldurucular
15 ile cam tozları arasındaki bağlantı sayesinde aĢınmaya daha dirençli bir materyal elde etmektir7. Siman tozunun metal içeriği, mekanik gerilimleri absorbe ederek simanın kırılmaya karĢı direncini artırır4.
Altın ve gümüĢ, sermet simanlar için en uygun metallerdir.
Ancak gümüĢ sermet simanlardaki serbest gümüĢ partiküllerinin diĢ dokusunda renklenmeye sebep olması ve bu renklenmenin inorganik olmasından dolayı beyazlatma iĢlemine cevap vermemesi gibi dezavantajlara sahiptir. Ayrıca kor materyali olarak kullanıldığında gerilimin yoğun olduğu bölgelerde baĢarısızlığa neden olmaktadır. Altın sermetler de klinik olarak gümüĢ sermetlerle aynı özelliktedirler fakat diĢte renklenmeye sebep olmazlar. Ancak yüksek maliyetleri nedeniyle ticari olarak satıĢa sunulmamıĢlardır7.
2.4.6. Cam Fiber İlavesi
Cam iyonomer simanların mekanik özelliklerini arttırmak için kullanılan ilgi çekici bir yaklaĢımda simana fiber ilavesidir52,53. Ancak Topoleski ve arkadaĢları53 tarafından da belirtildiği gibi bazı akıĢkanlık ve uygulama problemleri mevcutttur. Pratikte fiber içeren bir simanı uygulamak daha zordur ve simanda pörözite artıĢı ile sonuçlanır. Ayrıca intraoral sıcaklık değiĢiklikleri sonucunda fiberle güçlendirilmiĢ simanlarda fiber ve matriksin termal genleĢme farklılıkları cam-fiber/matriks arayüzeyinde baĢarısızlıklara neden olabilir. Bu durum fiberle güçlendirilmiĢ simanların fiziksel özelliklerini etkileyebilir5,43.
2.4.7. Biyoaktif Materyallerin İlavesi
Geleneksel cam iyonomer siman tozu zayıf polikakrilik asit ile reaksiyona girebilecek Ģekilde tasarlanmıĢtır ve Ca ve P içerdikleri halde hiç biyoaktif özellik göstermezler54. Camlar ve cam seramiklerin
16 biyoaktif özellikte olması, yapısında mevcut olan apatitten değil, vucut sıvıları ile temas ettiklerinde yüzeylerinde apatit tabakası oluĢması ile mümkündür. Bu durum farklı karakterlerde ve çeĢitli tiplerde biyoaktif materyalin CaO.SiO2 bazlı camdan geliĢtirilmesine olanak sağlar55-57.
Biyoaktif materyal olarak gösterilen bir çok materyal mevcuttur. Bunlar arasında biyocamlar, hidroksiapatitler, wollastonite ve kalsiyum fosfatlar sayılabilir58.
2.5. Biyoaktif Camlar
Biyoaktif camlar kemik minerallerinin kimyasal olarak bağlanabildiği aktif yüzeyli camlardır. Biyoaktif camların ana komponenti belli oranlardaki kalsiyum, sodyum, fosfor ve silikonun oksitleridir (SiO2, Na2O, CaO ve P2O5)59,60.
.
Kimyasal bileĢim açısından biyoaktif camları, sıradan ticari camlardan ayıran en önemli üç farklılık , düĢük SiO2 yüzdesi (% 60‟ ın altında), yüksek Na2O ile CaO ve yüksek CaO / P2O5 oranıdır. Biyoaktif camların baĢlıca dezavantajları; amorf yapıya sahip olmaları, iki yönlü cam ağından kaynaklanan mekanik zayıflıkları ve düĢük kırılma tokluklarıdır61.
Biyocamlar, 1970 lerin baĢlarında Hench tarafından keĢfedildiğinden beri, kemik greftlerinde çeĢitli tiplerde cam ve cam seramikler kullanılmaktadır. Bu materyalleden bazıları orta kulak implantlarında, ilyak kret rekonstrukiyonunda, vertebral protezlerde ve dental implantlarda klinik olarak test edilmiĢlerdir55,62,63.
Biyoaktif cam hakkında elde edilen çoğu tecrübe ortopedi araĢtırmalarında yapılmıĢ olmasına rağmen diĢ hekimliğinde de
17 kullanılmaktadır. Önceki in vitro çalıĢmalar biyoaktif camların dentin yüzeyinde mineralize olduğunu göstermiĢtir ve sonuçlar klinik olarak da onaylanmıĢtır. Bu çalıĢmalar biyoaktif camın hasarlı dentin dokusunda reminerilizasyon için kullanılabileceğini önermektedir59,64.
2.6. Hidroksiapatit (Ca10(PO4)6OH2)
Hidroksiapatit insan iskelet sistemindeki apatite benzer kimyasal kompozisyona ve kristal yapıya sahip olan biyouyumlu bir materyaldir1,3.
