UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE FACULDADE DE ODONTOLOGIA
ESTABILIDADE DA UNIÃO À DENTINA DE SISTEMAS ADESIVOS EXPERIMENTAIS CONTENDO DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE
4-META E DIFERENTES SOLVENTES.
Niterói 2015
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE FACULDADE DE ODONTOLOGIA
ESTABILIDADE DA UNIÃO À DENTINA DE SISTEMAS ADESIVOS EXPERIMENTAIS CONTENDO DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE
4-META E DIFERENTES SOLVENTES.
ALICE MARQUES DINIZ
Dissertação apresentada à Faculdade de Odontologia da Universidade Federal Fluminense, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Odontologia - Mestrado.
Área de Concentração: Dentística Profa. Dra. Cristiane Mariote Amaral
Niterói 2015
BANCA EXAMINADORA
Profa. Dra. Cristiane Mariote Amaral
Instituição: Universidade Federal Fluminense
Decisão: _________________________Assinatura: ________________________
Profa. Dra. Kátia Regina Hostilio Cervantes Dias Instituição: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Decisão: _________________________Assinatura: ________________________
Prof. Dr. Eduardo Moreira da Silva
Instituição: Universidade Federal Fluminense
DEDICATÓRIA
Dedico essa vitória aos meus amados pais, que me permitiram chegar até aqui e realizar esse sonho que carrego comigo desde o 3° período da faculdade. Vocês são exemplo de força, determinação, amor e carinho, além de responsabilidade. Espero ter sido, junto ao meu irmão, a prova de que valeu muito a pena ter dedicado todo esforço e trabalho de vocês em prol da nossa educação. Espero poder ser para os meus filhos metade do que vocês são para mim, tenho muito orgulho de ser filha de vocês. Amo vocês incondicionalmente.
Ao meu anjo-irmão, o melhor presente que Deus poderia ter me dado para dividir toda a minha vida, meu fiel amigo de todas as horas e um grande exemplo de caráter. Você é um grande orgulho para mim, e um exemplo a ser seguido. Te amo demais.
A minha querida avó Ermelinda, ao qual fiz a promessa de que me formaria e não pararia por aí. Te amarei pra sempre.
“Quem acredita sempre alcança.”
AGRADECIMENTOS
Agradeço imensamente aos meus pais, meus heróis, minha vida, meu espelho, meu tudo, por todo apoio, dedicação e por me amarem incondicionalmente todos os dias da vida deles. Amo vocês
Ao meu irmão por toda ajuda nesse processo do mestrado, por sempre me motivar e estar ao meu lado, se preocupando e oferecendo sempre ajuda. Você é um grande exemplo para mim. O melhor irmão do mundo.Te amo.
A toda minha família, tios e tias, primos e primas, que mesmo sendo leigos no assunto, sempre estavam dispostos a me ouvir e sempre perguntando como estavam os estudos e o mestrado, sempre preocupados comigo. Vocês são únicos.
A todos os meus amigos da vida toda, pelo apoio e por a todo o momento falarem que acreditavam em mim e que eu conseguiria, especialmente Mariana Cotta Maia e Caroline Ferreira, que são anjos que Deus enviou para minha vida, e que nunca, em momento algum, deixaram que eu fosse fraca. Vocês são o verdadeiro sinônimo de amizade.
Aos meus novos e eternos amigos, feitos nessa instituição maravilhosa, a UFF (Universidade Federal Fluminense), por serem compreensivos, parceiros, por agüentarem meus momentos de choro e por rirem comigo até mesmo dos próprios erros. Vocês foram essenciais a todo tempo, sem vocês não conseguiria chegar até aqui. Gostaria de agradecer particularmente a alguns amigos que essa casa me deu, Cauli Capilé, pelos almoços, pelos conselhos de vida e por sempre dizer que, no fim, tudo daria certo. A minha “irmã de uff” Maria Elisa Miranda, que tanto me apoiou e me aconselhou, sempre com disposição para me ajudar, e a minha querida Cleide Cabral, pelas várias conversas e conselhos. Vocês fizeram diferença.
Ao meu grande amor, eterno namorado, Sandro Leite. Obrigada por tudo, pelo apoio, por dizer sempre que sou capaz de chegar onde eu quero, e por sempre falar que caso eu tenha que fazer um doutorado fora do país, você nunca largará a minha mão e estará sempre comigo. Obrigada pela paciência e compreensão
principalmente nessas últimas semanas, fizeram toda a diferença, você me passa calma e tranqüilidade. Vamos juntos caminhar para o nosso sucesso. Te amo muito meu lindo, essa vitória também é sua.
Aos meus queridos e amados professores, Cristiane Mariote Amaral, Laiza Poskus, José Guilherme Antunes Guimarães, Eduardo Moreira da Silva e Glauco Botelho. Cada vez que olho para vocês, chego mais perto do meu sonho, me tornar uma de vocês e poder reproduzir da melhor forma possível, tudo o que vocês ensinam e da forma como fazem. Vocês são os melhores, e é pra ser como vocês que eu continuo essa jornada.
