Trenerzy Nauki

Projekt dotyczy opracowania fotoutwardzalnych kompozytów stomatologicznych nowej generacji o polepszonych właściwościach estetycznych i użytkowych m.in. o mniejszym skurczu polimeryzacyjnym i korzystniejszych właściwościach wytrzymałościowych w stosunku do aktualnie stosowanych fotoutwardzlanych materiałów stosowanych do wypełnień stomatologicznych.

STAN TECHNIKI:
Do najczęściej stosowanych fotoutwardzalnych materiałów stomatologicznych należą związki dimetakrylowe, które gwarantują uzyskiwanie sieci o wysokim stopniu usieciowania. Spośród dostępnych obecnie kompozycji dentystycznych (tzw. RCB – resin based composites) do najpowszechniejszych należą propan 2,2-bis-4-(2’-hydroksy-3-methacryloksypropoksy)fenylu (Bis-GMA) oraz dimetakrylanglikolu trietylenowego (TEGDMA) . Wykorzystanie w materiałach stomatologicznych Bis-GMA, ze względu na obecność aromatycznej struktury Bisfenolu A w rdzeniu cząsteczki, zapewnia niską lotność kompozycji oraz wysoki moduł utwardzonego kompozytu. Z kolei zastosowanie mało lepkiego monomeru TEGDMA stanowiącego tak zwany aktywny rozcieńczalnik pozwala na wprowadzenie odpowiedniej ilości napełniacza nieorganicznego . Proporcje wagowe obu monomerów to najczęściej 7/3 lub 8/2, gdzie BisGMA to składnik główny.

Niemniej jednak aktualnie wykazano, iż stopień polimeryzacji obecnie stosowanych związków metakrylanowych będących składnikiem kompozytowych materiałów stomatologicznych rzadko przekracza 75%, co prowadzi do uwalniania się z tych materiałów do jamy ustnej składników, które nie uległy polimeryzacji. Nierównomierna i niecałkowita fotopolimeryzacja akrylanów i metakrylanów prowadzi do wypłukiwania nieprzereagowanych monomerów, które dyfundując z wypełnienia za pośrednictwem śliny dostają się do przewodu pokarmowego i dalej do krwioobiegu. Niezwiązane monomery mogą powodować silne reakcje alergiczne i cytotoksyczne.

Najpowszechniejszym systemem inicjującym z kolei jest układ złożony z kamforochinonu/ III rzędowej aminy aromatycznej. Na etapie generowania rodników w procesie fotolizy zachodzi interakcja aminy ze wzbudzoną cząsteczką kamforochinonu, obejmuje przeniesienie elektronu z aminy do ketonu, po którym następuje oderwanie protonu, rodnikami inicjującymi proces polimeryzacji są głównie rodniki powstające z amin. Jak wiadomo aminy są czynnikiem cyto- oraz genotoksycznym. Odmienną kwestią jest fakt, iż zbyt duże stężenie kamforochinonu w kompozytach stomatologicznych nie jest pożądane albowiem wpływa na estetykę odbudowy i jakość końcowego produktu – nieprzereagowany kamforochinon, który mógłby pozostać w kompozycie może generować żółte zabarwienie.

Dlatego na przestrzeni ostatnich lat opracowano nowe monomery, które polimeryzują według mechanizmu kationowego i charakteryzują się obniżonym skurczem polimeryzacyjnym. Należą do nich. m.in. spiroortowęglany i monomery siloranowe. Problemem okazało się dobranie odpowiedniego systemu fotoinicjującego dedykowanego do procesów fotopolimeryzacji kationowej z otwarciem pierścienia. Dlatego w ramach projektu opracowano nowe inicjatory – sole jodoniowe, które efektywnie inicjują proces fotopolimeryzacji kationowej, są bezpieczne dla człowieka oraz nietoksyczne. Co więcej inicjatory te wykazują charakterystykę absorpcji sięgającą do zakresu widzialnego, w związku z czym możliwe jest stosowanie źródeł światła emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, co sprawia, że proces utwardzania jest całkowicie bezpieczny dla człowieka.