Kemik dokusunun inorganik yapısını oluĢturan kalsiyum- fosfat esaslı hidroksiapatit, tıp ve diĢ hekimliğinde oldukça yaygın olarak kullanılan bir biyoseramik malzeme olup, biyouyumluluğu nedeniyle çatlak ve kırık kemiklerin onarımında, yapay kemik olarak çeĢitli protezlerin ve implantların kaplanmasında kullanılmaktadır65.
Hidroksiapatit bir çeĢit kalsiyum fosfat bileĢenidir ve diĢ minesinin ana mineral komponentini oluĢturur. Ayrıca dentin ağırlığının
%60ʼın dan fazlasını kapsar1. Hidroksiapatit tozu bu özelliklerinden dolayı cam iyonomer simanlarda dahil bir çok materyale ilave edilerek araĢtırmalarda kullanılmıĢtır1,46,66.
Hidroksiapatit ilave edilmiĢ cam iyonomer simanların biyouyumlulukları ve fiziksel özelliklerinin arttığı belirtilmiĢtir. Cam iyonomer simanın yüzeyinde açığa çıkan hidroksiapatit granülleri komĢu dokularda oluĢan biyoaktif reaksiyonu kolaylaĢtırır3. Cam iyonomer
18 simanın poliasitteki karboksilat grupları vasıtasıyla hidroksiapatit ile etkileĢtiği bulunmuĢtur. Bu nedenle hidroksiapatit ile birleĢen cam iyonomerlerin sadece bioaktivitesi değil aynı zamanda mekanik özellikleri de geliĢmiĢtir1,3.
2.7. Wollastonite (CaSiO3)
Wollastonite (CaSiO3) doğada kalsiyum meta silikatın formu Ģeklinde bulunan oldukça ilgi çekici ancak üzerinde az çalıĢılmıĢ bir biyoseramik materyaldir. Wollastonite doldurucu olarak kullanılmasına olanak sağlayan iğne Ģeklinde kristallerden oluĢan fibröz bir yapıya sahiptir67-69.
DüĢük büzülme, iyi dayanım, uçucu maddelerin olmaması, eriyebilirliği (fluxing), beyaz olması gibi bir çok olumlu özelliğe sahip olmasından dolayı teknolojik seramiklerde, plastiklerde ve metalurjik uygulmalarda yaygın olarak kullanılmakadır67-70.
Önceki in vitro çalıĢmalar wollastoniteʼin; pH ve ısısı insan kan plazmasıyla hemen hemen aynı olan yapay vucut sıvısı (Stimulated Body Fluid, SBF) ile temas ettiğinde, apatit yüzey tabakası oluĢturan biyoaktif potansiyeli yüksek bir madde olduğunu ortaya koymuĢtur. Bu
19 çalıĢmalar wollastoniteʼin biomedikal uygulamaları için geniĢ bir kullanım alanı açmaktadır72.
Son zamanlarda biyoaktif cam seramik olarak kullanmak için wollastonite sentetik olarak da üretilmektedir (psodowollastonite, psW CaSiO3)55,62. Genellikle, β-wollastonite kristalleri ile güçlendirilen cam seramikler yüksek mekanik dayanıma sahiptirler70. Diğer inorganik dolduruculara göre wollastonite yoğun kıvamı, dayanıklılığı, yüksek distorsiyon sıcaklığı, düĢük genleĢme katsayısı, kolay iĢlenebilirliği ve iyi güçlendirme etkisi gibi olumlu özelliklere sahiptir73.
Wollastonite seramikleri 1990ʼdan beri, biyouyumlu ve biyoaktif olma özelliklerinden dolayı, diĢ kökleri ve kemiklerde greft materyali olarak kullanılmaktadır. Bazı araĢtırmacılar wollastonite ve psödowollastonite seramiklerin yapay vucut sıvısına maruz bırakıldıklarında diğer biyocamlardan ve cam-seramiklerden daha biyoaktif özellik gösterdiğini rapor etmiĢlerdir74.
De Aza ve arkadaĢları75 yapmıĢ oldukları çalıĢmada, psödowollastonite materyalinin yapay vucut sıvısına maruz bırakıldığında, yüzeyinde hidroksiapatit tabakası oluĢtuğunu belirtmiĢlerdir. Bu bakımdan wolastonite diĢ hekimliğinin bazı restoratif uygulamaları açısından ilgi çekici olabilir62.
2.8. Wollastonite Seramiklerinin Kemiğe Bağlanma Mekanizması
Wollastoniteʼin yapısı CaO-SiO2 bazlı biyoaktif cam ve cam seramiklerle benzer olduğundan apatit oluĢma mekanizmasıda benzer Ģekildedir74.
