Les composites utilisés pour les restaurations en méthode indirecte : leur état de surface après vieillissement

Pourquoi une étude au laboratoire pour tester les états de surface des composites ?

Les tests de laboratoire sont indispensables pour évaluer des techniques et des matériaux en dehors du contexte clinique et de leur environnement variable.

Les méthodes employées doivent permettre des résultats reproductibles, c’est-à-dire que, lorsque le même test est répété dans les mêmes conditions et avec le même matériau, les données obtenues doivent évidemment être très proches et, donc, la variabilité des valeurs mesurées doit être faible et dans une plage acceptable. De plus, les paramètres qui influent sur les résultats du test doivent être connus.

Étude de l’état de surface

Une évaluation physique de deux composites de laboratoire, le SR Nexco Paste et le SR Adoro (Ivoclar Vivadent), est réalisée par l’étude in vitro de leur état de surface. Un composite destiné à être utilisé en méthode directe, en restauration postérieure et qui servira de témoin, est testé avec la même méthodologie, permettant ainsi une comparaison entre ces deux types de composites.

Méthodologie

Trois groupes de composite sont utilisés :

• groupe I, SR Adoro (Ivoclar Vivadent) ;

• groupe II, SR Nexco Paste (Ivoclar Vivadent) (^fig. 1) ;

• groupe III, composite témoin destiné aux restaurations postérieures, utilisé en méthode directe.

Pour chaque composite testé, 10 échantillons sont élaborés selon les indications du fabricant.

Les composites sont insérés dans un moule (32 x 15 x 1 mm) placé sur une lame de verre et recouverts d’une matrice en polyester.

Photopolymérisation des composites (fig. 2)

Le SR Adoro est un composite photopolymérisable et thermopolymérisable, aussi nécessite-t-il un programme de traitement photonique et thermique (lumière et chaleur) dispensé par le four Lumamat 100 (Ivoclar Vivadent Technical, Schaan, Liechtenstein) qui est utilisé avec le programme P3 (programme fixe sans modèle de plâtre).

Le SR Nexco Paste nécessite un programme de photopolymérisation pour résines photopolymérisables (lumière) dispensé par le four Lumamat 100 utilisé avec le programme P2,

Le composite témoin, nanohybride photopolymérisable, peut être appliqué en couches jusqu’à 4 mm, La photopolymérisation est effectuée à l’aide de la lampe à photopolymériser LED Celalux 2 (Voco GmbH, Cuxhaven, Allemagne) pendant 20 secondes minimum,

Les échantillons sont ensuite conservés à température ambiante et à l’abri de la lumière dans une chambre dans laquelle sera maintenue une atmosphère humide,

Tests réalisés pour chaque composite

La chronologie des différents tests réalisés est donnée à la ^{figure 3},

Étude de l’état de surface : analyse de la rugosité

La surface de chaque échantillon est étudiée grâce à un profilomètre (SJ-201M Mitutoyo, Japon) dont la pointe en contact avec la surface a un déplacement horizontal de 2,5 mm. Un capteur suit la pointe et mesure sa position verticale tout au long de ce déplacement, ce qui permet d’établir le profil de la surface.

Pour chaque mesure effectuée, les paramètres de rugosité donnés sont :

• l’écart moyen arithmétique du profil, Ra, en micromètres (moyenne arithmétique des valeurs absolues des écarts par rapport à la ligne moyenne) ;

• la hauteur maximale du profil, Ry, en micromètres (somme de la hauteur du pic le plus haut par rapport à la ligne moyenne et de la profondeur du creux le plus bas par rapport à la ligne moyenne) (^fig. 4),

Sur chacun des 10 échantillons de chaque composite, 3 mesures consécutives sont effectuées. Les moyennes des 3 valeurs de Ra et Ry obtenues sont calculées pour chaque échantillon puis les moyennes des 10 échantillons sont réalisées.

Les résultats sont ensuite étudiés statistiquement par une analyse de variance et un test a posteriori de Duncan pour comparer les groupes.