A minha querida orientadora, Cristiane Mariote Amaral, pela paciência e calma comigo, por me ensinar, sempre com sorriso no rosto, a melhor forma de escrever e formatar, por acompanhar passo a passo tudo a todo o momento, e por, acima de tudo, acreditar em mim. Muito obrigada pela confiança e pela dedicação.
A CAPES pela bolsa de estudo concedida, tornando possível a realização desse trabalho.
A Deus, por me permitir ter essas pessoas maravilhosas ao meu lado, pela força e pela fé que me move. Obrigada pelo dom da vida. Nada disso seria possível se Ele não estivesse comigo a todo o momento.
RESUMO
Diniz A. M. Efeito de diferentes concentrações de 4-META e do tipo de solvente em sistemas adesivos experimentais de frasco único na resistência de união à dentina [Dissertação].Niterói: Universidade Federal Fluminense, Faculdade de Odontologia; 2015.
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema adesivo experimental, de condicionamento ácido total e frasco único, contendo 4-META em diferentes concentrações sendo essas; 12%, 20%, 30% e 40% (em peso) e avaliar a estabilidade da união (µTBS) à dentina. A influência dos solventes acetona e etanol também foi avaliada. O sistema adesivo Single Bond 2foi usado como controle. A composição básica do adesivo experimental foi: etanol ou acetona (20%), HEMA (30%), TEGDMA (25%), UDMA(20%), água (4%), canforoquinona (0,5%) e amina terciária EDMAB (0,5%) em peso. A esta composição foi adicionado o 4-META em uma das concentrações. Para avaliação da resistência de união à dentina, foram utilizados 63 molares humanos extraídos, que tiveram a dentina exposta e o esmalte removido. Restaurações com sistemas adesivos em estudo e compósitos foram confeccionadas. Os conjuntos dente/restauração foram seccionados até a obtenção de palitos, que foram armazenados em água destilada por períodos de 24 horas e 6 meses.Após o período de imersão foi realizado o ensaio de microtração. O padrão de ruptura também foi avaliado. Os dados foram submetidos à Análise de Variância e Teste Tukey (α=0,05).Todos os sistemas adesivos foram capazes de manter a µTBS após 6 meses de estocagem. O grupo12% - etanol 6 meses (22,55) apresentou significativa menor µTBS que os grupos 40% - acetona imediato (38,80) e 20% - etanol imediato (37,06). Os demais grupos apresentaram µTBS similar. O padrão de ruptura adesiva foi predominante em todos os grupos. Pode-se concluir que todos os sistemas adesivos foram capazes de manter a estabilidade de união à dentina. A concentração de 4-META e o tipo de solvente não influenciaram a µTBS à dentina imediata e após 6 meses de estocagem, exceto para o grupo 12% - etanol 6 meses, que apresentou a menor µTBS.
ABSTRACT
Diniz A. M. Effect of different concentrations of 4-META and the type of solvent in experimental one-bottle adhesive systems on microtensile bond strength to dentin.Niterói: Universidade Federal Fluminense, Faculdade de Odontologia; 2015.
The objective of this study was to develop an experimental adhesive system, total acid and single bottle conditioning containing 4-META in different concentrations, being such; 12%, 20%, 30% and 40% (by weight) and evaluate the bond stability (μTBS) to dentin. The influence of acetone and ethanol as solvent was also evaluated. The Single Bond 2 system was used to compare with commercial adhesive system. The basic composition of the experimental adhesive was: ethanol or acetone (20%), HEMA (30%), TEGDMA (25%), UDMA (20%), water (4%), camphorquinone (0.5%) and tertiary amine (0.5%). To this composition was added 4-META in different concentrations. To evaluate the bond strength to dentin, 63 extracted human molars were used, that had the dentin exposed and enamel removed. Restorations with adhesive systems under study and composites were made. The tooth/restoration were sliced to obtain sticks which were stored in distilled water for periods of 24 hours and 6 months. After the immersion period, the microtensile test was performed. The pattern of rupture was also evaluated. The data were submitted to ANOVA and Tukey test (α = 0.05). All adhesives were able to maintain μTBS after 6 months of storage. The group 12% - Ethanol 6 months (22.55) was significantly lower than the 40% μTBS groups - immediate acetone (38.80) and 20% - immediately ethanol (37.06). The other groups had similar μTBS. The pattern of adhesive failure was predominantly in all groups. It can be concluded that all the adhesive systems were able to maintain the stability of bonding to dentin. The concentration of 4-META and the type of solvent did not influence the μTBS the immediate dentin and after 6 months of storage, except for the group 12% - ethanol six months, which had the lowest.
