Biomateriaux dentaires

Cours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Plan du cours Biomatriaux dentairesLe milieu buccal Les conditions spcifiques dutilisation Les grands groupes de biomatriaux dentaires Quelques aspects de la technologie dentaire

Etude de quelques casLes rsines composites Les ponts en cramique Les systmes CAD / CAMCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Biomatriaux dentaires


Le milieu buccal

Milieu humide

Contraintes mcaniques

Composition fluctuante

Contact avec O2


Le milieu buccal Tissus dentairesDentine Email Pulpe Dentine Constitue avec la pulpe la plus grande partie dela dent; recouverte dans sa partie coronaire par lmail. En contact avec la pulpe, elle est forme notamment dodontoblastes, cellules spcialises se prolongeant depuis la pulpe dans les tubuli dentinaires. Peu minralise (51 % vol.), partie organique est forme surtout de collagne (26 % vol.). Contient ~23 % vol. H2O.

Cment

Tissu minralis recouvrant la racine. Tissu conjonctif spcialis, le moins dur des trois tissus dentaires durs. Sil est mis nu au Cment niveau des collets, il susera rapidement.

Pulpe Tissu mou fortement vascularis et inerv, aucentre de la dent, partir duquel se fait la dentinognse. Le plus sensible des tissus dentaires; il peut se ncroser.

Email Le plus minralis et le plus dur de tout le corps humain. Recouvre la partie de la dentexpose lenvironnement buccal, et la protge contre les contraintes mcaniques et les agressions chimiques. Constitu de longs prismes dhydroxyapatiteCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Le milieu buccal Tissus dentaires dursDensit (g/cm3) Conductibilit thermique (mcal / s . cm2 .(C / cm)) Limite proportionnelle (MPa) Limite de rupture (MPa)Daprs J.M. Powers, 1978

Proprits caractristiques Email 2.97 2.23 Dentine Cment 2.14 1.36 2.03

353

167

384 84.1 343

297 18.3 68 40

Module dlasticit (GPa) Duret Knoop (kg / mm2)


Les conditions spcifiques dutilisation

Obturation en amalgame --> travail direct au fauteuil par le mdecin-dentiste

Couronne cramo-mtallique --> travail extemporan au laboratoire par le technicien


Les conditions spcifiques dutilisationAtteinte carieuse lgre Atteinte carieuse importante OBTURATION COURONNE CERAMOMETALLIQUE

Edentation intercale (perte de deux dents) PONT DE 4 ELEMENTS

Edentation postrieure unilatrale Deux solutions possibles: A) PROTHESE PARTIELLE ADJOINTE B) IMPLANTS ET SUPRA-STRUCTURECours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les conditions spcifiques dutilisation Mthodes de transformation Travail au fauteuil Deux composants mlangerPoudre + liquide: p.ex. ciments, amalgame, alginate ciments amalgame Deux ptes: p.ex. mat. dempreinte, rsines empreinte composites (obsolte)

Un seul composant activer (lumire ou chaleur)Une pte (lumire): p.ex. rsine composite, compomre composite Un solide (chaleur): p.ex. cire, composition thermoplastique, cire thermoplastique hydrocollode rversible


Les conditions spcifiques dutilisation Mthodes de transformation Travail au laboratoire dentaire Deux composants mlangerPoudre + liquide: p.ex. pltre, rsine synthtique pour tre prothse, revtements se Poudre + liquide + chaleur: porcelaine Deux liquides: p.ex. rsine poxy

Un composant uniqueChaleur: p.ex. alliages couler, cire couler Mcanique: p.ex. blocs cramique


Les conditions spcifiques dutilisation Techniques spcifiques Pour le mdecin-dentisteMlangeur mcaniqueInstrument de base du cabinet pour le mlange mcanique des composants des produits livrs en capsules prdoses (amalgame, ciments au verre ionomre, etc)

Lampe polymriserLampe dlivrant un intense flux lumineux bleu, de dure programmable, et utilis pour la polymrisation quasi instantanne de produits dobturations comme les rsines composites, les compomres, certains ciments, etc.