Contrainte hydrothermique

Les échantillons de chaque composite sont soumis à des variations de température de 5 à 55 °C dans des bains thermostatés, Le thermocyclage est de 1 000 cycles, un cycle correspondant à l’immersion pendant 30 secondes dans le bain à 5 °C, un temps de transfert de 5 secondes puis l’immersion pendant 30 secondes dans le bain à 55 °C.

Test d’usure mécanique

Un test d’usure mécanique est réalisé sur chaque échantillon à l’aide de l’abrasimètre linéaire Taber 5700 (Taber Industries, New York, États-Unis). Cet abrasimètre utilise le déplacement horizontal d’une tête abrasive montée sur un axe coulissant verticalement. La partie abrasive est composée de particules de caoutchouc et d’oxyde d’aluminium.

La charge appliquée, le nombre de cycles, la vitesse de déplacement et l’amplitude sont déterminés lors d’essais préalables. A été retenue ici une charge de 600 g, pour un nombre de cycles de 300, avec une vitesse de 60 cycles par minute sur une longueur de 25,4 mm.

Résultats

Les différents profils obtenus pour les 3 composites sont donnés dans les figures 5 à 10 :

• après application de la matrice en polyester (^fig. 5 et ⁶) ;

• après contrainte hydrothermique (^fig. 7 et ⁸) ;

• après vieillissement par contraintes hydrothermique et mécanique (^fig. 9 et ¹⁰),

Les résultats regroupés sont donnés dans le ^{tableau 1}.

Statistiques

Les valeurs de la rugosité (Ra et Ry) sont ensuite analysées statistiquement (one-way ANOVA et test a posteriori de Duncan) :

• après application de la matrice polyester, l’état de surface des composites indirects Adoro et Nexco est significativement différent (p < 0,05) de celui du composite témoin, celui-ci étant moins favorable ;

• après contrainte hydrothermique seule, l’état de surface des composites indirects Adoro et Nexco est significativement différent (p < 0,05) de celui du composite témoin, celui-ci étant moins favorable mais uniquement pour le Ry ;

• après contraintes hydrothermique et mécanique, le Ra et le Ry des composites indirects Adoro et Nexco sont significativement différents (p < 0,05) de ceux du composite témoin, celui-ci étant toujours moins favorable.

Par ailleurs, l’étude statistique met en évidence un état de surface perturbé dès la contrainte hydrothermique seule avec le composite postérieur témoin, ce qui n’est pas le cas pour les composites indirects.

Discussion

Le vieillissement accéléré par contrainte hydrothermique est-il un choix judicieux ?

Lors de cette étude, nous avons voulu étudier in vitro l’état de surface de composites soumis à ces contraintes.

Comment agissent les cycles hydrothermiques ? Les changements de température répétés lors du thermocyclage provoquent des dégradations dans les liaisons matrice-charges dues aux coefficients d’expansion thermique différents entre les deux composants [¹]. Ces expansions et contractions répétitives entraînent des délogements de particules surtout si celles-ci sont de grande taille, Par ailleurs, l’absorption d’eau est accompagnée d’une expansion hygroscopique dans la matrice fragilisant aussi l’interface matrice/charges [²].

Cette contrainte permet donc d’analyser la durabilité des liaisons dans les composites étudiés.

Influence des charges des composites

La nature, la taille et la proportion des charges déterminent les propriétés d’un composite. Des particules de charge de grande taille apportent une stabilité physique mais les composites qui les contiennent sont difficilement polissables : les charges arrachées laissent des cavités importantes à la surface du composite entraînant une rugosité de surface. Dans plusieurs études, il a été montré que plus les charges sont de grande taille, plus les valeurs de rugosité (Ra) sont importantes [³-⁵].

En revanche, les composites hybrides permettent d’obtenir une surface lisse avec une faible rugosité. Tous les composites de l’étude sont des composites hybrides.

L’Adoro contient des microcharges inorganiques et des copolymères qui, lors de la polymérisation, sont complètement intégrés au composite. Cela permet d’obtenir un composite homogène avec une forte teneur de microcharges. L’Adoro possède donc les avantages des microcharges (faible rugosité de surface) combinés avec ceux des grandes particules (stabilité physique et faible rétraction de polymérisation) [⁶] (^fig. 11 et ¹²).