20 Reaksiyon, wollastonite yapay vucut sıvısına batırıldığında, wollastoniteʼdeki Ca++ iyonları ile solüsyondaki H+ iyonlarının yer değiĢtirmesi ile baĢlar. Reaksiyonun baĢlarında wollastoniteʼden gelen Ca++ iyonları ile SBF‟den gelen 2H+ iyonu yer değiĢtirir. Bu olay SBFʼdeki Ca++un ve pH ın artıĢı ile desteklenir. AraĢtırmacılar, H+ iyon atağının wollastoniteʼden Ca++ iyonlarının salınımından sorumlu olduğunu göstermiĢlerdir. Wollastoniteʼden kalsiyum salınımı, SBFʼdeki kalsiyum miktarı ve pH sabit olana kadar azalarak devam eder74-76.
Ca++ ve 2H+ iyonlarının yer değiĢtirmesi wollastonite kristallerini amorf silika faza dönüĢtürür. Wollastonite yüzeyinde silanol(≡Si-OH) oluĢması, yüzeyde hidroksiapatit oluĢması açısından önemlidir. Apatit sadece negatif yüklü silanol içeren bir yüzeyde oluĢabilir74,76.
Liu ve arkadaĢları74 biyoaktif camın yapay solüsyonlardaki reaksiyonunu negatif yüklü yüzey teorisi ile açıklamıĢlardır. SBFʼde bekletilen biyoaktif camların yüzeyinde apatit oluĢması cam-sıvı sisteminde farklı yüklü yüzey oluĢumundan kaynaklandığını belirtmiĢlerdir.
Takadama ve arkadaĢları77 geçirimli elektron mikroskobu (Transmission Electron Microscope, TEM) kullanarak sodyum silika cam yüzeyinde apatit biyominerilizasyonunu araĢtırmıĢlar ve sodyum silikat camın yüzeyinde apatit oluĢumunu asıl olarak negatif yüklü yüzeye bağlı olduğunu belirtmiĢlerdir.
Wollastonite-SBF arayüzeyindeki iyonik aktivitenin solüsyondan daha yüksek olmasından dolayı, solüsyonundaki Ca++
iyonları öncelikle wollastonite-solüsyon arayüzeyine çekilirler. Çevre sıvılardan gelen kalsiyum ve fosfat iyonları ile apatit oluĢumu devam eder.
21 Bu reaksiyon hidroksiapatit tabakası, iyonik değiĢimi durdurana kadar devam eder74 (ġekil 2).
ġekil 2: Wollastonite yüzeyinde hidroksiapatit oluĢumunun Ģematik görüntüsü74
22 2.9. Cam İyonomer Simanın Biyoaktivitesinin Test
Edilmesi
Biyoaktivite, materyal ve canlı dokular arasında fibröz doku oluĢturmaksızın bağlanmasını sağlayan bir yüzey özelliğidir58. Biyoaktif materyaller yüzeylerinde oluĢan apatit tabakası sayesinde kemiğe kimyasal olarak bağlanabilirler55,57,59,78
.
Genel ve ortopedik biyomateryal araĢtırmalarında biyoaktivite iyi araĢtırılmıĢ bir özelliktir. Buna rağmen diĢ hekimliğinde (dental implantlar hariç) yeterli ilgiyi görmemiĢtir. DiĢ hekimliğinde biyoaktif materyalin etkisi ile ilgili mevcut hipotez materyal ile diĢ arasındaki doğal apatit formu oluĢmasından dolayı kararlı bir arayüzey oluĢturarak sekonder çürüklerin önlenmesi Ģeklindedir.58
Biyoaktif potansiyeli olan materyallerin in vitro olarak yüzeylerinde apatit tabakası oluĢturmak için Kokubo ve Takadama79 inorganik iyon konsantrasyonuna sahip insan vucut sıvılarını taklit eden hücre içermeyen yapay vucut sıvısı (SBF) geliĢtirmiĢlerdir.
Biyoaktif materyallerin kemiğe bağlanmasındaki in vitro biyoaktivite ve in vivo bağlanma arasındaki iliĢki bilimsel araĢtırmalarda detaylı olarak incelenmiĢtir. Ġn vitro biyoaktivite, materyalin SBFʼye batırıldığında yüzeyinde hidroksiapatit tabakası oluĢması olarak tanımlanır58. Bu in vitro test materyalin biyoaktivitesini test etmek için standart olarak kabul edilir80.
Metod; materyalin farklı periyodlarda SBFʼde bekletilmesini ve daha sonra farklı analiz teknikleriyle yüzeyde oluĢan hidroksiapatit tabakasını ve miktarını belirlenmesini içerir. Materyalin biyoaktivitesini hayvan araĢtırmalarıyla belirlemek yerine in vitro olarak belirlemek hem
23 zaman kaybının önlenmesine hemde gereksiz pahalı hayvan deneylerinden kaçınmaya yardımcı olur58,79.
2.10. Cam İyonomer Simanın Yüzey Özelliklerinin Değerlendirilmesi
2.10.1. X Işını Kırınım Analizi (X-ray Diffraction, XRD) XRD, x ıĢınlarını kullanarak seramik ve metal gibi kristal yapılı materyallerin moleküllerinin geometri ve Ģeklini belirlemek için kullanılan bir tekniktir. Bu teknikte materyalin kristal yapısı, fiziksel ve kimyasal etkilerinin kristal yapısı üzerindeki etkisi ve kristal boyutları tespit edilmektedir81.
