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Preparo e avaliação de compósitos contendo nova matriz inorgânica monomodal submicrométrica

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Academic year: 2021

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Lisia Lorea Valente

Preparo e avaliação de compósitos contendo nova

matriz inorgânica monomodal submicrométrica

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

Programa de Pós-Graduação em Odontologia

Dissertação

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LISIA LOREA VALENTE

PREPARO E AVALIAÇÃO DE COMPÓSITOS CONTENDO NOVA MATRIZ INORGÂNICA MONOMODAL SUBMICROMÉTRICA

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Odontologia da Faculdade de Odontologia da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Odontologia (área de concentração: Dentística).

Orientador: Prof. Dr. Rafael Ratto de Moraes

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Dados de Catalogação da Publicação

V154p Valente, Lisia Lorea

Preparo e avaliação de compósitos contendo nova matriz inorgânica monomodal submicrométrica / Lisia Lorea Valente ; orientador: Rafael Ratto de Moraes. – Pelotas: UFPel, 2012.

30 f. ; fig. ; tab.

Dissertação (Mestrado) Dentística. Faculdade de Odontologia. Universidade Federal de Pelotas. Pelotas.

1. Compósitos odontológicos. 2. Materiais biomédicos e odontoló- gicos. 3. Partículas inorgânicas. 4. Propriedades físicas e quími- cas. 5. Tamanho da partícula. I. Moraes, Rafael Ratto de (orient.) II. Título.

D2 Bibliotecário: Fabiano Domingues Malheiro CRB -10/1955

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Banca Examinadora:

Prof. Dr. Luciano de Souza Gonçalves Prof. Dr. Rafael Guerra Lund

Prof. Dr. Rafael Ratto de Moraes Prof. Dr. Evandro Piva (Suplente)

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Dedicatória

Dedico à realização desta obra aos meus avós, Mário e Maritza, aos meus pais, Rita e Antonio, aos meus irmãos, Flavia e Victor, e especialmente a duas pessoas que não estão mais entre nós, porém fizeram parte integralmente para que este momento se concretizasse: aos meus queridos tios (Arthur e Lúcia). Muito obrigada!

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Agradecimentos

Inicio meus agradecimentos através de uma pessoa bastante importante para a conclusão deste trabalho. Tia Alice, teus incentivos, palavras de afeto, carinho foram primordiais para que eu seguisse em frente e tua dedicação (por toda a vida) à educação é o que me cativa e faz com que eu tenha certeza por onde eu quero seguir.

Não poderia deixar de agradecer também aos meus queridos avós (Mário e Maritza) que sempre estiveram ao meu lado, fortalecendo quando fraquejei, protegendo quando tive medo, incentivando quando tive dúvida se conseguiria, entendendo quando nem eu mais entendia e pela experiência da vida sem dúvidas, de que a vitória seria somente questão de tempo. Obrigada por essa convivência, pelas palavras, pelos ensinamentos, pelas experiências e por simplesmente fazerem parte da minha vida. Agradecer é tão pouco por tudo que fizeram e fazem por mim, mas saibam que os levo e levarei por toda vida como um troféu e com grande orgulho de tê-los conquistado. Amo vocês!

Agradeço por ter vocês como meus pais (Antonio e Rita) e grandes incentivadores. Se a luta foi nossa... a vitória é de vocês – pois se consegui é porque vocês estavam comigo, me ensinando, educando, mostrando os melhores caminhos e enxergando lá na frente os meus objetivos. O melhor acredito que ainda está por vir, aguardem e comemorem nossa vitória.

Agradeço a vocês, meus irmãos (Flavia e Victor), por fazerem parte da minha vida e por simplesmente comemorarem cada vitória minha como se fosse própria. Amo vocês e estamos sempre juntos.

Agradeço as minhas queridas amigas (Antonia, Camila, Julia) pelos 20 anos de amizade. Quando crianças gostávamos de brincar, rir, pular e dançar.... Quando adolescentes passamos a errar, amar e deixar de amar, rir e depois chorar, fazer coisas loucas e depois descobrir que elas não tem sentido nenhum, ter conversas produtivas, sérias e outras nem tanto... Fomos crescendo, e juntas descobrindo um mundo novo onde o errar passou a ser cada vez mais difícil, as conquistas cada vez mais raras e os objetivos – estes sempre bastante almejados. Trocamos opiniões, comemoramos nossas vitórias e ao mesmo tempo sofremos com nossas derrotas. Viajamos, nos divertimos e choramos com nossas perdas,

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enfim, vivemos intensamente a tudo que nos foi submetido. Essa vitória também é de vocês que se mantiveram ao meu lado o tempo inteiro. Meu muito obrigada e amo vocês.