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1. INTRODUÇÃO
As resinas compostas são os materiais mais utilizados na confecção de restaurações diretas em dentes anteriores e posteriores1 e, dessa forma, o uso dos sistemas adesivos faz parte da rotina dos cirurgiões dentistas. O sucesso clínico das restaurações depende da efetividade e durabilidade da resistência de união à estrutura dental.13 Segundo Van Meerbeek et al. (1998) e Toledano et al. (2000), para serem considerados eficazes, os sistemas adesivos devem, além de reter a restauração por um período de tempo significativo, selar completamente as margens da cavidade, prevenir a sensibilidade pós-operatória, evitar manchamento marginal, cárie recorrente e possíveis patologias pulpares.17,20
As simplificações das técnicas adesivas obtidas com a evolução dos sistemas adesivos trouxeram a necessidade da incorporação de monômeros hidrófilos, ácidos e ionizáveis.5Esse aumento da hidrofilia na interface de união é mais significativo quando sistemas adesivos autocondicionantes são utilizados, resultando na formação de uma camada híbrida mais hidrófila15,16,17 que é mais susceptível à ação hidrolítica devido à maior absorção de fluidos.3,4
O monômero 4-META tem sido usado como monômero promotor da adesão e mais recentemente como monômero desmineralizante.5,19 Quando é adicionada água ao 4-META ocorre uma reação de hidrólise e o 4-MET é formado.19 O 4-MET é capaz de estabelecer ligação iônica com cálcio21 devido à dissolução superficial da hidroxiapatita induzida pela adsorção de 4-MET e subsequente deposição de sais de cálcio.10 A interação química desse monômero funcional do sistema adesivo com a hidroxiapatita pode resultar em uma modificação do substrato a favor da longevidade da restauração dentária.6Além disso, tem sido relatada a formação de uma zona ácido-base resistente abaixo da camada híbrida, quando a dentina é tratada com sistemas adesivos autocondicionantes contendo os monômeros10-MDP e 4-META.10,18 Esta zona é diferente da camada híbrida convencional e caracterizada por uma resistência maior ao ataque ácido.18 Portanto, esta zona é denominada como a "zona ácido-base resistente" (ABRZ), supondo assim ter um papel importante na prevenção de cárie, vedação das margens da restauração e promoção de durabilidade a restauração.10
A existência da ABRZ na dentina foi confirmada utilizando vários sistemas adesivos autocondicionantes que contêm 10-MDP e 4-META.10 Também foi
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observado que a ABRZ continha cristais de hidroxiapatita e possuía com isso uma estrutura de dentina reforçada, mais resistente à cárie do que a dentina normal.16Nikaido et al, observaram que a ABRZ foi mais espessa quando o monômero funcional 10-MDP foi utilizado do que quando foi utilizado o 4-META (0,8-1,0 µm e 0,6-0,7 µm respectivamente). Neste estudo a concentração de 10-MDP e 4-META foi de 12%.10Levando em conta o estudo de Fujita et al (2007) que mostrou que a estocagem em água causa a redução da concentração de 4-MET de 30% para 23% quando etanol é utilizado como solvente e para 16% quando a acetona é utilizada como solvente, é possível imaginar que a concentração inicial de 12% de 4-META pode ser muito baixa para se obter melhorias na adesão. Por isto o presente estudo pretende investigar o uso de diferentes concentrações de 4-META na resistência de união à dentina.
Além disto, o 4-META pode utilizar como solventes a acetona e o etanol. Os resultados da utilização do 4-META com a água como solvente são ruins porque a solubilidade do 4-META em água é muito pobre.5 Fujita et al (2007) demonstraram que a utilização do etanol e da acetona como solventes causam diferentes resultados no mecanismo de degradação do 4-MET. Quando o 4-MET é dissolvido em uma solução contendo etanol, a capacidade de condicionar a estrutura dental diminui, devido a esterificação do ácido carboxílico do 4-MET, mas a concentração de 4-MET permanece maior do quando é usado acetona como solvente. Quando o 4-MET é dissolvido em acetona, essa esterificação do ácido carboxílico não ocorre. No entanto, a porção éster do anel de benzoíla é hidrolisada, independente de ter ocorrido esterificação ou não e a quantidade de 4-MET hidrolisado foi maior do que para a solução de etanol. Por isto a importância de investigar se um destes solventes pode contribuir para alcançarmos melhores valores de resistência de união à dentina.5
Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi desenvolver um sistema adesivo experimental, de condicionamento ácido total e frasco único, com diferentes concentrações do monômero 4-META (12%, 20%, 30% ou 40% em peso) e diferentes solventes (acetona ou etanol)e avaliar seu efeito na estabilidade da união à dentina.
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2. METODOLOGIA
Para este estudo, foram desenvolvidos sistemas adesivos experimentais de frasco único, de condicionamento ácido total, contendo 4-META em diferentes concentrações: 12%, 20%, 30% e 40%(em peso). Também foram utilizados dois solventes: acetona ou etanol. O adesivo foi produzido contendo 1 (um) grama de sua composição, e a ele foram adicionadas as diferentes concentrações (porcentagens) de 4-META, como apresentado na Tabela 1. O sistema adesivo Adper Single Bond 2 foi considerado o grupo controle e o compósito Filtek Z250 (3M-Espe) foi utilizado como material restaurador para confecção de bloco de resina. A composição destes materiais é apresentada na Tabela 2.
Tabela 1: Composição do sistema adesivo experimental, contendo diferentes concentrações de 4-META.