Le Nexco Paste possède également ces charges formées de microparticules inorganiques (de 10 à 50 nm) et de prépolymères dont la base, le diméthacrylate d’uréthane (UDMA, urethane dimethacrylate), leur permet de s’intégrer parfaitement à la matrice [⁷].

Le composite témoin est un composite nanohybride, photopolymérisable, utilisé, rappelons-le, pour les restaurations postérieures en méthode directe. Il est constitué de différents types de charges : des particules de verre de deux tailles différentes, un prépolymère, du fluorure d’ytterbium et des oxydes sphériques. Ces charges de différentes dimensions (de 160 à 700 nm) sont plus grandes que celles de l’Adoro (de 10 à 100 nm) ou du Nexco Paste (de 10 à 50 nm).

Nos résultats corroborent donc ces différentes données.

Influence de la matrice des composites

L’Adoro et le Nexco Paste contiennent de l’UDMA et des diméthacrylates aliphatiques [⁶, ⁷]. Ces monomères, mis au point en remplacement du diméthacrylate de triéthylèneglycol (TEGDMA, triethylene glycol dimethacrylate) et du bisphénol A de méthacrylate de glycidyle (Bis-GMA, bisphenol A glycidyl methacrylate), ont l’avantage sur ces derniers de ne pas comprendre de groupes hydroxyles. Le composite est donc moins susceptible de se dissoudre ou d’absorber de l’eau.

Le composite témoin contient lui aussi non seulement de l’UDMA mais aussi du Bis-GMA et du bisphénol-A éthoxylé diméthacrylate (Bis-EMA, ethoxylated bisphenol-A dimethacrylate). Le Bis-GMA possède des groupements hydroxyles donnant un caractère hydrophile au monomère, ce qui favorise l’absorption d’eau. Cela peut expliquer les résultats obtenus lors de l’étude de la rugosité de surface avant puis après contrainte hydrothermique : avec le témoin, nous obtenons une augmentation statistiquement significative de la rugosité après la contrainte hydrothermique seule alors que ce n’est pas le cas avec l’Adoro et le Nexco Paste.

Conclusion

La polymérisation idéale des composites utilisés pour les méthodes indirectes non seulement élimine le risque de reliquats des monomères libres mais aussi, cette étude le met en évidence, améliore leurs propriétés mécaniques et donc leur comportement dans le temps.

Par ailleurs, le polissage du laboratoire de prothèses associé à la finition directe en bouche permet d’obtenir des surfaces parfaitement polies, notamment au niveau des surfaces proximales.

Ces deux caractéristiques sont fondamentales pour augmenter la durée de vie des composites dans la cavité buccale mais aussi pour améliorer l’intégration biologique.

Bibliographie

• [1] Hahnel S, Henrich A, Bürgers R, Handel G, Rosentritt M. Investigation of mechanical properties of modern dental composites after artificial aging for one year, Oper Dent 2010;35:412-419.
• [2] Minami H, Hori S, Kurashige H, Murahara S, Muraguchi K, Minesaki Y et al. Effects of thermal cycling on surface texture of restorative composite materials, Dent Mater J 2007;26:316-322.
• [3] Sarac D, Sarac YS, Kulunk S, Ural C, Kulunk T. The effect of polishing techniques on the surface roughness and color change of composite resins. Prosthet Dent 2006;96:33-40.
• [4] Ozgünaltay G, Yazici AR, Görücü J. Effect of finishing and polishing procedures on the surface roughness of new tooth-coloured restoratives, J Oral Rehabil 2003;30 :218-224.
• [5] Paravina RD, Roeder L, Lu H, Vogel K, Powers JM. Effect of finishing and polishing procedures on surface roughness, gloss and color of resin-based composites, Am J Dent 2004;17:262-266.
• [6] Scientific Documentation SR Adoro®, Schaan : Ivoclar Vivadent AG, Research and Development, Scientific Service, 2003,
• [7] Scientific Documentation SR Nexco® Paste, Schaan : Ivoclar Vivadent AG, Research and Development, Scientific Service, 2012,