Estendo este agradecimento a pessoas que fizeram e fazem parte da minha vida mesmo que longe sei que sempre estarão presentes. Vanessa, Mônia, Ale, Careca, Renata, Camila e Camila Cunha. Está vitória é de vocês e para vocês!

Agradeço também aos meus tios, principalmente a tia Nora que esteve integralmente em todos os momentos de minha vida... Te amo e obrigada por tudo.

Aproveito e agradeço aos meus primos (Gabriel, Marcio, Lucas, Rafaella e Ana Martha), por ter certeza que o auxílio, caso necessário, seria sempre bem vindo.

Agradeço ao meu orientador, Rafael Moraes, por ter me acolhido como orientada, pela boa vontade, dedicação e conhecimento, qualidades essenciais em um orientador. Rumo a este novo trabalho e muito obrigada.

Ao Programa de Pós-Graduação em Odontologia (PPGO) da UFPel, agradeço pelo ótimo acolhimento. Em especial, gostaria de agradecer a família CDC-Bio que esteve presente em todos os meus dias nos últimos dois anos e eternamente em minha memória. Agradeço a Tati pelo auxílio, compreensão, convivência, boas risadas e grande amizade. Agradeço também a Josi pela atenção que sempre me foi passada. Estendo o agradecimento à coordenação de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior (CAPES) pela bolsa de estudos durante estes dois anos.

Agradeço aos amigos que me ajudaram na conclusão deste trabalho em especial ao Prof. Fabrício Collares (UFRGS), Profa. Larissa Cavalcante (UFF), Ricardo Marques, Bruno Noremberg e Douglas Busatto Alves da Engenharia de Materiais (UFPel), que não mediram esforços para que concluíssemos esta etapa.

Do mesmo modo agradeço a Camila Duarte, Carianne, Henrique e Alexandra Vigna que cruzaram meu caminho neste período. Camila, Carianne e Henrique, vocês tiveram grande importância no meu crescimento e na finalização deste trabalho. Uca muito obrigada pelo apoio, carinho e incentivo.

Por fim, mas não menos importante, agradeço aos amigos e colegas que fiz no PPGO em especial ao Eliseu, Sonia, Alessandro, Duda, Aline, Simone, Anelise, Analice, Raquel, Hugo, Deise, Tânia, Jovito, Onofre, Carol Ely e Fernanda Valentini. Concluir um projeto não é tarefa que se faz de um dia para o outro, leva tempo, causa estresse e muitas vezes desespero. Também não se faz

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sozinho e vocês estavam sempre ao meu lado. Obrigada a vocês que compartilharam os prazeres e dificuldades desta mesma jornada e que agora chega ao fim... Comemorem, festejem e não esqueçam que minha torcida de que vocês lutem e vençam continua. Amo vocês!

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Resumo

VALENTE, Lisia Lorea. Preparo e avaliação de compósitos contendo nova matriz inorgânica monomodal submicrométrica. 2012. 30f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Odontologia. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas.

Neste estudo, foram preparados e avaliados compósitos odontológicos contendo nova matriz inorgânica monomodal baseada em partículas de vidro de Ba-Al-Si (NanoFine NF180, Schott) de tamanho submicrométrico. Compósitos contendo partículas de composição similar, porém tamanho micrométrico (UltraFine UF1.0, Schott), foram testados como referência. O estudo se desenvolveu em duas fases: (i) caracterização de partículas inorgânicas, envolvendo microanálise de raios-x e granulometria; (ii) obtenção e caracterização de compósitos micro e submicrométricos envolvendo análise da morfologia dos compósitos preparados e determinação da radiopacidade, grau de conversão de C=C, dureza, resistência e módulo de flexão, trabalho de fratura, rugosidade e brilho da superfície – antes e após desgaste por abrasão – e escoamento compressivo (creep). Os compósitos foram formulados a partir do mesmo co-monômero baseado em GMA, Bis-EMA8, UDMA e TEGDMA, na razão 7:7:5:1 (m/m), ao qual fotoiniciadores foram adicionados. Foi acrescentada massa de 75% do sistema micrométrico e 78% do submicrométrico, com base em estudos-piloto. Os dados quantitativos restritos à comparação direta entre os compósitos foram analisados utilizando testes-t. Os dados de rugosidade e brilho na comparação dos compósitos antes e após a escovação foram submetidos à Análise de Variância para Medidas Repetidas e teste de Student-Newman-Keuls (5%). Ambos sistemas inorgânicos apresentaram estreita faixa do tamanho de grão (175±30 e 1000±200nm), com diferenças entre as partículas restritas ao tamanho e área específica, o que determinou diferença na quantidade de silano utilizada (13% para submicrométricas e 3,2% para micrométricas). As partículas de ambos sistemas foram dispersas de forma homogênea na matriz resinosa, embora as submicrométricas ocuparam maior área da superfície do material. Os compósitos apresentaram resultados estatisticamente similares para radiopacidade, resistência à flexão, trabalho de fratura e escoamento compressivo. O compósito submicrométrico apresentou dureza significativamente superior ao material micrométrico, enquanto módulo de elasticidade e grau de conversão foram significativamente menores. Não foi observada diferença significativa na rugosidade entre os compósitos antes da escovação, enquanto o compósito submicrométrico mostrou brilho significativamente maior. A abrasão aumentou significativamente a rugosidade e reduziu significativamente o brilho de ambos materiais. A rugosidade continuou estatisticamente similar e o brilho do compósito submicrométrico significativamente maior após a abrasão. Em conclusão, o sistema monomodal submicrométrico de carga de vidro testado apresentou potencial de utilização no desenvolvimento de compósitos restauradores odontológicos, especialmente em função de suas propriedades estéticas comparadas ao sistema micrométrico.