Grupo
Concentração dos componentes do sistema adesivo
4 Meta Demais componentes
12% 4-Meta 12% Etanol ou acetona (20%), Trietileno glicol
dimetacrilato (25%) água (4%),
canforoquinona (0,5%) e amina terciária (0,5%), Uretano dimetacrilato (20%), 2-Hidroxietil metacrilato (30%)
20% 4-Meta 20%
30% 4-Meta 30%
40% 4-Meta 40%
2.1 Avaliação da resistência de união à dentina
Para a avaliação da resistência de união à dentina, foram utilizados 63 molares humanos (Aprovação do Comitê de Ética HUAP -912.399),recém extraídos, que foram limpos e armazenados durante 7 dias em solução aquosa de cloramina a 0,5% para desinfecção. Após este período, os dentes foram mantidos em água destilada deionizada até o momento da sua utilização. A dentina oclusal desses dentes foram exposta com lixas de SiC # 200, 400 e 600 em politriz (DPU 10, Struers, Denmark) e o esmalte periférico removido com uma ponta diamantada. Após o preparo das superfícies dentinárias, os dentes foram divididos aleatoriamente em 9 grupos (n = 7) e os palitos foram divididos em 2 subgrupos, em
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função dos sistemas adesivos avaliados e do tempo de armazenagem, como descrito na Tabela 3.
Tabela 2: Apresentação da composição dos materiais utilizados no estudo.
Material Composição (% em peso) Fabricante
Adper Single Bond 2 (ASB2)
Etanol (25 a 35%), Bismetacrilato de (1-Metiletilideno) Bis [4,1-Fenilenooxi (2-Hidroxi-3,1-Propanodiilo)] (10 a 20%), Sílica tratada com silício (10 a 20%), Metacrilato de 2-hidroxietila (5 a 15%), 1,3-Dimetacrilato glicerol (5 a 10%), Copolímero do ácido acrílico e itacônico (5 a 10%), Diuretanodimetacrilato (1 a 5%), água (< 5%) 3M ESPE, St Paul, MN, USA Lote: N364096BR
Filtek Z250 Bis-EMA, Bis-GMA, TEGDMA, UDMA, zircônia/sílica com 0,01 a 3,50μm e tamanho médio de 0,6μm e 60% em volume das partículas de carga
3M ESPE, St. Paul, MN, EUA Lote:N384204 BR
Tabela 3: Apresentação dos grupos formados por diferentes concentrações de 4-META, utilizando dois solventes diferentes (acetona e etanol), em dois períodos de estocagem.
Grupo Solvente Subgrupo
G1 12% 4-Meta Etanol Imediato
6 meses
G2 20% 4-Meta Etanol Imediato
6 meses
G3 30% 4-Meta Etanol Imediato
6 meses
G4 40% 4-Meta Etanol Imediato
6 meses
G5 12% 4-Meta Acetona Imediato
6 meses
G6 20% 4-Meta Acetona Imediato
6 meses
G7 30% 4-Meta Acetona Imediato
6 meses G8 40% 4-Meta Acetona Imediato 6 meses
G9 ASB2 Imediato
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Em todos os grupos foram realizados o condicionamento da dentina com ácido fosfórico a 37% por 15 segundos, lavagem com água por 30 segundos e secagem com papel absorvente. O sistema adesivo Single Bond 2 foi aplicado seguindo as instruções do fabricante e da mesma forma os sistemas adesivos experimentais: foram aplicadas duas camadas consecutivas do sistema adesivo, seguidas pela secagem com ar por 5 segundos e fotoativação por 20 segundos.
Um bloco de compósito Filtek Z250 cor A3,5 foi construído sobre as superfícies dentinárias, em incrementos de 1 mm, que foram fotoativados por 20s com irradiância de 600Mw/cm2 aferido pelo radiômetro do equipamento utilizado (Optilux 501, Demetron Inc., Danburry, USA) até 5 mm de altura. Após armazenagem em água destilada a 37˚C por 24 horas, os dentes foram seccionados em dois planos perpendiculares à interface adesiva em cortadeira metalográfica refrigerada a água (IsoMet 1000, Buëhler, Lake Bluff, IL, USA), produzindo barras de compósito-dentina (palitos) com aproximadamente 1 mm2 de seção transversal. De cada dente foram obtidos aproximadamente 20 palitos, da região central da dentina, que foram distribuídos pelos 2 subgrupos (imediato e 6 meses). Os palitos foram armazenados em água destilada a 37°C em eppendorfs individualizados, pelos diferentes tempos de imersão 24 horas e 6 meses.
A área de seção transversal de todos os palitos foi mensurada com um paquímetro digital (MPI/E-101, Mytutoyo, tokyo, Japan) e em seguida, os palitos foram fixados com adesivo à base de cianoacrilato (Superbonder Gel, 3M, São Paulo, Brasil) em garras para ensaio de microtração e submetidos a ensaio de resistência de união (DL 2000, EMIC, São José dos Pinhais, São Paulo) com célula de carga de 50 N e velocidade de deslocamento de 1,0 mm /min. Após a ruptura, os valores de resistência adesiva (MPa) foram obtidos pela divisão da carga de ruptura (N) pela área de seção transversal dos palitos (mm2). O valor de resistência de união de cada unidade experimental (dente) foi obtido através do cálculo da média dos valores dos palitos.
