Dott. Davide Apicella
I materiali compositi utilizzati in odontoiatria sono costituiti da una resina fluida e da un riempitivo solido. La resina è costituita da un insieme di monomeri (i monomeri sono molecole). Il riempitivo solido è costituito da particelle di vetro, quarzo, silicio. Preso singolarmente il riempitivo appare al tatto come una polvere a grana fine (polvere di particelle di silicio, quarzo, vetro). La definizione di un materiale composito come macro- micro- o nano- riempito è riferita alla dimensione delle particelle (granulometria).
Quanta polvere viene miscelata a quanta resina?
La quantità di riempitivo rispetto alla quantità di resina è definita percentuale di carica . La “quantità” a cui facciamo riferimento è il volume di riempitivo e di resina. Una percentuale di carica del 80% in volume indica che la quantità di riempitivo mescolata alla resina è pari al 80% del volume occupato dalla sola resina.
FIGURA 1-2
La percentuale di carica è variabile tra i compositi odontoiatrici in commercio.
Tuttavia distinguiamo due principali categorie di materiali compositi in base alla percentuale di carica. Compositi ad alta percentuale di carica, circa 70% in volume.
Compositi a bassa percentuale di carica, circa 50% in volume.
Se ogni particella di vetro o quarzo avesse le dimensioni di un sasso, un materiale composito ad alta percentuale di carica si presenterebbe come un “muretto a secco” dove i sassi che lo costituiscono sono in stretto contatto tra loro.
Ogni sasso ha una forma irregolare, quindi non può combaciare perfettamente con i sassi adiacenti anche loro di forma irregolare. Un muro costituito solo da sassi “grandi”, di un dato volume Vg ma di forma irregolare e variabile tra i vari sassi, presenterebbe ampi spazi vuoti tra i sassi che lo costituiscono (FIGURA 3-4).
L’intero muretto occupa un dato volume Vm, di questo volume il 50 -60 % è occupato da sassi grandi ciascuno di volume Vg. La restante percentuale di volume è uguale alla somma di tutti gli spazi vuoti tra i sassi, definiamo quindi il volume vuoto come Vv.
Per occupare il volume vuoto Vv, ovvero per “riempire” le intercapedini tra i sassi più grandi possono essere aggiunti sassi più piccoli (FIGURA 5), che a loro volta creeranno spazi ancora più piccoli, che a loro volta saranno riempiti da sassi ancora più piccoli.
Nell’esempio “muretto a secco” di cui sopra, possiamo immaginare la resina come un sottile strato di colla steso lungo le interfacce tra tutti i sassi.
Un materiale composito ad alta percentuale di carica si presenta come un insieme compatto di particelle di quarzo e/o vetro di diverse dimensioni in stretto contatto tra di loro, un sottile strato di resina è steso lungo le interfacce tra le particelle.
Le definizioni di macro- micro- micro-ibrido- e nano- composito si riferiscono alla dimensione delle particelle e a come particelle di diverse dimensioni vengono combinate tra loro per “riempire gli spazi” del muretto a secco.
Se ogni particella di vetro o quarzo avesse le dimensioni di un sasso, un materiale composito a bassa percentuale di carica si presenterebbe come un muro dove i sassi che lo costituiscono sono separati da uno spesso strato di cemento.
Il risultato della miscelazione è una pasta viscosa. Si definisce viscosità la capacità delle particelle molecole costitutive di un fluido di scorrere le une sulle altre. In un materiale composito odontoiatrico la viscosità dipende dall’attrito tra le molecole (monomeri) nello scorrere tra di loro; dall’attrito tra le particelle di quarzo e/o vetro nello scorrere tra di loro; dall’attrito tra le particelle di quarzo e/o vetro nello scorrere sui monomeri. Tanto più è alto l’attrito tra le particelle e/o le molecole, tanto più è alta la viscosità di una pasta; tanto più è basso l’attrito tra le molecole e/o le particelle tanto più è bassa la viscosità.
Come esempio possiamo pensare ad un tubetto di cavit ed alla saliva . Il cavit ha una viscosità più alta rispetto alla saliva. Questo perché l’attrito tra le molecole/particelle di cavit è maggiore di quello tra le molecole/particelle di saliva.
La viscosità di un materiale composito allo stato di pasta (non ancora solidificato) dipende dalla:
- Percentuale di volume di riempitivo (polvere) rispetto alla resina
- Viscosità della resina
Il BIS-GMA è la resina impiegata come matrice nei compositi odontoiatrici. Il BIS-GMA è una resina ad alta viscosità, questo ne riduce significativamente la lavorabilità a temperatura ambiente. Per questo motivo il BIS-GMA viene diluito con l’aggiunta di resine a bassa viscosità come il TEGDMA.
Il riempitivo è rappresentato da particelle di silicato di litio, di silicato di alluminio, quarzo, vetri di bario.
I compositi sono classificati in base alla granulometria del riempitivo, ovvero la dimensione delle particelle.
Nei compositi macro-riempiti le particelle hanno delle dimensioni medie di 1 – 30 um.
Nei compositi micro-riempiti omogenei le particelle hanno delle dimensioni medie di 0.04 – 0.06 um.
Nei compositi ibridi il riempitivo è costituito sia da particelle di dimensione 1 – 30 um che da particelle di dimensione 0.04 – 0.06 um.
In queste classi di compositi il riempitivo viene semplicemente aggiunto alla matrice.