Yüksek enerji ve düĢük dalga boyuna sahip x ıĢınları kristal yapıda bir materyal üzerine gönderildiğinde, ıĢını yayılma doğrultusunda bulunan atom veya iyonlara ait elektronlar tarafından kırılarak farklı yönlerde dağıtılmaktadır. Difraktometre, materyalde kırınımın hangi açılarda en fazla olduğunu belirleyerek kristal yapının geometrisi ve boyutunun anlaĢılmasını sağlamaktadır82.
Bir difraktometrenin çalıĢma prensibini Ģematik olarak açıklayan Ģekil 3 de S ile gösterilmiĢ olan örnek O ekseni etrafında dönebilen düz bir yüzey üzerine yerleĢtirilmiĢtir. T noktasından monokromatik X ıĢını gönderilmekte ve örnekten yayılan ıĢınların yoğunluğu C noktasındaki bir alıcı tarafından okunmaktadır. Alıcı o merkez etrafında yerleĢtirilmiĢtir ve örneğin rotasyonu ile beraber 2θ açısını koruyacak Ģeklide hareket etmektedir. Sabit bir hızla hareket eden alıcı θ acısı ile örnek yüzeyine gelip 2θ yansıyan X ıĢınlarının yoğunluğunu kaydetmektedir. 2θʼya difraksiyon açısı adı verilmektedir81.
24 Her bir madde kendine özgü kırınım Ģekli göstermektedir.
Analizi yapılan örnek tek bir maddeden oluĢmakta ise o maddeye ait veya farklı madde karıĢımlarından oluĢuyorsa bileĢenlerden birine ait kırınım Ģekli elde edilmektedir. Bu yöntem ile içeriği bilinmeyen bir örneğin tanımlanması yani nitelik analizi ve bir maddenin bileĢenlerinin miktar analizlerini yapmak mümkündür.
ġekil 3: XRD cihazının Ģematik resmi81 XRD Analizi ;
1. Maddenin yapısındaki atomların yanı sıra farklı atom diziliĢleri sonucu bileĢik veya bileĢikleri gösterilebilmektedir.
2. Yapıda mevcut fazlar tespit edilebilmektedir.
3. Kimyasal analiz yöntemlerine göre daha hızlıdır.
4. Analiz için az miktarda örnek yeterlidir.
5. Hasar meydana getirmeyen bir test yöntemidir83.
25 2.10.2. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)
SEM analizi, yüzey topografisi, doldurucuların büyüklüğü, dağılımı ve arayüz bağlantıları gibi niteliklerin incelenmesinde etkili ve kabul edilir bir metottur6.
SEM‟de görüntü oluĢturma örnek üzerine gönderilen elektron demetinin örnekten yansıması ve yansıyan sinyallerin algılanması esasına dayanır. SEM tekniklerinin kullanılması görüntülerde mükemmel alan derinligi sağlar ve morfolojiyi tanımlamaya oldukça elveriĢlidir84.
SEM ve stereomikroskop arasındaki en büyük fark;
stereomikroskop görüntüyü büyütmek için ıĢığı kullanırken, SEM‟in elektron ıĢın demetini kullanmasıdır85.
SEM elektronları kullanarak görüntü oluĢturan güçlü bir mikroskoptur. Yüksek büyütmede iyi olan derinliği ile birlikte gri skalalı bir görüntü oluĢturur.
SEM ile birlikte enerji dağılımlı X ıĢınları spektrometresi (Enerji-Dispersive–X-ray spectrometer, EDS) kullanmak suretiyle, numune üzerindeki küçük parçacıkların (fazların) kimyasal analizleri yapılabilir. Sınırlayıcı bir takım faktörlere rağmen, SEM analiz yöntemleri malzemeler hakkında pratik olarak değerli bilgiler vermektedir86.
2.11. Cam İyonomer Simanın Mekanik Özelliklerinin Değerlendirilmesi
Cam iyonomer simanların mekanik özelliklerini test etmek için kullanılan bir çok yöntem mevcuttur6,87. Simantasyonun baĢarısızlıkları genel olarak simanın kırılmasına bağlı olarak oluĢtuğu için
26 bu yöntemler arasında kırılma tokluğu deneyi cam iyonomer simanın klinik performansı tahmin etmek için kullanılan önemli bir mekanik özelliktir23.
2.11.1. Kırılma Tokluğu (Fracture Toughness)
Tokluk (Toughness), bir materyalin kırılmasına neden olacak enerjiye karĢı materyalin gösterdiği dirençtir. Bir materyalin reziliensi ise, materyalin orantı sınırına kadar absorbe ettiği enerji olarak tanımlanır.
Tokluk, gerilim-gerilme eğrisinde stresin oluĢmaya baĢladığı andan kırılma anındaki gerilime kadar olan kısımdır (ġekil 4). Tokluk dayanıklılık arttıkça artar14,15.