Palavras-chave: Compósitos odontológicos. Materiais biomédicos e odontológicos. Partículas inorgânicas. Propriedades físicas e químicas. Tamanho da partícula.

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Abstract

VALENTE, Lisia Lorea. Preparo e avaliação de compósitos contendo nova matriz inorgânica monomodal submicrométrica. 2012. 30f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Odontologia. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas.

In this study dental composites containing a novel monomodal inorganic matrix based on submicron Ba-Al-Si glass particles (NanoFine NF180, Schott) were prepared and evaluated. Composites with particles of similar composition but micron-sized (UltraFine UF1.0, Schott) served as a reference. The study was carried out in two phases: (i) characterization of the inorganic particles, involving x-ray microanalysis and granulometry; (ii) preparation and characterization of micron and submicron composites involving analysis of the morphology of the composites and measurements of radiopacity, degree of C=C conversion, hardness, flexural strength and modulus, work-of-fracture, surface roughness and gloss – before and after toothbrushing abrasion – and compressive creep. The composites were formulated from the same co-monomer based on Bis-GMA, Bis-EMA8, UDMA and TEGDMA at a 7:7:5:1 (w/w) ratio, with photoinitiators added. A mass of 75% of micron and 78% of submicron particles were incorporated based on pilot studies. Quantitative data restricted to direct comparisons between the composites were analyzed using t-tests. Roughness and gloss data for the comparison between the composites before and after toothbrushing were submitted to Repeated Measures Analysis of Variance and Student-Newman-Keuls’ test (5%). Both inorganic systems showed narrow grain size range (175±30 and 1000±200nm), with differences restricted to the size and specific area of the particles, which determined differences in the amount of silane used (13% for submicron and 3.2% for micron particles). Particles from both systems were homogeneously dispersed in the resin phase, although the submicron particles occupied larger area of the material’s surface. The composites showed statistically similar results for radiopacity, flexural strength, work-of-fracture, and creep. The submicron composite had significantly higher hardness than the micron composite, whereas significantly lower flexural modulus and C=C conversion. No significant differences in roughness between the composites were observed before toothbrushing, while the submicron composite showed significantly higher gloss. The abrasion increased significantly the roughness and reduced the gloss of both materials. Surface roughness was still similar and the gloss of the submicron composite significantly higher after toothbrushing. In conclusion, the monomodal submicron glass filler system tested showed potential for application in the development of restorative dental composites, especially because of the esthetic properties compared with the micron system.

Keywords: Dental composites. Dental and biomedical materials. Inorganic particles. Physical and chemical properties. Particle size.

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10 Sumário 1 Introdução ... 10 2 Capítulo 1 ... 12 2.1 Introdução ... 12 2.2 Metodologia ... 13 2.3 Resultados e Discussão ... 17 2.4 Conclusão ... 25 2.5 Referências ... 25 3 Conclusões ... 27 4 Referências ... 28

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1 Introdução

Compósitos odontológicos são consituídos de matriz polimérica (orgânica), cargas inorgânicas para reforço da estrutura do polímero e um agente de união entre essas duas fases (FERRACANE, 2011). O sistema inorgânico é composto, em geral, por vidros, quartzo e/ou sílica. As propriedades mecânicas, de manipulação, estética e brilho dos compósitos são influenciadas principalmente pela seleção do sistema inorgânico (SOH; SELLINGER; YAP, 2006; KAHLER; KOTOUSOV; SWAIN, 2008; CURTIS et al., 2009).

