Silanisering av protetiska konstruktioner
Socialstyrelsen klassificerar sin utgivning i olika dokumenttyper. Detta är ett underlag från experter. Det innebär att det bygger på vetenskap och/eller beprövad erfarenhet som tas fram av huvudsakligen externa experter på uppdrag av Socialstyrelsen. Experternas material kan ge underlag till myndighetens ställningstaganden. Författarna svarar själva för innehåll och slutsatser. Socialstyrelsen drar inga egna slutsatser. Artikelnr 2008-123-14 Publicerad www.socialstyrelsen.se, maj 2008 2
Innehåll Introduktion...5 Hur fungerar silan?...6 Silanisering av metall...7 Silanisering av keram...9 Silanisering av komposit...10 Hälsorisker...11 Kliniska riktlinjer...12 Referenser...13 Dokumentinformation:...18 3
4
Introduktion Silanisering används på ytan av konstruktioner av metall, keram eller komposit för att kemiskt komplettera den mikromekaniska bindningen till metakrylatbaserade material som bonding, komposit, och kompositcement (1 12). Silanisering kombineras ofta med så kallad silikatisering (3). Förutom att bindningsstyrkan mellan materialen blir bättre, minskar silaniseringen bland annat risken för spaltbildning och infiltration av vätska från munhålan (2 4). 5
Hur fungerar silan? Silaner är molekyler med organiska och oorganiska ändgrupper i samma molekyl. Sammansättningen gör att det går att binda dem både till organiska och till oorganiska molekyler (1, 3, 13). Den oorganiska ändgruppen binds till oorganiska partiklar eller ett oorganiskt silikatskikt på ytan av konstruktionen (se nedan) via syrebryggor (Si-O-Si) (3, 13). Den organiska ändgruppen (metakrylatgrupp) binds sedan till den organiska matrisen i det metakrylatbaserade materialet (t.ex. kompositcement) under polymerisationsfasen (3, 13). Silanet åstadkommer därmed en kemisk bindning mellan ett oorganiskt silikatskikt och den organiska metakrylatbaserade matrisen. Som ett resultat av silaniseringen formar silanet ett hydrofobt, tredimensionellt nätverk (10 50 nm tjockt) mellan materialen (t.ex. keramyta-kompositcement) (3, 13). Silanisering används sedan många år som en nödvändig ytbehandling av ytan på fillerpartiklar i komposit (2, 3,13). De vanligaste silanerna för dentalt bruk är organosilaner som 3-metakryloylo-oxypropyltrimetoxy silan (MPS) (1, 3, 13). En klinisk nackdel med silan är att det lätt kan hydrolyseras, dvs. det är fuktkänsligt (3). Är silanlösningen också mjölkvit istället för att vara en klar vätska, anses den också vara obrukbar (13). Det rekommenderas att silanisering utförs av tandläkaren i samband med cementeringen efter inprovning av själva konstruktionen (2, 13). Det är viktigt att konstruktionen då är rengjord och torr. Bäst resultat har rapporterats vid torrblästring av silanet med luft som är ca 45 C (14). Silaner används således för att optimera bindning mellan material som metall-komposit, keram-komposit, komposit-komposit samt mellan polymermatrisen och filler/fibrer inuti kompositmaterial. De har också prövats för att förbättra bindningen mellan fiberförstärkta pelarmaterial och kompositmaterialet vid pelaruppbyggnad (15). För att ytterligare öka bindningen till metallytor, keramer samt härdad komposit, är det vanligt att tandteknikern innan silaniseringen först belägger ytan med ett lager av kiseldioxid, antingen pyrokemiskt (ex. Silicoter TM ) eller tribokemiskt (ex Rocatec, CoJet ) (3 6, 8 10). 6
