An engineering perspective of ceramics applied in dental reconstructions

Abstract The demands for dental materials continue to grow, driven by the desire to reach a better performance than currently achieved by the available materials. In the dental restorative ceramic field, the structures evolved from the metal-ceramic systems to highly translucent multilayered zirconia, aiming not only for tailored mechanical properties but also for the aesthetics to mimic natural teeth. Ceramics are widely used in prosthetic dentistry due to their attractive clinical properties, including high strength, biocompatibility, chemical stability, and a good combination of optical properties. Metal-ceramics type has always been the golden standard of dental reconstruction. However, this system lacks aesthetic aspects. For this reason, efforts are made to develop materials that met both the mechanical features necessary for the safe performance of the restoration as well as the aesthetic aspects, aiming for a beautiful smile. In this field, glass and high-strength core ceramics have been highly investigated for applications in dental restoration due to their excellent combination of mechanical properties and translucency. However, since these are recent materials when compared with the metal-ceramic system, many studies are still required to guarantee the quality and longevity of these systems. Therefore, a background on available dental materials properties is a starting point to provoke a discussion on the development of potential alternatives to rehabilitate lost hard and soft tissue structures with ceramic-based tooth and implant-supported reconstructions. This review aims to bring the most recent materials research of the two major categories of ceramic restorations: ceramic-metal system and all-ceramic restorations. The practical aspects are herein presented regarding the evolution and development of materials, technologies applications, strength, color, and aesthetics. A trend was observed to use high-strength core ceramics type due to their ability to be manufactured by CAD/CAM technology. In addition, the impacts of COVID-19 on the market of dental restorative ceramics are presented.

Impact of photoinitiator quality on chemical-mechanical properties of dental adhesives under different light intensities / Impacto da qualidade de fotoiniciadores nas propriedades químico mecânicas de adesivos dentais sob diferentes intensidades de luz

Objective: Evaluate the mechanical properties of experimental adhesive models with different photoinitiators (PI) polymerized by LED units of different power densities. Material and Methods: Three groups of adhesive models based on HEMA/BisGMA (45/55) were prepared in association with different PI combinations: G2 (control) ­ 2 PI: 0.5% CQ, 0.5% EDMAB; G3 - 3 PI: 0.5% CQ; 0.5% DMAEMA, 0.5% DPIHP; G4 - 4 PI: 0.5% CQ; 0.5% EDMAB; 0.5% DMAEMA; 0.5% DPIHP. The three formulations were polymerized at two different LED power densities: 550 mW/cm2 and 1200 mW/cm2. The degree of conversion (DC) of adhesive monomers was monitored in situ through the FTIR for 600 s. Specimens were prepared for each formulation for analysis mong adhesive systems (G2

Objetivo: Avaliar as propriedades mecânicas de modelos adesivos experimentais com diferentes fotoiniciadores (PI) polimerizados por unidades de LED de diferentes densidades de energia. Material e Métodos: Três grupos de modelos adesivos baseados em HEMA/BisGMA (45/55) foram preparados em associação com diferentes combinações de PI: G2 (controle) ­ 2 PI: 0,5% CQ, 0,5% EDMAB; G3 - 3PI: 0,5% CQ; 0,5% DMAEMA, 0,5% DPIHP; G4 - 4 PI: 0,5% CQ; 0,5% EDMAB; 0,5% DMAEMA; 0,5% DPIHP. As três formulações foram polimerizadas em duas densidades de potência de LED: 550 mW/cm2 e 1200 mW/cm2. O grau de conversão (DC) dos monômeros adesivos foi monitorado in situ através do FTIR durante 600 s. Amostras foram preparadas para cada formulação para análise de resistência à flexão (FS), módulo de elasticidade (ME), sorção (SOR) e solubilidade (SOL). Os dados foram submetidos aos testes ANOVA 2-fatores e Tukey (5%). Resultados: DC: houve diferença significativa entre os sistemas adesivos (G2

Analysis of the association of parameters in the formation of ultrafine fibers from PEI and PMMA / Análise da associação de parâmetros na formação de fibras ultrafinas de PEI e PMMA