O padrão de ruptura dos palitos foi analisado em estereomicroscópio (SZ40, Olympus, Tókio, Japan – 40x), de acordo com o seguinte critério:
Falha adesiva: superfície dentinária livre de compósito remanescente Falha coesiva: ruptura do espécime na dentina ou no compósito
Falha mista: falha adesiva associada à perda de dentina ou presença de compósito remanescente
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2.2 Análise Estatística
Para a análise dos dados, os valores originais de resistência de união foram submetidos, ao teste de Shapiro-Wilk, para verificação da normalidade, e ao teste de Levene para verificar a homogeneidade das variâncias. Em seguida, os dados foram submetidos a Análise de Variância de 3 fatores (concentração de 4-meta, solvente e tempo) e ao teste de Tukey. Todas as análises foram realizadas com α=0,05.
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3. ARTIGO PRODUZIDO
Experimental etch-and-rinse adhesive systems containing different concentrations of 4-META and different solvents: the influence in resin-dentin bonding stability.
Alice Marques Diniza/ Eugênio Braz Rodrigues Arantesb/ Eduardo Moreira da Silvac/ Cristiane Mariote Amarald
a
DDS, MSc student, Analytical Laboratory of Restorative Biomaterials, School of Dentistry, Federal Fluminense University, Niterói, Rio de Janeiro, Brazil. Idea, performed the experiments in partial fulfillment of requirements for a degree, wrote and proofread manuscript.
b
Undergraduate student, Analytical Laboratory of Restorative Biomaterials, School of Dentistry, Federal Fluminense University, Niterói, Rio de Janeiro, Brazil.Idea, data collection, performed a certain test, wrote and proofread manuscript
c
DDS, MSc, PhD, Associate Professor,Analytical Laboratory of Restorative Biomaterials, School of Dentistry, Federal Fluminense University, Niterói, Rio de Janeiro, Brazil. Idea, hypothesis, experimental design, wrote and proofread manuscript.
d
DDS, MSc, PhD, Associate Professor, Analytical Laboratory of Restorative Biomaterials, School of Dentistry, Federal Fluminense University, Niterói, Rio de Janeiro, Brazil. Idea, hypothesis, experimental design, statistical analysis wrote and proofread manuscript.
*Corresponding author: Dra. Cristiane Mariote Amaral – Universidade Federal
Fluminense / Faculdade de Odontologia – Rua Mário Santos Braga, nº 30 - Campus Valonguinho, Centro, Niterói, RJ, Brazil - CEP 24020-140 - Phone: 55 21 2629-9832 - Fax: 55 21 2622-5739 - e-mail: camaral@vm.uff.br
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Abstract
Purpose: The aim of this study was to develop an experimental adhesive system with different concentrations of 4-META monomer (12%, 20%, 30% or 40%) and two solvents (acetone or ethanol) and to evaluate the resin-dentin bonding stability (after 6 months storage).
Materials and Methods: Sixty-three human molars were used to evaluate dentin bond strength. After the application of adhesive systems to dentin, a block of resin composite was built up. After 24 h storage in distilled water at 37°C, the teeth were cut to obtain beams. Half of the beams were submitted to immediate µTBS test and the other half after 6 months storage. Adper Single Bond 2 (SB2) was used to compare to commercial adhesive system.
Results: All adhesive systems maintained µTBS stability after 6 months of water storage. The μTBS of group 12% ethanol-6 months (22.55) was significantly lower than the group40% acetone-immediate (38.80). The other groups presented similar
µTBS in both times of storage: immediate and 6 months. The adhesive pattern of failure was predominant in all groups.
Conclusion: All adhesive systems maintained µTBS stability after 6 months of water storage. The concentration of 4-META and the type of solvent have not influence in the dentin μTBS immediate and after 6 months of storage, except the 12% ethanol-6months that presented the lowest µTBS.
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INTRODUCTION
Composite resins are the most widely used materials to fill anterior and posterior teeth. Thus, the use of adhesive systems is part of clinical routine.13AccordingVanMeerbeeket al.(1998) and Toledano et al. (2000) the adhesive systems must retain the restoration for a significant period of time, completely seal the edges of the cavity, preventing postoperative sensitivity, avoid marginal staining, recurrent decay and possible pulpal disorders to be considered effective.17,20
The monomer 4-META (4-methacryloxyethyl trimellitate Anhydride) has been used as adhesion promoter monomer and most recently as monomer demineralizing.5,19When water is added to the 4-META a hydrolysis reaction occurs and 4-MET (4-methacryloxyethyl trimellitate) is formed.19 4-MET is able to establish ionic bonds with calcium21 due to surface dissolution of hydroxyapatite induced by the adsorption of 4-MET and subsequent deposition of calcium salts.10 The chemical interaction of functional monomer adhesive system with hydroxyapatite may result in a modification of the substrate for the longevity of dental restoration.6Moreover, it has been reported the formation of a tough acid-base zone below the hybrid layer when the dentin is treated with adhesive systems containing 10-MDP and 4-META monomers.10,18 This area is different from conventional hybrid layer and characterized by greater resistance to acid attack.18Therefore, this area is referred to as "acid-base resistant zone" (ABRZ).10
Nikaido et al. reported that the ABRZ was thicker when the functional monomer 10-MDP was used than when the 4-META was used (0,8-1,0μm and 0,6-0,7μm respectively). In this study the concentration of 10-MDP and 4-META was 12%.10In other study, Fujita et al (2007) showed that the water storage causes a reduction in the concentration of 4-MET of 30% to 23% when ethanol is used as solvent and to 16% when acetone is used as solvent. It is possible to imagine that the initial concentration of 12% 4-META can be too low to obtain improvements in adhesion. For this, the present study intend to investigate the effect of different concentrations of 4-META in bond strength to dentin.