Silanisering av metall Silicoatingsystemet (Silicoater Classic) utvecklades på 1980-talet och är en pyrokemisk process där alkoxysilan upphettas i en propanlåga varvid högreaktiva Si(OH) x -C partiklar uppstår och kondenseras till SiO 2 -kluster (16 18). Metallskelettet, vilket förbehandlats genom blästring med aluminiumoxid, placeras i en hållare som roterar genom en propanlåga. Skelettet har en temperatur på 150 200 C och när SiO 2 -partiklarna når metallytan kondenseras dessa och smälter in i metallytan. Efter fem minuters behandling har ett 50 80 nm tjockt glasartat skikt bildats på metallytan, s.k. silikatisering. Ett lager bifunktionellt alkoxysilan läggs på och silanets fria OH-grupper kommer att reagera med den silikatiserade ytans OH-grupper (kondensationsreaktion) varvid silanet blir kemiskt bundet till ytan (3, 16 18). Silicoater MD- och Siloc-metoden är andra versioner av Silicoater Classic. Efter blästring av metallytan med aluminiumoxid appliceras en lösning som består av tre komponenter: två kiselsolfraktioner, (10 14 nm respektive 1 nm medelpartikelstorlek) samt en kromoxidkomponent. Efter avdunstning från metallytan blir kiselpartiklarna och kromoxiden kvar. Genom temperaturbehandling (320 C) kondenseras partiklarna sinsemellan varvid kromoxid bäddas in i silikatmatrixen (Si-O-Cr-struktur). Därvid bildas en förening med metallkromater eller spinellstrukturer som är stabil mot fukt (17). Systemet är mindre justerings- och inställningskänsligt än Silicoater classic (3, 18, 19). Dock används inte Silicoater-systemen lika ofta i dag, då nya system till stor del har ersatt dessa. De främsta ersättarna är de tribokemiska systemen (se nedan) (3). Rocatec -metoden, som introducerades i slutet av 1980-talet, har hittills varit den vanligaste metoden för att belägga en yta med kiseldioxid (silikatisering) innan silanisering (2, 3, 7). Metoden kan användas till metall, keram och komposit antingen på laboratorium eller kliniskt (3 8, 10, 12, 20 22) Principen är en tribokemisk applikation (se nedan) av kisel genom blästring. Metallytan blästras först med kiselinkapslade korundpartiklar och därefter med kiselsyremodifierad aluminiumoxid där blästringstiden och avståndet till objektet är kontrollerade. Genom omvandling av rörelseenergin till värmeenergi på metallytan tillsammans med blästringstrycket, kommer kiselpartiklar att fästas vid metallytan (s.k. tribokemisk applikation) (3, 8, 19, 23). Detta leder till att metallytan blir mer kemiskt reaktiv för akrylatet via det silan som sedan tillförs den blästrade ytan innan den slutligen förses med metakrylatbaserad opaquer. Fördelen med detta system är frånvaron av värmebehandling. vilken annars kan annars ändra metallens kristallstruktur. Dessutom behöver tandläkaren inte ta bort befintligt material vid reparationer, mer än där själva reparationen ska göras (3, 7, 8, 19). Ett system för tribokemisk silikatisering har utvecklats för kliniskt bruk (CoJet TM ). Detta används för reparation av keram, komposit samt för metallbaserade prote- 7
tiska konstruktioner där fasader lossat eller frakturerat. Systemet kan också användas vid komposit- och keramfrakturer (3, 6, 7, 24). Resultatet blir bäst om den tribokemiska metoden som används kombineras med silanisering, oavsett vilket typ av yta som behandlas (3, 7, 8, 14, 23, 25). De flesta studier för utvärdering av silikatisering och silanisering av metall är in vitro-studier. Flera av dessa har visat att silanisering efter förbehandling med silikatisering tillför en adekvat kemisk bindning mellan metallyta och komposit (2 4, 8, 16 19, 23, 26 33). Denna leder till ökad bindningsstyrka och minskat mikroläckage även över en längre tid. Det gäller oavsett vilken typ av metall som används (2, 3, 9, 29, 31). Ett undantag kan dock vara titan där man i nyligen publicerade studier har visat att man endast med silanisering av titanytan och utan silikatisering kan uppnå en god bindning mellan titan och komposit (25). 8
Silanisering av keram Silanisering av keram sker genom att en lösning av organosilan appliceras efter syraets (fluorvätesyra) av keramens inneryta (2, 3, 6, 12, 20 22, 34, 35) Retentionen mellan keram och kompositcement förbättras genom en kemisk bindning av både kovalent och vätebindningskaraktär (3, 13). Denna behandling fungerar på keramer som innehåller en amorf (glas) struktur (t.ex. Empress, m.fl.) eller glaskeramer förstärkta med aluminiumoxid eller zirkoniumdioxid. Dessa är etsbara (3, 6, 12, 20 22). Till tätsintrade oxidiska keramer (t.ex. AllCeram, Zirconia, m.fl.) har däremot en förbehandling med