In altri tipi di compositi, le particelle stesse sono costituite da un materiale composito, questo è il caso dei Compositi Inomogenei Microriempiti suddivisi in:
- complessi micro-riempiti e reinseriti nella massa, dove delle microparticelle sono inserite nella resina BIS-GMA, il tutto viene polimerizzato, una volta solido viene triturato e sminuzzato fino a raggiungere dei granuli di composito di dimensioni variabili tra 1 – 200 um, i granuli sono reinseriti nella resina BIS-GMA per ottenere il composito finale;
- composti micro-riempiti con particelle prepolimerizzate sferiche, dove le microparticelle sono inserite in sfere di resina parzialmente polimerizzate, le sfere polimeriche contenenti anche le microparticelle sono inserite come riempitivo nella resina BIS-GMA per ottenere il composito finale. Le sfere composite hanno una dimensione di 20-30 um;
- complessi agglomerati di microparticelle, le microparticelle sono aggregate in agglomerati privi di resina di dimensione 1 – 25 um, gli agglomerati sono inseriti nella resina BIS-GMA per ottenere il composito finale.
Quindi le micro-particelle sono presenti sotto forma di granuli o sfere prepolimerizzate o granuli agglomerati e non come particelle individuali. Ciò da la possibilità di incorporare carichi piu alti di riempitivo senza aumentare sensibilmente la viscosità del materiale.
L’adesione della matrice alle particelle di riempitivo è migliorata con l’impiego di un collante organico di silicio detto silano.
Davide Apicella,
nato a Napoli il 19/12/1980.
Ha conseguito la Laurea Specialistica in Odontoiatria e Protesi Dentaria presso la Facoltà di Medicina e Chirurgia, Seconda Università degli studi di Napoli in data 29-09-2008 con la votazione 110/110.
Nell’anno accademico 2006/2007 svolge l’attività di tutorato in ortognatodonzia mediante contratto presso il Corso di Laurea specialistica in Odontoiatria e Protesi Dentaria, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Seconda Università degli studi di Napoli.
E’ iscritto dal 1-11-2008 al primo anno della Scuola di Dottorato di Ricerca in Biomateriali in Odontostomatologia e Oftalmologia – 24° ciclo – dalla Università degli Studi di Siena.
Pubblicazioni scientifiche su riviste indicizzate sulla National Library of Medicine e provviste di Impact Factor:
2009: Aversa R, Apicella D, Perillo L, Sorrentino R, Zarone F, Ferrari M, Apicella A.
Non-linear vischoelastic three dimensional finite element analysis on the effect of endocrown material rigidity on alveolar bone modeling process. Dental Materials. 2009 Jan 15. (Epub ahead of print).
2008: Ferrari M, Sorrentino R, Zarone F, Apicella D, Aversa R, Apicella A. Non-Linear Visco-Elastic Finite Element Analysis of The Effect of The Length of Glass Fiber Posts on The Biomechanical Behaviour of Directly Restored Incisors and Surrounding Alveolar Bone. Dental Materials Journal. 2008 Jul;(4):485-98.
2007: Sorrentino Roberto; Salameh Ziad; Apicella Davide; Auriemma Tommaso; Zarone Fernando; Apicella Antonio; Ferrari Marco. Three-dimensional finite element analysis of stress and strain distributions in post-and-core treated maxillary central incisors. The journal of adhesive dentistry 2007;9(6):527-36. Department of Dental Materials and Restorative Dentistry, University of Siena, Policlinico Le Scotte, Siena, Italy.
2006: Annunziata Marco; Aversa Raffaella; Apicella Antonio; Annunziata Antonio; Apicella Davide; Buonaiuto Curzio; Guida Luigi. In vitro biological response to a light-cured composite when used for cementation of composite inlays. Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials 2006;22(12):1081-5. Department of Odontostomatological, Orthodontic and Surgical Disciplines, Second University of Naples S.U.N., Naples, Italy.
2006: Zarone Fernando; Sorrentino Roberto; Apicella Davide; Valentino Bartolomeo; Ferrari Marco; Aversa Raffaella; Apicella Antonio. Evaluation of the biomechanical behavior of maxillary central incisors restored by means of endocrowns compared to a natural tooth: a 3D static linear finite elements analysis. Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials 2006;22(11):1035-44. Second University of Naples, DISPAMA, Material Division, Aversa, Italy.
2005: Zarone Fernando; Apicella Davide; Sorrentino Roberto; Ferro Valeria; Aversa Raffaella; Apicella Antonio. Influence of tooth preparation design on the stress distribution in maxillary central incisors restored by means of alumina porcelain veneers: a 3D-finite element analysis. Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials 2005;21(12):1178-88.
2005: Apicella Antonio; Simeone Michele; Aversa Raffaella; Lanza Alessandro; Apicella Davide. Light shielding effect of overlaying resin composite on the photopolymerization cure kinetics of a resin composite and a dentin adhesive. Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials 2005;21(10):954-61.
2005: Lanza Alessandro; Aversa Raffaella; Rengo Sandro; Apicella Davide; Apicella Antonio. 3D FEA of cemented steel, glass and carbon posts in a maxillary incisor. Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials 2005;21(8):709-15.
2005: Simeone Michele; Lanza Alessandro; Rengo Sandro; Aversa Raffaella; Apicella Davide; Apicella Antonio. Inlay shading effect on the photopolymerization kinetic of a dental composite material used as bonding system in an indirect restoration technique. Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials 2005;21(8):689-94.
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zerodonto@gmail.com