Entre as características do sistema inorgânico que afetam o desempenho dos compósitos destacam-se volume total de carga, formato e tamanho das partículas (FORSTER; PLANTENBERG, 2002; MOSZNER; KLAPDOHR, 2004; SWIFT, 2005; SOH; SELLINGER; YAP, 2006; SCHAEFER; JUSTICE, 2007; KAHLER; KOTOUSOV; SWAIN, 2008). Partículas menores protegem a matriz orgânica e, dessa forma, tendem a reduzir o desgaste das superfícies (NAGARAJAN; JAHANMIR; THOMPSON, 2004; TURSSI; FERRACANE; FERRACANE, 2006). O desgaste resulta de combinação de fatores como degradação da matriz polimérica, perda de união da interface resina-carga e perda de partículas de carga (NAGARAJAN; JAHANMIR; THOMPSON, 2004; ANDRADE et al., 2011). Estudos demostraram que quanto menor o tamanho das partículas incorporadas, menor será o desgaste da superfície do material (MORAES et al., 2008; MORAES et al., 2009) e, consequentemente, maior a retenção de polimento e brilho (LU et al., 2006; BARUCCI-PFISTER; GOHRING, 2009).

Nos últimos anos, compósitos nanoparticulados, nanohíbridos e submicrométricos foram introduzidos na tentativa de obter materiais com alto polimento inicial e menor desgaste, os quais promoveriam maior retenção de polimento e brilho das superfícies ao longo do tempo (MITRA; WU; HOLMES, 2003; LU et al., 2006; SOH; SELLINGER; YAP, 2006; BARUCCI-PFISTER; GOHRING, 2009; ENDO et al., 2010). Entretanto, enquanto materiais nanoparticulados usam exclusivamente cargas nanométricas, materiais nanohíbridos misturam partículas nanométricas com partículas maiores (SWIFT, 2005). A tecnologia da utilização

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exclusiva de partículas nanométricas é dominada, até o momento, apenas pela empresa 3M ESPE (St. Paul, MN, EUA), que possui o único compósito restaurador verdadeiramente nanoparticulado no mercado. Um estudo de 2009 (MORAES et al., 2009) verificou que as propriedades desse material nanoparticulado são em geral melhores em comparação aos nanohíbridos, que se mostraram semelhantes aos compósitos microhíbridos tradicionais. Por outro lado, outros compósitos comerciais utilizam partículas submicrométricas, entre 100 e 300nm, e têm mostrado resultados satisfatórios na comparação com materiais híbridos tradicionais (LU et al., 2006).

O propósito do presente estudo é preparar compósitos restauradores avaliando a potencial utilização de um novo sistema inorgânico monomodal submicrométrico (NanoFine NF180;Schott, Maiz, Alemanha) baseado em partículas de vidro de Ba-Al-Si. O sistema de carga a ser utilizado foi recentemente disponibilizado pelo fabricante Schott, sendo ainda o único cujo índice de refração é similar ao vidro radiopaco, porém com tamanho submicrométrico de partícula. Demais características do sistema indicadas pelo fabricante, como facilidade de dispersão e estreita distribuição do tamanho das partículas, parecem fazer desse sistema excelente alternativa para materiais restauradores odontológicos.

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2 Capítulo 1

Avaliação comparativa de compósitos odontológicos baseados em partículas de vidro monomodais micrométricas e submicrométricas

Comparative evaluation of dental composites based on monomodal micron and submicron glass filler particles

2.1 Introdução

Compósitos odontológicos são constituídos de matriz polimérica baseada em monômeros (di)metacrilatos, cargas inorgânicas para reforço da estrutura do polímero, e agente de união entre as fases dispersas – em geral um organo-silano. Esforços recentes para o aprimoramento da matriz orgânica têm sido voltados ao desenvolvimento de componentes para reduzir a contração de polimerização (BOARO et al., 2010; MORAES et al., 2011) e monômeros com funcionalidades diferenciadas (RUTTERMANN et al., 2010), enquanto o foco do sistema inorgânico está no tamanho e formato das partículas (SATTERTHWAITE; VOGEL; WATTS, 2009).

O sistema inorgânico é composto, em geral, por partículas de vidros e/ou óxidos cerâmicos. As propriedades mecânicas e as características de manipulação dos compósitos são influenciadas principalmente pelas características do sistema inorgânico (KAHLER; KOTOUSOV; SWAIN, 2008; CURTIS et al., 2009; KALEEM; SATTERTHWAITE; WATTS, 2009), assim como as propriedades estéticas dos materiais. Partículas menores protegem a matriz orgânica e, dessa forma, tendem a reduzir o desgaste das superfícies (NAGARAJAN; JAHANMIR; THOMPSON, 2004; TURSSI; FERRACANE; FERRACANE, 2006; MORAES et al., 2009). O desgaste resulta da combinação de fatores como degradação da matriz polimérica, perda de união da interface resina-carga e perda de partículas de carga. Estudos demonstraram que quanto menor o tamanho das partículas incorporadas, menor o

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desgaste da superfície do material (MITRA; WU; HOLMES, 2003; BARUCCI-PFISTER; GOHRING, 2009; MORAES et al., 2009; ENDO et al., 2010) e, consequentemente, maior potencial de retenção de polimento e brilho ao longo da vida clínica do material restaurador.