partikelblästring alternativt silikatisering samt efterföljande silanisering föreslagits (20). Partikelblästringen skapar en mikroretention hos en oxidisk keram. En tribokemisk silikatisering skapar förutsättning både för en mikromekanisk och för en kemisk bindning kombinerat med silan på sätt som beskrivits ovan. För metall verkar vara den metod som är att föredra i nuläget (5, 8, 20). Även användning av silanisering med enbart MPS-silan har visats ge en ökad bindning till keramer av yttriumstabiliserad zirkoniumdioxid (36). Enbart användning av ett cement innehållande fosfatmonomerer har visats kunna ge en kemisk bindning till oxidiska keramer även utan silanisering (37, 38). Andra forskningsresultat visar på att silikatisering, silanisering samt användande av kompositcement som innehåller monomerer med fosfatgrupper ger mer tillförlitliga resultat när det gäller bindningen mellan oxidisk keram och kompositcement (39 41). För klinisk reparation av fakturerad keram ger silikatisering (ex CoJet TM ) tillsammans med silanisering en adekvat bindning innan kompositmaterialet appliceras (6, 7, 42, 43). 9
Silanisering av komposit Även retentionen till polymeriserad komposit (t.ex. inlägg, onlays och kronor) samt vid reparation av större kompositer kan retentionen förbättras genom silanisering (10, 44 46). När tandläkaren applicerar en lösning av organosilan binds silanets oorganiska kiselgrupp i första hand till de oorganiska fillerpartiklarna i kompositmaterialet (44 46). Bindningen kan bli ännu bättre om tandläkaren först blästrar eller silikatiserar kompositytan. (10, 47, 48). Ett silikatiseringsskikt, likt de som beskrivits ovan, kommer att bildas om blästerpartiklarna är av kisel. Det förbättrar därmed bindningen mellan polymeriserad komposit och ny komposit eller kompositcement (48). Experter har också förordat silanbehandling utan silikatisering tillsammans med bonding i samband med reparation av äldre polymeriserade kompositytor i oral miljö. Detta för att förbättra bindningen mellan nytt och gammalt kompositmaterial i de fall det inte går att göra silikatisering (3, 10, 48). Silanisering förbättrar inte bindningen till komposittyper med få eller inga kiselpartiklar (mikrofillkomposit) om det inte görs någon silikatisering. Det beror på att det inte finns några aktiva kemiska kiselgrupper i mikrofilkompositer (13). Silanisering av fiberstift för pelaruppbyggnad har föreslagits för förbättrad bindning mellan fiberstift och kompositmaterial (15). Resultaten av annan forskning visar dock att silanisering inte har någon effekt. Därför kan vi inte ge några råd som gäller silanisering av fiberstift i nuläget (49, 50). 10
Hälsorisker Vi har inte fått några rapporter om beskrivna hälsorisker när det gäller arbete med silaner. 11
Kliniska riktlinjer Den mikromekaniska retentionen skapad av blästring eller etsning är nödvändig för en bra bindning mellan metakrylatbaserade material och protetiska konstruktioner av metall, keram eller komposit. Silikatisering och silanisering kompletterar den mikromekaniska retentionen till metall-, keram- och kompositytor. Silan av typen MPS ( -metakryl-oxypropyltrimetoxy silan) är den silan som litteraturen främst förordar. Tandläkaren bör göra silaniseringen, på grund av silanets fuktkänslighet. Silanisering av frakturerad keram eller komposit i oral miljö ger förbättrat resultat främst om det kombineras med silikatisering. 12