Moreover, the 4-META can be used with acetone and ethanol solvents. The results of the use of 4-META with water as a solvent is awful because the solubility of 4-META in water is very poor.5 Fujita et al (2007) demonstrated that the use of ethanol and acetone as solvents cause different results on the mechanism of
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degradation of 4-MET. When the 4-MET is dissolved in a solution containing ethanol, the ability of etching the tooth structure decreases due to esterification of the carboxylic acid of 4-MET, but the concentration of 4-MET remains higher than when using acetone as solvent. When the 4-MET is dissolved in acetone, the esterification of the carboxylic acid does not occur. However, the ester moiety of the benzoyl ring is hydrolyzed independent of esterification have occurred or not, and the amount of 4-MET hydrolyzate was higher than for the ethanol solution.5
Thus, the aim of this study is to evaluate the effect of different concentrations of 4-META monomer (12%, 20%, 30% or 40%) in an experimental adhesive, total etching and single bottle, in the bond strength to dentin immediate and after storage for 6 months. The influence of the solvent (acetone or ethanol) was also evaluated on these properties.
MATERIALS AND METHODS
For this study, experimental adhesive, total etching and single bottle was developed, containing different concentrations of 4-META: 12%, 20%, 30% or 40% by weight. Two solvents were also used: acetone or ethanol. A basic adhesive was produced (composition in Table 1)and to it were added different concentrations of 4-META
(12%, 20%, 30% or 40%). The adhesive system Adper Single Bond 2 (ASB2) was used for comparison with commercial adhesive system. Filtek Z250 (3M Espe) was used as restorative material (Table 1).
Microtensile bond strength (µTBS) measurement
Sixty-three extracted caries free human third molars (Ethical Committee Approval HUAP #912.399) were disinfected in 0.5% chloramine solution for 7 days, stored in distillated water and used within six months after extraction. The occlusal dentin of these teeth were exposed using a cut machine (1000 Isomet, Buehler, Lake Bluff, IL, USA) and the peripheral enamel removed with a high speed diamond saw (#4138, KG Sorensen, Cotia, SP, Brazil). The smear layer of dentin was standardized with 600-grit SiC, 400-grit SiC AND 200-gritSiC papers (Arotec, Cotia, SP, Brazil). Dentin surface was etched with 37% phosphoric acid for 15 seconds (Condac37, FGM, Joinville, SC, Brazil), rinsed with distillate water for 30 seconds and the surface were blot dried according to the wet bonding technique. After
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preparation of the dentin surfaces, teeth were divided into nine groups (n=7) according to the adhesive system used: 12%, 20%, 30% and 40% of 4-META with different solvents (acetone and alcohol) and ASB2. Two consecutive layers of adhesive systems were applied on active mode, followed by air drying for 5 seconds and light cured for 20 seconds using a quartz-tungsten-halogen unit with an irradiance of 650mW/cm² (Optilux 501,Demetrom Kerr, Dunbury, CT, USA). For the experimental adhesive systems was used the same technique of application. Five increments of resin composite (Filtek Z250, 3M Espe, St Paul, MN, USA) were horizontally added to the bonded surfaces and individually light cured for 40 sec, using quartz-tungsten-halogen unit with an irradiance of 650mW/cm².
Table 1: Composition and characteristics of the materials used in the study. Material Composition (in weight) /
Characteristics Manufacturer, Batch Basic experimental adhesive*
Ethanol or acetone (20%) TEGDMA (25%) water (4%), camphorquinone (0.5%) and tertiary amine (0.5%), UDMA (20%) HEMA (30%),
Condac 37 37% phosphoric acid FGM, Joinville, SC,
Brazil 101013 AdperSingle Bond 2 (ASB2) BisGMA (10-20%), HEMA (5-15%), ethanol (25-30%), water (<5%), glycerol 1,3-dimethacrylate (5-10%), UDMA(1-5%) copolymer of acrylic and
itaconic acids, silane treated silica (nanofilled – 10-20%),
diphenyliodoniumhexafluorophosphate
3M ESPE, St Paul, MN, USA
N364096BR
Filtek Z250 Bis-EMA, Bis-GMA, TEGDMA, UDMA, zirconia / silica with 0.01 to 3,50μm and medium size 0,6μm and 60% by
volume of the filler particles
3M ESPE, St. Paul, MN, USA N384204BR
*
The different concentrations of 4-Meta (12%, 20%, 30% or 40%) were added posteriorly.