Objective: The aim of the study was to fabricate and morphologically characterize ultrafine Polyetherimide fibers (PEI) associated with Polymethylmethacrylate (PMMA) ­ PP (group formed by the association of PEI with PMMA), produced by the electrospinning process. Material and Methods: A solution of PEI (0.562 g) + PMMA (0.377 g) dissolved in 2.5 mL of chloroform, 0.85 mL of Dimethylformamide (DMF) and 0.85 mL of 1.1.2.2 Tetrachloroethane (TCE) was prepared. For the electrospinning process, different continuous voltages (10 to 18 kV) and two different distances (8 and 12 cm) between the needle tip and the collecting apparatus were used, giving rise to 6 distinct groups of ultrafine fibers (PP 1 to 6) that were observed in Scanning Electron Microscopy to check for defects and calculate the average diameter of the fibers. Results: The best parameter, the parameter that was most effective for the production of fibers, observed was subjected to Energy Dispersion X-ray Spectroscopy (EDS), X-ray Diffraction (XRD) and Contact Angle Analysis tests. The data were analyzed using the ANOVA and Tukey test (p <0.05). From the comparative analysis of the pre-established parameters, the pattern of PP4 ultrafine fibers was shown to be more effective. Conclusion: The PP4 standard (13 kV ­ 12 cm) had an average diameter of 0.37 µm. An adequate parameter to electrospinning was able to produce ultrafine fibers of PMMA/PEI (AU)

Introdução: O objetivo do estudo foi sintetizar e caracterizar morfologicamente fibras ultrafinas de Polieterimida (PEI) associadas ao Polimetilmetacrilato (PMMA) - PP (grupo formado pela associação de PEI com PMMA), produzidas pelo processo de eletrofiação. Material e Métodos: Foi preparada uma solução de PEI (0,562 g) + PMMA (0,377 g) dissolvido em 2,5 mL de clorofórmio, 0,85 mL de Dimetilformamida (DMF) e 0,85 mL de 1.1.2.2 Tetracloroetano (TCE). Para o processo de eletrofiação, foram utilizadas diferentes tensões contínuas (10 a 18 kV) e duas distâncias diferentes (8 e 12 cm) entre a ponta da agulha e o aparelho coletor, dando origem a 6 grupos distintos de fibras ultrafinas (PP 1 a 6) que foram observados em Microscopia Eletrônica de Varredura para verificar defeitos e calcular o diâmetro médio das fibras. Resultados: O melhor parâmetro, o parâmetro mais eficaz para a produção de fibras, observado foi submetido aos testes de Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS), Difração de Raios X (DRX) e Análise do Ângulo de Contato. Os dados foram analisados pela ANOVA e teste de Tukey (p <0,05). A partir da análise comparativa dos parâmetros pré-estabelecidos, o padrão das fibras ultrafinas PP4 mostrou-se mais eficaz. Conclusão: O padrão PP4 (13 kV - 12 cm) apresentou diâmetro médio de 0,37 µm. Um parâmetro adequado para eletrofiação foi capaz de produzir fibras ultrafinas de PMMA / PEI. (AU)

Study of crystallization, microstructure and mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramics as a function of the sintering temperature / Estudo da cristalização, microestrutura e propriedades mecânicas de uma vitrocerâmica de dissilicato de lítio em função da temperatura de sinterização

Objective: The purpose of the present study was to synthesize and characterize lithium disilicate glass-ceramics through the Li2O-SiO2system for determining the most satisfactory sintering parameter by evaluating the crystalline composition, microstructure and mechanical properties. Material and methods: The glass-ceramics were prepared from a glass precursor by means of the melting/cooling technique with a composition of 33.33 Li2O and 66.67 SiO2 (mol.%). The specimens were compressed by the uniaxial pressing technique and three different thermal treatments were used for sintering: 850 °C (Group 1), 900 °C (Group 2), and 950 °C (Group 3), which were determined based on the differential scanning calorimetry (DSC) result. The glass-ceramics were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Archimedes method, microhardness and biaxial flexural strength analyses. Results: The results regarding XRD predominantly showed lithium disilicate phase for all the heat treatments performed. Moreover, grains with a needle form were more predominantly observed in the SEM images for Group 3, as well as a higher densification and consequently higher mechanical properties. In contrast, Group 1 presented the lowest mechanical properties and densification, as well as the highest porosity. Conclusion: The present study demonstrated how extremely important it is to follow the heat treatment recommended by the manufacturers of ceramics, including time and temperature, which possess direct effects in the crystalline phase formation, as well as in the material's microstructure and mechanical properties (AU)