Referenser (1) Anusavice KJ. Phillips Science of Dental Materials 11 th ed St. Louis, Saunders 2003. (2) Barghi N. To silanate or not to silanate: making a clinical decision. Compend Contin Educ Dent. 2000;21(8):659-62. (3) Matinlinna J, Vallittu P. Silane based concepts on bonding resin composite to metals. J. Contemp Dent Pract. 2007; 8(2): 1-8. (4) Özan MP, P. Nergiz, I. A brief history and current status of metal and ceramic surface-conditioning concepts for resin bonding in dentistry. Quintessence Int 1998;29:713-24. (5) Valandro LF, Özcan M, Bottino MC, Scotti R, Bona AD. Bond strength of a resin cement to high-alumina and zirconia-reinforced ceramics: the effect of surface conditioning. J Adhes Dent. 2006;8(3):175-81. (6) Matinlinna JP, Vallittu PK. Bonding of resin composites to etchable ceramic surfaces an insight review of the chemical aspects on surface conditioning. J Oral Rehabil. 2007;34(8):622-30. (7) Özcan M. Evaluation of alternative intra oral repair techniques for fractured ceramic-fused-to-metal restorations. J Oral Rehab 2003;30:194-203. (8) Atsü SS. Gelgör IE, Sahi V. Effects of silica coating and silane surface conditioning on the bond strength of metal and ceramic brackets to enamel. Angle Ortod. 2006;76(5):857-62. (9) Chang JC, Powers JM, Hart D. Bond strength of composite to alloy treated with bonding systems. J Prosthodont 1993;2(2):110-14. (10) Özcan M, Barbosa SH, Meio RM, Galhano GA, Bottino MA. Effect of surface conditioning methods on the microtensile bond strength of resin composite to composite after aging conditions. Dent Mater 2007; 23(10)1276-82. (11) Matinlinna JP, Heikkinen T, Özcan M, Lassila LV, Vallittiu PK. Evaluation of resin adhesion to zirconia ceramic using some organosilanes. Dent Mater 2006;22(9):824-31. (12) Amaral R, Özcan M, Bottino MA, Valandro LF. Microtensile bond strength of a resin cement to glass infiltrated zirconia-reinforced ce- 13
ramic: the effect of surface conditioning. Dent Mater 2006;22(3):283-90. (13) Söderholm K-J. The key for the indirect technique. In: Roulet J-FD, M, editor. Adhesion- the silent revolution in dentistry. 1 ed. Carol Stream: Quintessence Publishing Co, Inc; 2000. p. 81-105. (14) Shen C, Oh WS, Williams JR. Effect of post-silanization drying on the bond strength of composite to ceramic. J Prosthet Dent. 2004;91(5):453-58. (15) Goracci C, Raffaelli O, Monticelli F, Balleri B, Bertelli E, Ferrari M. The adhesion between prefabricated FRC posts and composite cores: microtensile bond strength with and without post-silanization. Dent Mater 2005;21(5):437-44. (16) Eichler D, Wsutelt K. Experiences with material and clinical properties of the Ni/Cr-alloy Gisadent NCS1 under consideration of the Silicoating-procedure. Stomatol DDR 1990;40(1):3-4. (17) Göbel RW, Welker D. Anorganische Legierungs-Kunststoff-Verbundverfahren: Silikatisierung, Silanisierung, Verzinnen. Quintessenz Zahntech 2000;26(7):733-43. (18) Hansson O. The Silicoater technique for resin-bonded prostheses: clinical and laboratory procedures. Quintessence Int 1989;20(2):85-99. (19) Guggenberger R. Rocatec system- adhesion by tribochemical coating. Dtsch Zahnarztl Z 1989;44(11):874-6. (20) Özcan M, Vallittu PK. Effect of surface conditioning methods on the bond strength of luting cement to ceramics. Dent Mater 2003;19(8):725-31. (21) Pisani-Proenca J, Erhardt MC, Valandro LF, Gutierrez-Aceves G, Bolanos-Carmona MV, Del Castillo-Salmeron R, Bottino MA. Influence of ceramic surface conditioning and resin cements on microtensile bond strength to a glass ceramic. J Prosthet Dent. 2006;96(6):412-17. (22) Begazo CC, de Boer HD, Kleverlaan CJ, van Was MA, Feilzer AJ. Shear bond strength of different types of luting cements to an aluminium-oxide reinforced glass ceramic core material. Dent Mater 2004;20(10):901-7. (23) Imbery TA, Evans DB, Koeppen RG. A new method of attaching cast gold occlusal surfaces to acrylic resin denture teeth. Quintessence Int 1993;24(1):29-33. 14