HEMA= 2-hydroxyethyl methacrylate;TEGDMA=triethylene glycol dimethacrylate; BisGMA= bisphenol a diglycidyl ether dimethacrylate; UDMA= diurethanedimethacrylate; EDMAB=ethyl 4-dimethyl
aminobenzoate.
After storage in distilled water at 37˚C for 24 hours, the teeth were longitudinally sectioned in both the mesio-distal and buccal-lingual directions using a diamond saw in a cutting machine (1000 Isomet, Buehler , Lake Bluff, IL, USA), producing sticks with a cross sectional area of approximately 1 mm². From each tooth were obtained
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18 to 20 beams. These beams were divided into two storage time: immediate and 6 months storage in distillated water. The beams was measured with digital caliper (MPI/E-101, Mytutoyo, Tokyo, Japan) and recorded for bond strength calculation. Each bonded beam was attached to device for a microtensile testing, with cyanoacrylate resin (Superbonder Gel, Locitite, SP, Brazil) and subjects to a tensile force in a universal testing machine (EMIC, DL2000, São José dos Pinhais, SP, Brazil) with a load of 50N and a speed of a 1.0mm/min. Each failed beam was evaluated under stereomicroscope at 40x magnification (SZ40, Olympus, Tokyo, Japan), and the mode of failure was classified as: adhesive, cohesive, or mixed failure modes.
Statistical Analysis
The obtained data were analyzed using Statgraphics 5.1 Software (Manugistics, Rockville, MD, USA). Initially, the normal distribution of errors and the homogeneity of variances were checked using Shapiro-Wilk´s and Levene´s test respectively. Based on these preliminary analyses, the µTBS data were analyzed by three-way ANOVA and Tukey´s test for multiple comparisons. The analyses were performed at a significance ofα=0.05.
RESULTS
The results of the µTBS test are summarized in Table 2. Three-way ANOVA showed a statistical significance for the factor Time (p=0.0039). The factors4-META (p=0.1366) and Solvent (p=0.0582) were not significant. Additionally, the interactions of 4-META vs. Solvent (p=0.7777), 4-META vs. Time (p=0.4450), Time vs Solvent (p=0.3593) and4-META vs Time vs Solvent (p=0.1297) were not significant. The µTBS of the group 40% acetone-immediate was significant greater than µTBS of the group 12% ethanol-6 months storage. The µTBS of the other groups did not differ from 40% acetone-immediate and 12% ethanol-6 months storage. In all groups the µTBS maintained stable after 6 months storage.ASB2 presented immediate µTBS of 33.80 MPa (3.79) and 35.12 Mpa (1.60) after 6 months storage, not differing from experimental adhesive systems.
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With regard to failure mode of beams (Figure 1), all adhesive systems have predominant adhesive failure, in immediate time and after 6 months storage, except the groups 20% acetone-6 months and 30% acetone-immediate. It was also observed that groups 30% acetone-immediate, 30% acetone-6months storage and ASB2-6 months storage showed more cohesive failures than the other groups.
Table 2: Mean µTBS (MPa) of the adhesive systems in the immediate time and after 6 months of water storage.
Adhesive System* Mean µTBS (SD)
Imediate 6 months 12% acetone 32.03 (5.60) ab 26.03 (5.11) ab 20% acetone 35.56 (8.15) ab 32.67 (1.09) ab 30% acetone 31.91 (8.85) ab 32.08 (6.51) ab 40% acetone 38.80 (7.89) a 32.50 (7.71) ab 12% ethanol 29,98 (8.74) ab 22.55 (9.16) b 20% ethanol 37.06 (8.85) ab 25.74 (9.65) ab 30% ethanol 34.06 (7.17) ab 27.89 (3.91) ab 40% ethanol 30.02 (7.03) ab 32.12 (2,98) ab
* Percentage referee to concentration of 4-META
Means followed by different letters differ among them by Tukey´s test at 0.05 confidence level.
ASB2 presented immediate µTBS of 33.80 MPa (3.79) and 35.12 MPa(1.60) after 6 months storage.
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Figure 1: Distribution of failure modes for each group (%).
DISCUSSION
In this study, the functional monomer4-META was used because it capacity to dissociate calcium hydroxyapatite surface allowing an ionic bond with this calcium available.11This ionic bond is able to promote more efficacy in adherence,durability and stability ofrestauration.11Moreover, the4-METAis capable to create the ABRZ, which may be more resistant against demineralization from an acid attack from microorganisms in primary and secondary caries.11Although the calcium salt formed with 4-META has been less stable than that formed by the10-MDP and the ABRZ formed has been thinner,21 the 4-META monomer is more easily found commercially.