ġekil 4: Gerilim-gerilme eğrisi A, taralı alan reziliensi gösterir. B, taralı alan tokluğu gösterir.
Kırılma tokluğu, kırılgan materyallerin, kırılma mekaniğinin değerlendirilmesinde en sık kullanılan metottur. Kırılma materyallerin iç (intrensik) özelliğidir. Bir materyalin kırılma tokluğu o materyalde çatlak oluĢmasına veya yayılmasına karĢı oluĢturduğu direnç olarak tanımlanır23,28,88,89
. Bu değerin restoratif materyaller için önemli olan marjinal kırık ve aĢınma direnci için de önemli olduğu düĢünülmektedir9.
27 Kırılmanın karakteri, uygulanan gerilmeye, ortamın sıcaklığına ve deformasyon hızına bağlı olarak malzemeden malzemeye değiĢir. Her kırılma iki safhadan oluĢur. Ġlk aĢamada çatlak teĢekkülü ve sonra çatlağın ilerlemesi gelir.
Kırılma mekaniği materyalin çatlak ve çizik varlığında nasıl davranacağını belirler. Materyallerde kullanıma bağlı kırık ve çatlaklar oluĢur. Materyalde oluĢan herhangi bir defekt materyali zayıfatır ve ani kırıkların oluĢmasına neden olur. Kırılma mekaniği bu tarz baĢarısızlıkların analiz edilmesine de olanak sağlar15.
28 3. GEREÇ VE YÖNTEM
Bu in vitro çalıĢma Gazi Üniversitesi DiĢ Hekimliği Fakültesi Protetik DiĢ Tedavisi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Oral Patoloji Laboratuvarları, Ankara Üniversitesi DiĢ Hekimliği Fakültesi Protetik DiĢ Tedavisi Anabilim Dalı Laboratuvarları, Gazi Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Farmakoloji Anabilim Dalı Laboratuvarları, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü Malzeme Anabilim Dalı ve Ortadoğu Teknik Üniversitesi Metalurji Mühendisliği Bölümüʼnde yürütülmüĢtür.
Bu çalıĢmada geleneksel cam iyonomer siman içerisine farklı oranlarda katılan hidroksiapatit ve doğal wollastoniteʼin simanın mekanik ve biyoaktif özelliklerine olan etkisinin değerlendirilmesi amaçlanmıĢtır. Kullanılan materyallerin yapısal özellikleri Tablo 2, 3 ve 4ʼde verilmiĢtir.
Tablo 2: ÇalıĢmada kullanılan cam iyonomer simanın yapısal özellikleri
Materyal Adı Cam iyonomer yapıştırma simanı
Üretici firma Haarlem, Cavex, Hollanda
Sıvı komponenti %85 oranında su ve %15 oranında modifiye edici madde
Toz komponenti %72 oranında alkalin florosilikat cam ve %28 oranında poliakrilik asit
Film kalınlığı 20µm
Çalışma zamanı 3 dakika
Net sertleşme zamanı 3-5 dakika
29
Resim 1: ÇalıĢmada kullanılan cam iyonomer siman
Tablo 3: ÇalıĢmada kullanılan hidroksiapatit tozunun yapısal özellikleri
Materyal Adı: Hidroksiapatit
Üretim Yeri: İstanbul Teknik Üniversitesi, İTÜ, İstanbul, Türkiye
Kimyasal
Kompozisyonu:
Ca10(PO4)6(OH)2
Partikül Büyüklüğü:
Ortalama 16µm
30 Tablo 4: ÇalıĢmada kullanılan wollastonite tozunun yapısal özellikleri
3
.
1. Toz Karışımlarının Hazırlanması:
Toz karıĢımlarının hazırlanması için, 1/10.000 gr hassasiyetteki terazi kullanıldı (Presica 205A, Dietikon, Ġsviçre) (Resim2).
Cam iyonomer simanın tozuna ağırlığının % 4, 6, 8 ve 10ʼu oranında hidroksiapatit ve ağırlığının % 5, 10, 15 ve 20ʼsi oranında wollastonite ilave edildi. Üniform karıĢım elde etmek amacıyla mekanik karıĢtırıcı (Bio vortex IV, Biosan, Riga, Letonya) kullanıldı (Resim3). KarıĢımlar Tablo 5ʼde belirtilen Ģekilde isimlendirildi.