(24) Imamura GM, Reinhardt JW, Boyer DB, Swift EJ. Enhancement of resin bonding to heat-cured composite resin. Oper Dent 1996;21(6):249-56. (25) Matinlinna J, Özcan M, Lassila LVJ, Vallittu PK. The Effect of a 3- methacryloxypropyltrimethoxysilane and vinyltriisopropoxysilane blend and tris(3-trimethoxysilylpropyl)isocyanurate on the shear bond strength of composite resin to titanium metal. Dent Mater 2004;20;804-13. (26) Hummel SK, Pace LL, Marker VA. A comparison of two silicoating techniques. J Prosthodont 1994;3(2):108-13. (27) Kourtis SG. Bond strengths of resin-to-metal bonding systems. J Prosthet Dent 1997;78(2):136-45. (28) May KB, Fox J. Razzoog M. Lang B. Silane to enhance the bond between polymethyl methacrylate and titanium. J Prosthet Dent 1995;73:428-31. (29) Mazurat RD, Pesun S. Resin-metal bonding systems: a review of the Silicoating and Kevloc systems. J Can Dent Assoc 1998;64(7):503-7. (30) Moulin P, Degrange M, Picard B. Influence of surface treatment on adherence energy of alloys used in bonded prosthetics. J Oral Rehabil 1999;26(5):413-21. (31) Moulin P, Picard B, Degrange M. Water resistance of resin-bonded joints with time related to alloy surface treatment. J Dent 1999;27(1):79-87. (32) Vojvodic D, Jerolimov V, Celebic A, Catovic A. Bond strengths of silicoated and acrylic resin bonding systems to metal. J Prosthet Dent 1999;81(1):1-6. (33) Watanabe I, Kurtz KS, Kabcenell JL, Okabe T. Effect of sandblasting and silicoating on bond strength of polymer-glass composite to cast titanium. J Prosthet Dent 1999;82(4):462-67. (34) Blatz MB, Sadan A, Kern M. Resin-ceramic bonding: a review of the literature. J Prosthet Dent. 2003;89(3):268-74, (35) Isidor F, Brondum K. A clinical evaluation of porcelain inlays. J Prosthet Dent 1995;74(2):140-44. (36) Uo M, Sjögren G, Sundh A, Goto M, Watari F, Bergman M. Effect of surface condition of dental zirconia ceramic (Denzir) on bonding. Dent Mater 2006;25(3):626-31. 15
(37) Kern M, Wegner SM. Bonding to zirconia ceramic: adhesion methods and their durability. Dent Mater 1998;14(1):64-71. (38) Wegner SM, Kern M. Long-term resin bond strength to zirconia ceramic. J Adhes Dent 2000;2(2): 139-47. (39) Özcan M, Alkumru HN, Gemalmaz D. The effect of surface treatment on the shear bond strength of luting cement to a glass-infiltrated alumina ceramic. Int J Prosthodont 2001;14:335-39. (40) Blatz MB, Sadan A, Soignet D, Blatz U, Mercante D, Ciche G. Longterm bond to densely sintered aluminium oxide ceramic. J Esthet Restor Dent. 2003;15(6):362-68. (41) Blatz MB, Sadan A, Blatz U. The effect of silica coating on the resin bond to the intaglio surface of Procera AllCeram restorations. Quintessence Int. 2003;34(7):542-47. (42) Leibrock A, Degenhart M, Behr M, Rosentritt M, Handel G. In vitro study of the effect of thermo- and load-cycling on the bond strength of porcelain repair systems. J Oral Rehabil 1999;26(2):130-7. (43) Llobell A, Nicholls JI, Kois JC, Daly CH. Fatigue life of porcelain repair systems. Int J Prosthodont 1992;5(3):205-13. (44) Hummel SK, Marker V, Pace L, Goldfogle M. Surface treatment of indirect resin composite surfaces before cementation. J Prosthet Dent 1997;77(6):568-72. (45) Soderholm KJ. Flexure strength of repaired dental composites. Scand J Dent Res 1986;94(4):364-69. (46) Soderholm KJ, Roberts MJ. Variables influencing the repair strength of dental composites. Scand J Dent Res 1991;99(2):173-80. (47) D Arcangelo C, Vanini L. Effect of three surface treatments on the adhesive properties of indirect composite restorations. J Adhes Dent 2007;9(3):319-26. (48) Brendeke J Özcan M. Effect of physcochemical aging conditions on the composite-composite repair bond strength. J Adhes Dent 2007;9(4):399-406. (49) Wrbas KT, Altenburger MJ, Schirrmeister JF, Bitter K, Lielbassa AM. Effect of adhesive resin cements and post surface silanization on the bond strengths of adhesively inserted fibre posts. J Endod. 2007;33(7):840-43. 16
(50) Wrbas KT, Schirrmeister JF, Altenburger MJ, Agrafioti A, Hellwig E. Bond strength between fibre post and composite resin cores: effect of post surface silanization. Int Endod J. 2007;40(7):538-43. 17
Dokumentinformation Institution: Titel: SOS, Kunskapscenter för dentala material Silanisering av protetiska konstruktioner Dokumentdatum: 2008-03-21 Version: 2.0 Dokumenttyp: Personlig huvudman/huvudexpert: Underlag från experter Ulf Örtengren, professor, odont. dr leg. tdl, Avd. för biomaterialer, Institutt for klinisk odontologi/medicinska fakulteten, Tromsö universitet, Norge (Huvudexpert, författare). 18