Compósitos contendo nanopartículas e partículas submicrométricas têm sido investigados na tentativa de obter materiais com alto polimento inicial e menor desgaste (MITRA; WU; HOLMES, 2003; LU et al., 2006), promovendo maior retenção de polimento e brilho das superfícies ao longo do tempo. A idéia é que a perda de partículas menores na superfície do material gera menor alteração da rugosidade comparada à perda de partículas maiores, o que resulta em menor alteração da reflexão da luz. A diferença entre compósitos com nanopartículas ou partículas submicrométricas está no fato de que compósitos nanoestruturados apresentam tamanho de partículas ≤100nm, na forma de partículas isoladas ou aglomerados maiores, enquanto materiais submicrométricos possuem tamanho de partícula na faixa entre 100 e 300nm (LU et al., 2006).

Diversos estudos realizaram comparações entre marcas comerciais de restauradores resinosos contendo diferentes tipos de sistemas inorgânicos. Entretanto, a avaliação de materiais comerciais não leva em consideração possíveis diferenças de matriz orgânica existente entre as diferentes formulações. O propósito do presente estudo foi avaliar a potencial utilização de um novo sistema inorgânico monomodal submicrométrico comparado ao tradicional sistema micrométrico no preparo de compósitos restauradores odontológicos poliméricos.

2.2 Metodologia

Partículas de vidro silanizadas de tamanho micrométrico (UltraFine UF1.0) e submicrométrico (NanoFine NF180) foram utilizadas (Figura 1), ambas do fabricante Schott (Mainz, Alemanha). As características das partículas são apresentadas na Tabela 1. O processo de silanização foi realizado pelo fabricante utilizando γ-metacriloxipropil-trimetoxi-silano.

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Figura 1 – Imagens de MEV da dispersão das partículas micrométricas (A) e submicrométricas (B). Ambos sistemas apresentam estreita faixa do tamanho de grão e partículas irregulares. A imagem deixa clara a diferença de tamanho entre as partículas dos diferentes sistemas.

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2.2.1 Caracterização das partículas

As partículas foram lavadas em etanol absoluto para remoção das impurezas. Análises de granulometria (1064; Cilas, Orleans, França) e espectroscopia de raios-X por dispersão de energia (SSX-550; Shimadzu, Tóquio, Japão) foram realizadas para avaliar a distribuição de tamanho das partículas de cada sistema e a composição e distribuição percentual dos elementos das partículas.

2.2.2 Preparo dos compósitos

Um co-monômero foi obtido composto pela mistura dos monômeros dimetacrilato de bisfenol-A glicidila (Bis-GMA), dimetacrilato etoxilado de bisfenol-A glicidila (Bis-EMA8), dimetacrilato de uretano (UDMA) e dimetacrilato de trietilenoglicol (TEGDMA), na razão 7:7:5:1 (m/m). O fotoiniciador canforoquinona (0,4%) e o co-iniciador benzoato de etila 4-dimetilamino (0,8%) foram adicionados para tornar o co-monômero fotoativável. Dois compósitos foram obtidos pela adição dos sistemas inorgânicos micrométrico ou submicrométrico nas frações em massa de 75% e 78%, respectivamente. A concentração de partículas foi definida em estudos-piloto, e corresponde à quantidade máxima de carga que podia ser adicionada ao co-monômero para atingir consistência e características de manipulação similares a compósitos restauradores comerciais para dentes posteriores (MORAES et al., 2011).

2.2.3 Morfologia da união carga-resina

Espécimes cilíndricos (diâmetro 8mm × espessura 2mm) de cada compósito (n=3) foram fotoativados por 40s em cada lado utilizando diodo emissor de luz (LED – Radii; SDI, Bayswater, Victoria, Austrália) com irradiância de 600mW/cm2

. Os espécimes foram incluídos em resina epóxi e as superfícies polidas sob refrigeração utilizando lixas SiC granulações 600, 1200, 1500, 2000 e 2500 e, posteriormente, utilizando suspensões diamantadas de 3, 1, 0,25 e 0,1µm. Após banho ultrassônico,

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as superfícies polidas foram avaliadas em microscopia eletrônica de varredura (MEV – SSX-550; Shimadzu) para observação da dispersão das partículas na matriz polimérica.