Materyal Adı: Wollastonite
Kaynak : Xinyu Co. Ltd. Güney Çin
Kimyasal
Kompozisyonu:
%46 SiO2
%43 CaO
%0,84 MgO2
%2 Fe2O3
Partikül Büyüklüğü:
Ortalama 20 µm
Morfoloji Ġğnemsi (Acicular)
Moleküler Ağırlığı (g/mol)
116
Yoğunluğu (g/cm2) 2,8-3,1
31
Resim 2: 1/10000 hassasiyetindeki dijital terazi
Tablo 5: Toz karıĢımlarının isimlendirilmesi
% 5 wollastonite içeren siman tozu CĠS5W
% 10 wollastonite içeren siman tozu CĠS10W
% 15 wollastonite içeren siman tozu CĠS15W
% 20 wollastonite içeren siman tozu CĠS20W
% 4 HA içeren siman tozu CĠS4HA
% 6 HA içeren siman tozu CĠS6HA
% 8 HA içeren siman tozu CĠS8HA
% 10 HA içeren siman tozu CĠS10HA Cam iyonomer siman tozu (Kontrol) KCĠS
32
Resim 3: Toz karıĢımlarının hazırlanması için kullanılan mekanik karıĢtırıcı
3.2. Kırılma Tokuluğu Deneyi
Kırılma tokluğu deneyinde kullanılacak örnekler için ASTM E 399-9090 standartına uygun 25 x 2.5 x 5 mm boyutlarında 0,5 mm geniĢliğinde ve 2,5 mm uzunluğunda çentik içeren teflon kalıplar hazırlandı (Resim 4) (ġekil 5 ve 6). Her bir gruptan 10ʼar örnek olmak üzere toplam 90 örnek hazırlandı (Resim 5).
Simanın toz-likit oranı üretici firma talimatlarına uygun olarak 3,0:1,0 g oranında karıĢtırıldı. Siman karıĢımları teflon kalıplardaki boĢluklara yerleĢtirilerek iki cam arasında mengene yardımıyla 10 dakika kondanse edildi. Daha sonra kalıptan çıkarılan örnekler dijital kumpas (Alpha-tools, Mannheim, Almanya) (Resim 6) yardımıyla ölçüldükten sonra 37°C sıcaklıktaki distile su içerisinde 24 saat etüvde bekletildi (Nüve EN 400, Ankara, Türkiye) (Resim 7) ve üniversal test cihazı (Lloyd
33 Ġnstron, Lloyd UK. Ltd. , Ġngiltere) kullanılarak 0,5 mm/min hızında 3 nokta bükülme ile kırıldı (Resim 8).
Resim 4: ASTM E 399-90 standartlarına uygun olarak hazırlanan Teflon kaplı kalıplar
ġekil 5. Kırılma tokluğu deneyi için hazırlanan örneklerinin boyutları (ASTM E 399-90)
F
F/2 F/2
Destekler arası mesafe =4W
W=2B B
34
ġekil 6: Çentiğin özellikleri (ASTM E 399-90)
Resim 5: Kırılma tokluğu deneyi için 0.5mm geniĢlikte ve 2.5mm uzunlukta çentiğe sahip 25x5x2.5mm boyutlarında hazırlanan örnekler
35
Resim 6: Örneklerin dijital kumpasla ölçülmesi
Resim 7: ÇalıĢmada kullanılan etüv.
36
Resim 8: ÇalıĢmada kullanılan üniversal test cihazı
Bilgisayarda okunan kırılma değeri kiloNewton cinsine dönüĢtürüldükten sonra aĢağıdaki formülde her örnek için kırılma tokluğu (KQ) değeri MPa.m1/2 cinsinden hesaplandı.
KQ: (PQS/BW3/2).f(a/w)
F (a/W) = 3(a/W)1/2[1.99-(a/W)(1-a/W)*(2.15-3.93a/W+2.7a2/W2) ] 2(1+2a/W)(1-a/W3)3/2
PQ= Kırık oluĢtuğu andaki maximum yük(KN) B = Örnek kalınlığı (cm)
W = Örnek geniĢliği (cm) a = Çentik uzunluğu (cm)
37 3.3. İstatistiksel Analiz
Hidroksiapatit ve wollastonite gruplarından elde edilen veriler tek yönlü varyans analizi (ANOVA) ve Post Hoc Tukey HSD istatistiksel test yöntemi ile değerlendirildi.
3.4. Örneklerin Biyoaktif Özelliklerinin Değerlendirilmesi
3.4.1. .Örneklerin Hazırlanması
Biyoaktif özelliklerinin değerlendirilmesi amacıyla hidroksiapatit ve wollastonite içeren iki gruptan kırılma tokluğu değeri en yüksek olan CĠS8HA, CĠS10W, CĠS15W, CĠS20W ve kontrol grubu olan KCĠS seçildi. Bu gruplardan 10x2 mm boyutlarındaki disk Ģeklindeki örnekler teflon kalıplar kullanılarak oluĢturuldu24 (Resim 9).
3.4.2. SBFʼnin Hazırlanması SBFʼyi OluĢturan BileĢenler:
SBF Kokubo ve Takadama79 tarafından tarif edildiği üzere aĢağıda formülleri verilmiĢ olan toz halindeki bileĢenler ve distile su kullanılarak hazırlandı.