Systme CAD/CAMSystme dvelopp spcifiquement pour raliser au cabinet dentaire, par le mdecin-dentiste, des inlays et mme des couronnes unitaires en cramique. Permet de renoncer la prise dempreinte classique au profit dune empreinte par deux micro-camras vido. Un programme pilote le fraisage dans un bloc de cramique.Cours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les conditions spcifiques dutilisation Techniques spcifiques Pour le technicienFonte au chalumeauTechnique habituelle pour la fonte des alliages couler. La coule se fait alors par une fronde horizontale (force centrifuge). Suivant le type dalliage, on modifie la composition du mlange gazeux pour augmenter la temprature de la torche.

Four sous videFour programmable dvelopp spcialement pour la cuisson des cramiques dentaires. Le vide permet dliminer les bulles dair dans la cramique, augmentant ainsi la translucidit de la porcelaine dentaire

Four polymriserPetit four combinant une irradiation lumineuse intense et un chauffage modr, pour amliorer le taux de conversion des rsines synthtiques, en particulier des rsines composites utilises pour la ralisation dinlays et onlaysCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les conditions spcifiques dutilisation Proprits significativesMouillabilitImportant pour toutes les questions dinterfaces entre un matriau et un tissu dur ou mou (empreintes, obturations, scellements, collages, etc.) Dterminant pour tous les problmes dobturation et de collages. Particulirement difficile matriser dans un milieu humide et peu calcifi comme la dentine Caractristique indispensable pour tous les produits dempreinte (notamment lorsquon retire lempreinte en passant par-dessus le bomb des dents). Indispensable aussi pour les crochets dans les chssis de prothse partielle adjointe Caractristique quil convient de minimiser dans les matriaux comportement visco-lastique comme les produits dempreinte et lamalgame dentaire

Adhsion

Elasticit

Fluage


Les conditions spcifiques dutilisation Proprits significativesFlexibilitDterminant pour les adhsifs dentaires et pour certaines applications mtalliques (fils dorthodontie)

Rigidit

Caractre dterminant pour certaines parties du chssis de prothse partielle adjointe (barre linguale) et pour les porteempreintes individuels en rsine acrylique

Tnacit

Proprit dterminante pour toutes les ralisations entirement en cramique


Les conditions spcifiques dutilisation Dures de vie caractristiques +/- 8 ans +/- 10 ans +/- 13 ans +/- 14 ans +/- 15 ans +/- 20 ans +/- 24 ansRsines composites, classes I & II, Ciments au verre ionomre Rsines composites, cl. III, IV, V, Inlays et onlays en porcelaine Couronne Jacket en porcelaine Amalgame dargent Couronnes en porcelaine alumineuse Couronne cramo-mtallique, Restaurations coules en or (inlays, onlays, couronnes) Aurifications (or compact dans la cavit)Daprs Gordon J. Christensen, 1989Cours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les conditions spcifiques dutilisation Classes de cavits

Classe I Classe III Classe IV

Classe V Classe II


Les grands groupes de biomatriaux dentaires Classification sommaireMtaux Alliages nobles Alliages nickel-chrome Alliages cobalt-chrome Porcelaine Amalgames dargent Or compact

Cramiques

Inlays, onlays Sur mtal Tout cramique

Ciment au verre ionomre Polymres Rsines composites Classes I, II Acrylique - Elastomres Rsines composites Cl. III,IV