2.2.4 Radiopacidade

Imagens radiográficas de espécimes cilíndricos (diâmetro 8mm × espessura 2mm) de cada compósito (n=5) foram obtidas utilizando sistema digital de placa de fósforo (VistaScan, Dürr, Bietigheim-Bissingen, Alemanha) operando a 70kV e 8mA, utilizando 0,2s de exposição e distância foco-filme de 400mm. Uma escala de alumínio foi radiografada simultaneamente (2009). Os níveis de cinza (densidade de pixels) de cada imagem foram analisados e a equivalência em alumínio (mm) registrada (COLLARES et al., 2010).

2.2.5 Grau de conversão de C=C

O grau de conversão (GC) de cada compósito (n=9) foi avaliado utilizando espectroscopia no infravermelho médio por transformada de Fourier (Prestige-21; Shimadzu) utilizando dispositivo de refletância total atenuada. Volume padronizado de compósito foi fotoativado por 40s. O %GC foi calculado utilizando técnica de baseline a partir das intensidades de absorbância da ligação C=C alifática (1637cm

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), utilizando como referência interna a intensidade da ligação C=C aromática (1608cm-1), antes e depois da fotoativação (MORAES et al., 2009). Foram utilizadas co-adição de 24 varreduras e resolução de 4cm-1.

2.2.6 Resistência à flexão, módulo de flexão e trabalho de fratura

Espécimes (n=10) no formato de barras de 25×2×2mm, fotopolimerizados por 120s em cada lado, com uma distância de 10 mm entre fonte de luz e espécime, foram armazenados em água destilada a 37°C, por 24h, e submetidos ao teste de flexão por 3 pontos em máquina de ensaios mecânicos (DL500; EMIC, São José

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dos Pinhais, PR, Brasil) à velocidade de 0,5 mm/min. Foram registradas a resistência à flexão, módulo de flexão e trabalho de fratura a partir da curva tensão × deformação.

2.2.7 Dureza

Espécimes fraturados no teste de flexão (n=7) foram embutidos em resina epóxi e polidos sob-refrigeração com lixas SiC granulação 600 e 1200. A dureza Knoop foi avaliada em microdurômetro digital (FM-700; Future-Tech, Kawasaki, Japão) aplicando carga de 50g por 15s. Cinco leituras por espécime foram realizadas, e a média dessas leituras registrada como o número de dureza Knoop (kgf/mm2).

2.2.8 Escoamento compressivo (creep)

Espécimes cilíndricos (diâmetro 8mm × altura 4mm) foram confeccionados para cada compósito (n=5) e submetidos a testes de compressão em máquina de ensaios mecânicos dinâmicos (EletroPuls E3000; Instron, Norwood, MA, EUA). Uma carga constante de 36MPa (MARGHALANI; AL-JABAB, 2004) foi aplicada por 30min e o escoamento compressivo foi avaliado por meio da deformação axial (%) do espécime.

2.2.9 Rugosidade e brilho da superfície após abrasão

Espécimes cilíndricos (10mm diâmetro × 2mm espessura) para cada material (n=5) foram polidos com discos abrasivos de alumina (Sof-Lex; 3M ESPE, St. Paul, MN, EUA) utilizando as granulações média, fina e superfina. A rugosidade da superfície foi avaliada utilizando rugosímetro (SJ-201; Mitutoyo, Tóquio, Japão), enquanto o brilho foi avaliado com medidor de brilho (ZGM1110; Zehntner, Sissach, Suíça) na angulação 60°. Para ambas as análises, cinco leituras foram realizadas por espécime e a média registrada como valores de rugosidade (Ra, μm) e brilho

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(GU). Após as leituras iniciais, a abrasão foi realizada aplicando 20.000 ciclos de escovação mecânica (frequência 4Hz) utilizando escovas de cerdas macias e solução dentifrício:água destilada (razão 1:2) e carga de escovação de 150g. As análises de rugosidade e brilho foram repetidas após a escovação.

2.2.10 Análise estatística

Os dados de cada teste descritos nos itens 2.2.4 a 2.2.8 foram separadamente analisados utilizando teste-t. Dados de rugosidade e brilho na comparação dos compósitos antes e após abrasão foram submetidos a Análise de Variância para Medidas Repetidas e teste post hoc de Student-Newman-Keuls. O nível de significância de 5% foi adotado em todas as análises.

2.3 Resultados e Discussão

As propriedades dos sistemas de partículas inorgânicas são apresentadas na Tabela 1. Observa-se que ambos os sistemas apresentam estreita faixa do tamanho de grão e que a principal diferença está no tamanho da partícula e, por consequência, na área específica destas (Figura 1). O fato de que as demais propriedades são similares entre as partículas de carga, incluindo a composição elementar, indica que o sistema micrométrico serviu de controle adequado ao sistema submicrométrico. Entretanto, o tamanho das partículas influencia a quantidade de silano necessária para correto recobrimento destas. Em função da maior área específica, a quantidade de silano utilizada nas partículas submicrométricas foi ~4 maior que para as partículas micrométricas. Silano utilizado em excesso à quantidade ótima pode levar à formação de interfase espessa (e menos resistente) de agente de ligação, além de interferir na orientação das moléculas de silano que se depositam na superfície das partículas (KARABELA; SIDERIDOU, 2011; SIDERIDOU; KARABELA, 2009; SODERHOLM; SHANG, 1993), afetando as propriedades físico-químicas do compósito. Dessa forma, a necessidade de maior quantidade de silano pode ser considerada uma limitação do sistema submicrométrico.