1) Sodyum klorit (NaCl), (Merck, 6400, Almanya)
2) Sodyum hidrojen karbonat (NaHCO3), (Merck, 6323, Almanya),
3) Potasyum klorit (KCl), (Merck, 4935, Almanya),
4) Di-potasyum hidrojen fosfat trihidrat (K2HPO4.3H2O), (Merck, 5099, Almanya)
5) Magnezyum klorit hekzahidrat (MgCl2.6H2O), (Merck, 5833, Almanya)
38 6) Kalsiyum klorit (CaCl2), (Merck, 2387, Almanya)
7) Sodyum sülfat (Na2SO4), (Merck,134462, Almanya ) 8) Tris-hidroksimetil aminometan: ((HOCH2)3CNH2); Merck, 8387, Almanya)
9) 1M (mol/l) Hidroklorik Asit (1M-HCl), Merck, 314, Almanya)
Resim 9: Örneklerin hazırlanması için kullanılan teflon kalıplar
SBF Solüsyonunun Hazırlanması:
1000 ml SBF hazırlamak için 700 ml distile su, karıĢtırıcı çubuk yardımıyla 1000 ml lik polietilen behere konuldu. Beher manyetik karıĢtırıcı içeren su banyosuna (JP Selecta, Ultrasons medi II, Barcelona) yerleĢtirildi (Resim 10). Beherin içindeki su karıĢtırılarak 36,5±1,5°C ye ısıtıldı. Tablo 6ʼdaki bileĢenlerden ilk önce 1ʼden 8ʼe kadar olanlar birer
39 birer tablodaki miktarları kadar ilave edildi. Çözeltiye pH metre (Thermo;
Orion 720A, Beverly, ABD ) yerleĢtirildi (Resim 11). Tris ilave edilmeden önce çözeltinin pHʼnın 2.0±1,0 olmasına dikkat edildi. 9. bileĢen (tris) ve 10. bileĢen (az miktardaki HCl) pHʼyı ayarlamak için aĢağıda anlatılan sıra izlenerek ilave edildi.
Çözeltinin sıcaklığı 35-38°C arasında iken (ortalama 36,5±0,5°C) iken, tris pH değiĢikliği gözlenerek azar azar ilave edildi. Az miktarda tris ilave edildikten sonra bileĢenin tamamen çözünmesi ve Ph nın sabitlenmesi için beklenildi. Daha sonra pH 7,30±0,05 olduğunda sıcaklık değeri tekrar kontrol edildi .
Tris pH 7,45±0,01 oluncaya kadar eklenmeye devam edildi.
Daha sonra pH yı düĢürmek için 1M-HCl azar azar ilave edildi. pH 7,42 olduğunda tekrar tris ilavesi yapılarak pH 7,45‟e çıkarıldı bu prosedüre tüm tris bitene kadar devam edildi. Tüm tris çözüldükten sonra pH 1M-HCl ilave edilerek 7,42±0,01ʼe sıcaklıkta 36,5±0,2ʼye sabitlendi. Bu prosedür sırasında pHʼnın 7.40 altına inmemesine dikkat edildi (Resim 12).
Tablo 6: SBFʼyi oluĢturan bileĢenler ve solüsyondaki miktarları
BileĢen Miktar Formül ağırlığı
1 NaCl 8.035 g 99.5 58.4430
2 NaHCO3 0.355 g 99.5 84.0068
3 KCl 0.225 g 99.5 74.5515
4 K2HPO4 _ 3H2O 0.231 g 99.0 228.2220 5 MgCl2 _ 6H2O 0.311 g 98.0 203.3034 6 1.0M-HCl 39 ml
7 CaCl2 0.292 g 95.0 110.9848 8 Na2SO4 0.072 g 99.0 142.0428
9 Tris 6.118 g 99.0 121.1356
10 1.0M-HCl 0–5 ml
40
Tablo 7: SBF ve insan kan plazmasının yaklaĢık konsantrasyonları.
Resim 10: ÇalıĢmada kullanılan manyetik karıĢtırıcı içeren su banyosu
Ġyonlar SBF solüsyonundaki Ġyon konsantrasyonu (mM)
Ġnsan kan plazmasındaki iyon konsantrasyonu (mM)
Na+ 142.0 142.0
K+ 5.0 5.0
Mg2+ 1.5 1.5
Ca2+ 2.5 2.5
Cl- 148.8 103.0
HCO3- 4.2 27.0
HPO42- 1.0 1.0
SO42- 0.5 0.5
41 Resim 11: SBFʼnin hazırlanmasında kullanılan pH metre cihazı
Resim 12: Tüm bileĢenler çözüldükten sonra pHʼnın 1M-HCl ve tris ilave edilerek ayarlanması
42 3.4.3. SBF Hazırlanırken Dikkat Edilen Bazı Hususlar:
1) Cam yüzeyinde veya çizilmiĢ pürüzlü plastik yüzeylerde apatit oluĢumu indüklenebileceğinden SBF hazırlanmasında kullanılan kabın cam olmamasına ve düzgün yüzeyli polietilen bir kap olmasına dikkat edildi.