Podsumowując opracowane nowe kompozyty stomatologiczne wykazują szereg istotnych zalet w porównaniu do dotychczas stosowanych:
1) Są całkowicie bezpieczne dla człowieka – eliminacja cytotoksycznych amin i monomerów akrylanowych powodujących często silne alergie.
2) Nie generują żółtego zabarwienia – eliminacja kamforochinonu, zachowana większa estetyka i jakość końcowego produktu.
3) Mają lepsze i/lub porównywalne właściwości mechaniczne oraz ze względu na zastosowanie monomerów polimeryzujących według mechanizmu kationowego charakteryzują się obniżonym skurczem polimeryzacyjnym.
4) Do procesu utwardzania możliwe jest stosowanie lamp dentystycznych emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego.

Reasumując opracowano więc całkowicie bezpieczne, nietoksyczne kompozyty stomatologiczne nowej generacji.

Wierzymy ze opracowany przez nas produkt jest na tyle konkurencyjne do aktualnie stosowanych materiałów dostępnych handlowo ze rokuje na komercjalizację a wręcz nawet na zrewolucjonizowanie rynku materiałów światłoutwardzlanych.

Do efektywnej komercjalizacji niezbędna jest współpraca z producentami polimerowych materiałów kompozytowych w tym dedykowanych do zastosowań w stomatologii. Bowiem na tym etapie projektu konieczna jest kooperacja z producentami lub dystrybutorami takich produktów w celu ukształtowania finalnego produktu o określonych i specyficznych dla danego producenta cechach użytkowych np. dobór wypełniacza nieorganicznego pod kątem końcowej aplikacji w zastosowaniach w stomatologii.

Bowiem kompozyty stomatologiczne składają się z dwóch podstawowych składników: matrycy organicznej oraz nieorganicznego napełniacza. Równie ważne, choć występujące w znacznie mniejszych ilościach, są czynniki zwiększające adhezję pomiędzy matrycą i napełniaczem oraz inicjatory polimeryzacji, a także pozostałe dodatki. Skład matrycy organicznej wywiera ogromny wpływ na właściwości gotowego kompozytu. Rzutuje przede wszystkim na wytrzymałość mechaniczną, sorpcję, rozpuszczalność, skurcz polimeryzacyjny, odporność na ścieranie, stabilność koloru, biokompatybilność. Ten etap mamy za sobą albowiem opracowaliśmy matryce polimerowe o polepszonych właściwościach użytkowych.

Z kolei drugi składnik, który stanowi nieorganiczny napełniacz odpowiada przede wszystkim za zwiększenie wytrzymałości mechanicznej kompozytu. Do najczęściej stosowanych napełniaczy zalicza się dwutlenek krzemu, w postaci krystalicznej, koloidalnej oraz pirolitycznej, szkła borowe, glinowo-litowe. Zawartość tego komponentu w materiałach kompozytowych, szczególnie opartych o monomery akrylowe dochodzi nawet do 90% wagowych w przypadku kompozytów zawierających nanonapełniacz.

Dla dalszego rozwoju tego produktu potrzebna jest współpraca ze stomatologami i/lub firmami produkującymi kompozyty stomatologiczne. Poszukujemy partnerów, którzy zajmują się produkcją kompozytów stomatologicznych, dobierają odpowiedni skład, bowiem na tym etapie projektu konieczne jest dopracowanie składu kompozycji, głównie napełniaczy nieorganicznych.

Prezenter:
Monika Topa
Politechnika Krakowska

Nazywam się Monika Topa, jestem doktorantką II roku na Politechnice Krakowskiej, Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej. Zostałam kierownikiem projektu „Diamentowy Grant pt. „ Synteza i badania właściwości aplikacyjnych nowych wysokowydajnych systemów fotoinicjujących dedykowanych do fotoutwardzalnych kompozytów stomatologicznych nowej generacji”, który jest bezpośrednio związany z tematem mojej pracy doktorskiej. Moim opiekunem i wsparciem merytorycznym jest dr inż. Joanna Ortyl, które specjalizuje się w szeroko rozumianej fotochemii i procesach fotopolimeryzacji. W zespole Fotochemii Stosowanej pod kierownictwem dr Ortyl opracowaliśmy fotoutwardzlane kompozyty polimerowe dedykowane do zastosowań w stomatologii. Nadrzędnym naszym celem jest przeprowadzenie testów aplikacyjnych w kooperacji z partnerem branżowym i w konsekwencji komercjalizacja produktu.