Objetivo: O presente estudo teve como objetivo sintetizar e caracterizar uma vitrocerâmica de dissilicato de lítio através do sistema Li2O-SiO2para determinar o parâmetro de sinterização mais satisfatório através da avaliação da composição cristalina, microestrutura e propriedades mecânicas. Material e Métodos: As vitrocerâmicas foram preparadas a partir de um vidro precursor pelo método fusão/resfriamento utilizando a composição de 33.33 Li2O e 66.67 SiO2 (mol.%). As amostras foram prensadas utilizando uma técnica de prensagem uniaxial e três tratamentos térmicos diferentes foram utilizadas para sinterização: 850 °C (Grupo 1), 900 °C (Grupo 2), e 950 °C (Grupo 3), que foram determinados através do resultado da análise diferencial de calorimetria. As vitrocerâmicas foram caracterizadas através das análises de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), métodos de Arquimedes, microdureza e ensaio de flexão biaxial. Resultados: Os resultados de DRX mostraram predominantemente a fase de dissilicato de lítio para todos os tratamentos realizados. Além disso, grãos com forma agulhada foram mais predominantemente observados por MEV no grupo 3, assim como uma densificação maior e consequentemente valores maiores das propriedades mecânicas. Em contraste, o grupo 1 apresentou os menores valores de propriedades mecânicas e densificação, e também a maior porosidade. Conclusão: O presente estudo demonstrou como é extremamente importante seguir o tratamento térmico recomendado pelos fabricantes de cerâmica, incluindo tempo e temperatura, que possuem efeitos diretos na formação da fase cristalina, assim como na microestrutura do material e propriedades mecânicas. (AU)

The wear performance of glazed and polished full contour zirconia

Abstract This study evaluated the influence of zirconia surface finishes on the wear of an enamel analogue. 40 zirconia discs were divided into four groups: control (without finish); glazed; polished; polished and glazed. All samples were subjected to wear against steatite antagonists. The specimens underwent roughness, topographic, scanning electron microscopy (SEM) and wettability analyses. Quantitative wear measurements were performed on both steatites and discs. To measure wear of steatites the weight before and after the test and the diameter after the test were used. Profilometer measurements were performed to determine the wear on discs. Roughness, volumetric wear and mass loss were analyzed using the Kruskal-Wallis and Dunn tests (5%), while contact angle values were analyzed with One-way ANOVA and Tukey tests (5%). The polished group had the lowest roughness means, being statistically different from the other groups (p-value=0.0001). The glazed group presented the lowest steatite volumetric wear (p-value=0.0001), but not statistically different from the polished and glazed group, whereas these groups presented the highest zirconia volumetric wear, with statistically different (p-value=0.0002) compared to the others. SEM showed irregularities on the control groups surface, grooves on the polished group, and a homogeneous surface for the glazed group with a few pores. All groups presented contact angles lower than 90 degrees, characterizing hydrophilic surfaces. It can be concluded that just glazed zirconia caused less wear on the antagonist when compared to no finish and polished zirconia.

Resumo Este estudo avaliou a influência dos acabamentos superficiais da zircônia no desgaste de um análogo de esmalte. 40 discos de zircônia foram divididos em quatro grupos: controle (sem acabamento); glazeado; polido; polido e glazeado. Todas as amostras foram submetidas ao desgaste contra antagonistas de esteatita. Os espécimes foram submetidos à análise de rugosidade, topografia, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de molhabilidade. Medidas quantitativas de desgaste foram realizadas nos antagonistas e nos discos de zircônia. Para medir o desgaste das esteatitas, foi mensurado o peso antes e depois do desgaste e o diâmetro após o teste. A análise de perfilometria mensurou o desgaste dos discos. Rugosidade, desgaste volumétrico e perda de massa foram analisados pelos testes de Kruskal-Wallis e Dunn (5%), enquanto os valores de ângulo de contato foram analisados com os testes One-way ANOVA e Tukey (5%). O grupo polido apresentou as menores médias de rugosidade, sendo estatisticamente diferente dos demais grupos (p-valor=0,0001). O grupo glazeado apresentou o menor desgaste volumétrico do antagonista (p-valor=0,0001), mas não foi estatisticamente diferente do grupo polido e glazeado, enquanto que esses grupos apresentaram o maior desgaste volumétrico da zircônia, com diferença estatisticamente diferente (p-valor=0,0002) em comparação com os outros. MEV mostrou irregularidades na superfície do grupo controle, sulcos no grupo polido e uma superfície homogênea para o grupo glazeado, com poucos poros. Todos os grupos apresentaram ângulos de contato menores que 90 graus, caracterizando superfícies hidrofílicas. Dentro das limitações deste estudo in vitro, é possível concluir que zircônia glazeada causou menos desgaste ao antagonista quando comparada a zircônia sem tratamento ou polida. Além disso, não foi encontrada diferença no desgaste do antagonista para os grupos de zirconia polida e controle.