The concentrations of 4-META selected to experimental adhesive of this study was based in studies that used 12% and 30% of 4-META.5,10 In the study of Nikaido et al (2011) it was observed that with concentration of 12%, the acid-base resistant zone (ABRZ) formed by MDP monomer was thicker than that formed by 4-META. It
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 12% acetone 24h 12% acetone 6 months 20% acetone 24h 20% acetone 6 months 30% acetone 24h 30% acetone 6 months 40% acetone 24h 40% acetone 6 months 12% ethanol 24h 12% ethanol 6 months 20% ethanol 24h 20% ethanol 6 months 30% ethanol 24h 30% ethanol 6 months 40% ethanol 24h 40% ethanol 6 months ASB2 24h ASB2 6 months Percentage G r o u p s Adhesive Mixed Cohesive
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was also observed that after hydrolysis of 4-META and formation of 4-MET, occurred degradation of 4-MET.5 The reduction of the monomer 4-MET in solution was dependent of the solvent used, being from 30% to23%of 4-METwhen used with ethanol, and from 30%to 16%when used with acetone.5 Therefore, it was supposed that greater concentrations of 4-META can promote better results in bond strength to dentin and in the durability of adhesion, although the 4-METAdegradation. Then, the concentrations 12%, 20%, 30% and 40% of 4-META were used in experimental adhesive in this study.
In general, self-etching primers and one-step bonding agents that contain 4-META are solvated by evaporable solvents, such as ethanol or acetone. This is necessary because the solubility of 4-MET in water is very poor. When compared the degradation of 4-MET associated with different solvents, it was observed that the degradation was greater when acetone was used than when ethanol was used.5However, it was not known if there was a relationship between the amount of 4-MET remaining and the bond strength to dentin. Then, in this study was chosen to compare the effect of these two solvents (ethanol and acetone) in bond strength to dentin immediate and after storage.
When4-META was used with ethanol as solvent, the esterification of 1- or 2-carboxylic acid in 4-MET occurred and this esterification results in decreased etching efficacy of the tooth components. Using acetone as solvent, this esterification reaction did not occur.5Since inthis studythe4-META was used in total etching adhesive system, this esterification and subsequent reduction of dental conditioning capacity would be no problem.
The results of µTBS in the immediate time showed that the groups 40% acetone (38.80) and 20% ethanol (37.06) presented the highest bond strength, but without significant difference from ASB2 (33.80) and other groups. After 6 months storage, the µTBS of all groups was similar too. No group had decrease of µTBS
after 6 months storage. This shown that the concentration of 4-META and the solvents had not influence in µTBS immediate and after 6 months storage.
However, the group 12% ethanol-6 months storage presented significant lower
µTBS than 40% acetone-immediate and 20% ethanol-immediate. The low µTBS of group 12% ethanol-6 months storage may be related to few amount of 4-META available, which is degraded and least amount becomes available in solution.5 In addition, the association of 4-META with ethanol causes esterification of carboxylic
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acid, decreasing the capacity of 4-META dissociate calcium hydroxyapatite and to bond to calcium. These two factors may be responsible by lower µTBS of group 12% ethanol-6 months storage: few amount of 4-META available in solution and decreased capacity of 4-META to bonding to calcium of dentin after it esterification.
In the study of Tarçın et al., the commercial adhesive system with acetone presented greater tensile bond strength to dentin than commercial adhesive system with ethanol. Although the adhesive systems are from the same manufacturer, other components are slightly different.14 Then, it is complicate to affirm that the solvent is the only one responsible for the higher tensile bond strength to dentin.
In this study, the values of µTBS to dentin of experimental adhesives may be considered high, change from 22.55 (12% ethanol- 6 months) to 38.80 MPa (40% acetone-immediate). Experimental self-etching one-bottle adhesive systems cointaing 10-MDP associated or not with 4-META were produced by Iwai et al.7The 4-META enhances the dentin bond strengths of MDP-based adhesive, but the µTBS to dentin changed from 10.9 to 12.4 MPa.7 In this study, the values of µTBS of experimental groups with 4-META associated to acetone and ethanol was similar or higher than those described by Nurrohman et al (2012) for an commercial adhesive containing 4-META (28.2 MPa) and other experimental containing 4-META and acetone as solvent (27.8 MPa).12
In this study, the µTBS immediate of ASB2 (33.80 MPa) was greater than other study (25.7 MPa).8It was also observed that the bond strength of ASB2 immediate or after 6 months storage was not different. In another study, a significant reduction of µTBS of ASB2 was observed after 6 months.9
With regard to failure mode of beams, all adhesive systems have predominant adhesive failure, in immediate time and after 6 months storage, followed by mixed and cohesive failures respectively. It was observed that most of the group safter 6months showed higher numbers of adhesive failure compared to immediate failure.The occurrence of cohesive fractures induces the reasoning that had developed materials that would be promoting a membership a stronger than the cohesive strength of dentin. However, although the bond strength promoted by the use of new adhesive systems has increased, the increased number of cohesive failures would be due to in homogeneous stress distribution.1, 2In groups 20%, 30% and 40% acetone it was observed reduction of cohesive failures after 6 months storage.
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Under the present experimental conditions, it was concluded that in an experimental one-bottle total etch adhesive system, containing TEGDMA, UDMA and HEMA, the concentration of the functional monomer 4-META and the kind of solvent (acetone or ethanol) have not influence in dentin bonding strength. All experimental adhesive systems maintained the stability of dentin-resin bonding.
CLINICAL RELEVANCE: In an experimental one-bottle total etch adhesive system, containing TEGDMA, UDMA and HEMA, the concentration of the functional monomer 4-META and the type of solvent (acetone or ethanol) has not influence in dentin bond strength.
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