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Tabela 1 – Propriedades dos sistemas inorgânicos testados

Sistema inorgânico Micrométrico Submicrométrico d50, nm 1000 ± 200 175 ± 30 d99, nm ≤ 4000 387 Área específica, m2/g* 8 40 Índice de refração, nD* 1,53 1,53 Densidade, g/cm3* 2,75 2,75

Conteúdo de silano, % massa 3,2 13

Composição elementar

% Ba 57,1 54,8

% Si 32,7 35,5

% Al 9,4 9,1

% Sr 0,8 0,6

*Dados fornecidos pelo fabricante.

A Tabela 2 apresenta os resultados dos testes físico-químicos dos compósitos. Não houve diferença significativa entre os sistemas de partículas em relação à radiopacidade, independente da maior quantidade de partículas incorporadas ao compósito submicrométrico. Isso se explica pelo fato de que a composição elementar dos dois sistemas inorgânicos é similar, e o aumento da radiopacidade em função da maior incorporação de partículas atinge um limite a partir do qual a maior incorporação de carga não altera a radiopacidade do material. A referência da escala de Al é utilizada pois 1 mm de Al possui radiopacidade similar a 1 mm de dentina (acrescentar referencia bibliográfica). Dessa forma, observa-se que os compósitos testados, além de apresentarem radiopacidade similar, obtiveram valores de radiopacidade superior à dentina.

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Tabela 2 – Médias (DP) para as propriedades físico-químicas dos compósitos Sistema inorgânico Valor de P* Micrométrico Submicrométrico Quantidade de partículas, m/m 75% 78% Radiopacidade, mm Al 1,4 (0,1) 1,8 (0,5) 0,118 Conversão de C=C, % 66 (6) 60 (3) 0,032

Resistência à flexão, MPa 92 (29) 82 (11) 0,362

Módulo de flexão, GPa 7,0 (1,2) 6,1 (0,5) 0,033

Trabalho de fratura, kJ/m2 2,0 (0,5) 1,7 (0,3) 0,312

Dureza Knoop, kgf/mm2 46 (1) 59 (7) 0,003

Escoamento compressivo, % 0,56 (0,1) 0,55 (0,1) 0,906

*Resultado do teste-t, =5%.

Imagens de MEV representativas da morfologia carga-matriz para os compósitos microparticulado e submicrométrico são apresentadas na Figura 2. As partículas de ambos sistemas se apresentaram dispersas de forma homogênea na matriz resinosa, embora seja clara a diferença no tamanho das partículas entre os sistemas. Observou-se também que as partículas submicrométricas ocupam maior área da superfície do compósito que as partículas micrométricas. Isso se deve ao fato de que maior quantidade de partículas submicrométricas foi adicionada, e pode explicar o achado que a dureza do compósito submicrométrico foi significativamente maior. A maior dureza vai de encontro à menor conversão de C=C do material submicrométrico, que pode estar associada à maior reflexão e espalhamento da luz provocado pela maior quantidade de partículas. Entretanto, o resultado de dureza se explica pela maior área de superfície ocupada por partículas inorgânicas ao invés da fase polimérica (de dureza menor) no compósito submicrométrico (HABEKOST et al., 2012). As imagens de MEV indicam, ainda, que ambos sistemas inorgânicos possuem formato irregular de partículas, o que provavelmente se deve ao método pelo qual estas são processadas para atingir o tamanho final.

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Os testes de resistência mecânica dos compósitos indicam que, apesar de similar resistência à flexão e trabalho de fratura (aqui utilizado como medida da tenacidade do material) entre os compósitos, o sistema submicrométrico originou compósitos com módulo de elasticidade significativamente menor que o material micrométrico, embora a fração inorgânica adicionada tenha sido maior no material submicrométrico. O módulo de elasticidade é um indicador da habilidade do material de armazenar energia elástica associada à recuperação elástica, e a menor rigidez do material submicrométrico pode estar relacionada à maior quantidade de silano utilizada. Estudos anteriores acerca do efeito da quantidade de silano utilizada no recobrimento das partículas (KARABELA; SIDERIDOU, 2011; SIDERIDOU; KARABELA, 2009) mostraram que módulo de elasticidade dinâmico de compósitos diminui com o aumento da quantidade de silano. Este efeito se deve à alteração da interação interfacial entre as partículas e o polímero, que tem efeito direto nas propriedades viscoelásticas do compósito. Entretanto, quando submetidos ao carregamento constante, o escoamento compressivo dos compósitos foi similar, indicando que a diferença de módulo observada pode não ter efeito significativo no comportamento mecânico geral do material restaurador. Além disso, ambos materiais atingiram os critérios de resistência mecânica estabelecidos pela norma ISO 4049 (2009) para materiais poliméricos restauradores odontológicos.