Bonding of the Polymer Polyetheretherketone (PEEK) to Human Dentin: Effect of Surface Treatments

Abstract Polyetheretherketone (PEEK) is a material suitable for frameworks of fixed dental prostheses. The effect of different surface treatments on the bond strength of PEEK bonded to human dentin was evaluated. One hundred PEEK cylinders (3 mm×3 mm) were divided into five groups according to surface treatment: silica coating, sandblasting with 45 μm Al2O3 particles, etching with 98% sulfuric acid for 5, 30 and for 60 s. These cylinders were luted with resin cement onto 50 human molars. First, each tooth was embedded in epoxy resin and the buccal dentin surface was exposed. Then, two delimited dentin areas (Æ:3 mm) per tooth were etched with 35% phosphoric acid and bonded with a two-step self-priming adhesive system. After the luting procedure the specimens were stored in water (24 h/37 °C). Shear bond strength (SBS) was tested using a universal testing machine (crosshead speed 0.5 mm/min; load cell 50 kgf) and failure types were assessed. Stress data (MPa) were analyzed using the Kruskal-Wallis test. Comparison of the proportions of different failure types was performed using the Bonferroni method (p<0.05). Kruskal-Wallis demonstrated that differences among groups were not significant (p=0.187). Mean SBS were as follows: silica coating, 2.12±1.12 MPa; sandblasting, 2.37±0.86 MPa; sulfuric acid 5 s, 2.28±1.75 MPa; sulfuric acid 30 s, 1.80±0.85 MPa; sulfuric acid 60 s, 1.67±0.94 MPa. Adhesive and mixed failures were predominant in all groups. Both physical and chemical surface treatments produced adhesion between PEEK, resin cement and dentin.

Resumo O poli-éter-éter-cetona (PEEK) é um material indicado para as estruturas de próteses parciais fixas. O efeito de diferentes tratamentos de superfície na resistência de união entre PEEK e dentina humana foi avaliado. Cem cilindros de PEEK (3 mm×3 mm) foram divididos em cinco grupos de acordo com tratamento de superfície: silicatização, jateamento com partículas de Al2O3 45 µm, condicionamento com ácido sulfúrico 98% por 5, 30 e 60 s. Esses cilindros foram cimentados com cimento resinoso em cinquenta molares humanos. Primeiro, cada dente foi incluído em resina epóxica e a superfície dentinária vestibular foi exposta. Depois, duas áreas (Æ:3 mm) em dentina/por dente foram delimitadas, condicionadas com ácido fosfórico a 35% e receberam aplicação de um sistema adesivo de dois passos. Após o procedimento de cimentação, as amostras foram armazenadas em água (24 h/37 °C). A resistência da união ao cisalhamento (SBS) foi testada em uma máquina universal de ensaios (velocidade 0,5 mm/min; célula de carga 50 kgf), e foram avaliados os tipos de falha. Os dados de tensão (MPa) foram analisados pelo teste de Kruskal-Wallis. A comparação das percentagens de diferentes tipos de falha foi realizada utilizando o método de Bonferroni (p<0,05). O teste de Kruskal-Wallis demonstrou que as diferenças entre os grupos não foram significantes (p=0,187). As médias de SBS foram: silicatização, 2,12±1,12 MPa; jateamento, 2,37±0,86 MPa; ácido sulfúrico por 5 s, de 2,28±1,75 MPa; ácido sulfúrico por 30 s, 1,80±0,85 MPa, ácido sulfúrico por 60 s, 1,67±0,94 MPa. Falhas adesivas e mistas foram predominantes em todos os grupos. Ambos tratamentos de superfície, físicos e químicos, promoveram adesão entre PEEK, cimento resinoso e dentina.