Les grands groupes de biomatriaux dentaires

Mtaux

Cramiques

Polymres


Quelques aspects de la technologie dentaireFours programmables Utiliss pour la cuisson des moules en revtement. La maquette en cire est fondue et limine, et le rfractaire du revtement subit une expansion thermique permettant de compenser le retrait de refroidissement de la pice mtallique coule Fusion au chalumeau Mthode traditionnelle pour la fusion des alliages base dor. Des machine de fusion par induction et coule centrifuge sont utilises pour alliages nonprcieux Fours sous vide pour la cramique Fours programmables pour les diffrentes cuissons des cramiques dentaires (stratification et frittage des cramiques opaque et dentine). Le vide amliore la dentine translucidit des cramiquesCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Quelques aspects de la technologie dentaireSoudage au laser Technique dveloppe principalement pour le soudage des pices en titane, mais aussi utilise pour les alliages Co-Cr et les fils dacier en orthodontie Coule du titane La coule du titane ncessite de travailler labri de loxygne. Des machines de coule spciales ont t dveloppes, comme celle-ci pourvue de deux chambres (fusion par arc lectrique en haut, et coule en bas), travaillant selon un cycle complexe de vide et de protection dargon, selon des pressions variables en fonction de lavancement du processus de fusion et de coule


Quelques aspects de la technologie dentaireElectro-rosion Mthode pour perages ou rainurages dans des pices mtalliques coules, dans les cas difficiles de prothses mixtes (fixes et amovibles). Llectrorosion a aussi t prconise pour lusinage de couronnes. Systme CAD/CAM Les dveloppements les plus rcents, comprennent un systme de mesure du modle (palpage mcanique, ou vido, ou laser, dr sur la photo), un programme de dessin et de calcul, et un calcul programme de commande dune machine dusinage commande numrique ( gauche). Utilis pour usiner des matriaux difficiles traiter autrement (titane, alumine, zircone)


Etude de quelques casLes rsines composites

Les ponts en cramique

Les systmes CAD / CAM


Les rsines composites

Classification des rsines composites dentairespour les obturationsptes formes dune matrice de rsine et charges de particules minrales. Polymrisation la lumire Problmes: obtention dune adhsion aux parois de la cavit, contraction de polymrisation ptes dune composition proche de celle des composites dobturation, destines raliser des prothses provisoires pendant la dure dun traitement en vue dune prothse dfinitive systmes de renforcement des rsines composites pour raliser des provisoires de longue dure, sous forme de couronnes unitaires ou de ponts. Les fibres augmentent fortement la rsistance la fracture et la fatigue des provisoires

pour les prothses provisoires

pour les prothses renforces par des fibres


Les rsines composites Chimie des compositesBrevet R.L. Bowen, 1962

BIS-GMA Rsine principale de la matrice

TEGDMA

Diluant du BIS-GMA


Les rsines composites Chimie des composites Agent de couplagePar exemple: le mthacryloxypropyltrimthoxysilaneGroupe propyl = allongement Groupe mthacryloxy = liaison avec la rsine Groupe trimthoxysilane = liaison avec la cramique Silicium


Les rsines composites Chimie des compositesComposition de la rsine120 100 80 % en poids 60 40 20 0A da A da pt ic pt ic B on d Si la Es r tic Es Bas e tic C at al . Es til ux Is op as t

UDMA TEGDMA BIS-DMA iso BIS-GMA BIS-GMA


Distribution Particules de renforcement unimodale Formes et dimensions: Composition:- Quartz - Verres - Cramiques - Silice pyrogne (microcharges) - Particules de rsine charges


Distribution multimodale

EclatsCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Billes

Les rsines composites Particules de renforcement Ultrafines = < 3 m

Traditionnelles = > 10 m

Fines = > 3 m

Traditionnelles = > 10 mCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les rsines composites ContractionmonomreRR

Point de gel polymre

R*E faible E augmente

La contraction engendre des contraintes

FlowCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les rsines composites ContractionLe rle de la teneur en charges minrales... Augmenter le % Diminuer la contraction Augmenter la viscosit Augmenter la rigidit Limites

Charge (%w) Tetric Flow Tetric Ceram 64% 76%

Contr (%) 4.3 2.8

E (GPa) 4.3 6.9



Contraction

En modifiant la composition (p.ex. en supprimant le TEGDMA) on peut aussi diminuer la contraction de prise, et par consquent la contrainte que cette contraction exerce sur lobturationCorrelation line for Shrinkage and Shrinkage Stress (30 min values)25.0 Filtek Z100