2) BileĢenler distile suya, herbir bileĢen bir önceki tamamen çözüldükten sonra ilave edildi.
3) KCl, K2HPO4 _3H2O, MgCl2 _6H2O, CaCl2, Na2SO4 gibi neme hassas olan bileĢenlerin ölçülmesi (tartılması) mümkün olduğu kadar kısa sürede yapıldı.
3.4.4. SBFʼnin Muhafaza Edilmesi
Hazırlanan SBF distile su ile yıkanan, 1000 mlʼlik polietilen bir ĢiĢede kapağı sıkıca kapatılarak 5-10 °C de buzdolabında muhafaza edildi ve en fazla 30 gün içerisinde tüketildi.
3.4.5. Örneklerin SBFʼde Bekletilmesi
Örneklerin SBFʼde bekletilmesi için gerekli SBF miktarı :
Vs≥Sa/10 formülü ile hesaplandı.
Vs: Gerekli serum miktarı (ml)
Sa: Örneğin görünür yüzey alanı (mm2)
43 Her bir örnek 30 ml SBFʼde polietilen falkon tüplerde 37°C sıcaklıktaki etüvde 1, 7, 14, ve 28 günlük periyotlarla bekletildi (Resim 13).
SBF belirli aralıklarla tazelendi. Bekletilme sürecinden sonra örnekler SBFʼden çıkarıldı, distile su ile yıkandı ve oda sıcaklığında kurutuldu.
Resim 13: Örneklerin 30 ml serum içeren falkon tüplerde muhafaza edilmesi
3.5. Örneklerin Yüzeylerinin Değerlendirilmesi:
3.5.1. XRD Analizi
Örneklerin yüzey analizleri, monokromatik CuK α ıĢını kullanan XRD cihazı (Rigaqu-Geirflex X-ray difraktometre, Japonya) ile yapıldı (Resim 14). Analizi yapılan örnek cihazın örnek tutucusuna yerleĢtirildi (Resim 15). Örnek yüzeylerine, 0,02° adım aralığıyla, 3°-50°
2Ɵ açıları arasında tarama iĢlemi yapıldı. XRD sonucu bulunan yoğunluk değerleri grafiksel olarak elde edildi.
44 Resim 14: ÇalıĢmada kullanılan XRD cihazı
Resim 15: Örneklerin yüzey analizi için difraktometre cihazının tutucu parçasına yerleĢtirilmesi
45 3.5.2. SEM Analizi
Bu çalıĢmada, SBFʼye maruz bırakılan numunelerin yüzeylerinde oluĢan apatit tabakası, EDS baglantılı SEM (JSM-5600, Jeol, Japonya) kullanılarak incelenmiĢtir (Resim 16). Örnekler SEMʼde incelenmeden önce örnek yüzeyleri iletkenliğin sağlanması için vakumlu kaplama cihazında altın alaĢım ile kaplanmıĢtır (Edwards kaplama cihazı, Ġsrail) (Resim 17).
SEM ve EDS ile siman disklerinin yüzeylerinin mikroyapı bileĢenleri, 20kV alternatif gerilimde ve 0,26 nAʼlik bir ıĢık demet akımı kullanılarak incelenip, kimyasal kompozisyonları belirlenmiĢtir
Resim 16 : ÇalıĢmada kullanılan EDS bağlı SEM cihazı
46
Resim 17: Örneklerin altın alaĢım kaplanmasında kulanılan cihaz
47 4. BULGULAR
AraĢtırmada % 4, 6, 8, 10 oranlarında hidroksiapatit içeren ve % 5, 10, 15, 20 oranlarında wollastonite içeren ve herhangi bir toz karıĢımı içermeyen cam iyonomer siman örneklerine mekanik dayanıklılıklarını ölçmek amacıyla kırılma tokluğu deneyi yapılmıĢtır.
Ortalama kırılma tokluk değerleri en yüksek olan gruplar ve kontrol grubu SBFʼde bekletilerek yüzeyindeki değiĢiklikler XRD cihazı ve SEM-EDS ile incelenmiĢtir.
4.1.a. Kırılma Tokluğu Deneyi
Örnek gruplarının herbirinden elde edilen ortalama kırılma tokluk değerleri (Grafik 1 ve 2), standart sapma değerleri, en düĢük ve en yüksek kırılma tokluk değerleri tablo 8 ve 9ʼda verilmiĢtir.
Tablo 8: Kontrol ve hidroksiapatit grubu örneklerin kırılma tokluğu değerlerinin istatistiksel özeti
.
N Ortalama Standart Sapma
En düĢük En yüksek
KCĠS 10 0,4417134 0,02821841 0,4044280 0.4765961 CĠS4HA 10 0,4810356 0,03244897 0.4735296 0.5340401 CĠS6HA 10 0,5045819 0,02902071 0.4553836 0.5520114 CĠS8HA 10 0,5072430 0,04042408 0.4311890 0.5735371 CĠS10HA 10 0,5036933 0,02972615 0.4544438 0.5486858