A Figura 3 apresenta os resultados de brilho e rugosidade da superfície dos compósitos, antes e após abrasão por escovação. Antes da escovação, não foi observada diferença significativa de rugosidade entre os compósitos (P=0,573), enquanto o brilho do compósito submicrométrico foi significativamente maior que do material micrométrico (P<0,001). Para ambos compósitos, a escovação simulada ocasionou aumento significativo da rugosidade (P≤0,004) e redução significativa do brilho das superfícies (P≤0,003). Comparando os compósitos após a abrasão, a rugosidade continuou similar (P=0,896), porém o brilho do compósito contendo o sistema submicrométrico continuou significativamente maior que do sistema micrométrico (P=0,02). O brilho é um atributo visual resultante da distribuição geométrica da luz refletida na superfície do material. A redução do brilho após escovação se explica pelo aumento da rugosidade causado pela abrasão da matriz polimérica e perda de partículas de carga na superfície, uma vez que o brilho (e a reflexão da luz) é influenciado pela rugosidade. Embora a rugosidade de ambos

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compósitos tenha sido similar após abrasão, o brilho do compósito submicrométrico continuou superior. Este resultado está de acordo com um estudo prévio (LEE et al., 2005) em que foi observada menor alteração de brilho após desgaste para compósitos com matriz inorgânica submicrométrica comparado a compósitos híbridos tradicionais. Este resultado se explica pela menor alteração da reflexão da luz na superfície do material submicrométrico, uma vez que a alteração da superfície ocasionada pela perda de partículas submicrométricas é menor comparada à perda de partículas micrométricas, com tamanho ~5,5 maior.

Figura 3 – Resultados de rugosidade e brilho da superfície dos compósitos antes e após abrasão por escovação.

A maioria dos compósitos restauradores comerciais utiliza combinação de partículas grandes e pequenas (híbridos), em geral apresentando composições diferentes (bimodais) (FERRACANE, 2011), para aumentar a quantidade de carga incorporada e, assim, reduzir contração de polimerização e maximizar as propriedades mecânicas do material. Esta abordagem difere da matriz inorgânica utilizada no presente estudo que, além de monomodal, era composta por partículas

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de estreita faixa de tamanho de grão. Assim, a tentativa de comparação direta entre as propriedades dos compósitos experimentais testados aqui e formulações comerciais seria falha. Entretanto, os resultados do estudo evidenciam que a matriz inorgânica submicrométrica testada apresenta potencial para utilização em compósitos odontológicos, uma vez que gerou materiais com propriedades físico-químicas em grande parte similares ao sistema inorgânico micrométrico. Além disso, o maior brilho do compósito submicrométrico, tanto antes quanto após o desgaste, indica que o uso de matriz inorgânica com partículas menores pode ter efeito benéfico na maior retenção de propriedades estéticas do material exposto ao meio bucal, o que suscita o desenvolvimento de novos estudos acerca do uso do sistema inorgânico em questão.

2.4 Conclusão

O sistema inorgânico monomodal submicrométrico testado apresenta potencial de utilização no desenvolvimento de compósitos restauradores odontológicos, especialmente em função de suas propriedades estéticas comparadas ao sistema micrométrico.

2.5 Referências

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Conclusões

Dentro das limitações do presente estudo, as seguintes conclusões podem ser definidas:

 Ambos sistemas inorgânicos foram incorporados com sucesso ao co-monômero dimetacrilato, apresentando características de manipulação e consistência similares a compósitos comerciais universais;

 O sistema inorgânico monomodal submicrométrico apresentou potencial para utilização em compósitos odontológicos, uma vez que gerou materiais com propriedades físico-químicas em grande parte similares ao sistema micrométrico;

 Embora maior quantidade de partículas tenha sido utilizada no compósito submicrométrico, e a dureza tenha sido aumentada, a resistência mecânica do material pode necessitar atenção, uma vez que o módulo de elasticidade foi menor comparado ao material micrométrico;

 As propriedades estéticas de compósitos submicrométricos apresentaram resultados positivos na comparação ao material micrométrico;

 A maior quantidade de silano necessária para recobrimento das partículas submicrométricas pode ser considerada uma limitação relacionada ao uso desse tipo de sistema inorgânico.

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