Contrainte de contraction (Mpa)

20.0

Grandio

Clearfil APX

Shrinkage stress (MPa)

15.0

10.0

Filtek A110 Prodigy Condensable Aelite Flo Spectrum TPH Filtek Supreme Ice; Charisma QuiXfil Glacier Herculite XR Filtek Z250 Ceram.X Mono Premise Dentin Tetric Ceram Micro Hybrid Composite Point 4 Gradia Direct Tetric Evo Ceram In Ten-S Heliomolar Flow Tetric Flow Heliomolar

Flow-it

Revolution Formula 2

5.0 ELS ELS flow 0.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 UltraSeal XT Plus

Daprs De Gee, Kleverlaan et Degrange, Information Dentaire, oct. 2006

Shrinkage (vol%) Contraction de prise (vol%)Cours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les rsines composites Obturations"Microfine" = 0.04 m "Splintered prepolymerized fillers" = 22 m Inorg. fraction = 37.5 % vol.

Antrieures"Ultrafine" = < 3 m "Compact-filled" = > 60 % vol.

Postrieures


Les rsines composites Obturations Initiation de la polymrisation par la lumire

lampe DEL bleues lampe halogne

aurys

lampe au xnon


Les rsines composites Prothses provisoiresLa situation initiale

Mise en place du matriau

Provisoire termin


Les rsines composites Rsines composites renforces par des fibres Systmes disponibles en 1998Types de fibres UHMWPE Produits Ribbond, DVA Fibers, Connect, Fibre-Bind Fibrespan Aramide Verre Kevlar Glasspan, Fiber Splint Vectris, FibreKor, Spint-It Stick, Stick Net Primprgnation aucune monomre aucune aucune monomre polymre


Les rsines composites Rsines composites renforces par des fibres

Elments de renforcement Stick net et Stick Fibres de verre silanises et primprgnes dune rsine acrylique poreusePekka K. Vallittu, J Prosth Dent 81(3),318,1999Cours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les rsines composites Rsines composites renforces par des fibresCas clinique


Les rsines composites Rsines composites renforces par des fibres

Mouillage de la fibre Pont de type Maryland termin, prt pour le scellement

Daprs des document de Stick Tech, Finlande, 2001




Les ponts en cramique Quest-ce quun pont ?Pont: prothse fixe ( = conjointe ) Pont destine remplacer une ou plusieurs dents manquantes, les dents de remplacement (intermdiaires) prenant appui sur les dents restantes voisines (piliers)

piliers

intermdiaire

La solution la plus classiqueLe pont cramo-mtallique: tallique armature mtallique sur laquelle est cuite une cramique, copiant laspect des dents naturelles Larmature mtallique assure rigidit et rsistanceCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les ponts en cramique Dfauts des ponts cramo-mtalliquesLarmature mtallique nuit la translucidit: la lumire ne peut pas diffuser travers le mtal, qui peut laisser une zone dombre Larmature mtallique nuit la teinte: il est extrmement difficile teinte dviter une coloration parasite (grisaillement)cramo-mtall. cramique

SolutionRemplacer larmature mtallique par une armature en cramique

ProblmeLa cramique est par nature fragile et ne possde pas la tnacit dun alliage: ~ 100 MN/m3/2 KIc mtaux KIc cramiques ~ 10 MN/m3/2Cours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les ponts en cramique Le cas de la zirconeProprits physiquesCouleur: blanche Apparence: solide Point de fusion: 2677 C; 2710C Densit: 5.68 g/cm3

Le zirconium dans le tableau priodique

Structure cristalline de la ZIRCONE ZrO2

Prothse de genou en zircone (St Gobain)

Prsentation de quelques documents commerciauxA propos du systme LAVA de la maison ESPE, AllemagneCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

vollkeramische Dentalwerkstoffe

10 m

2 m

10 m

polykristalline Keramik (glasfrei), z.B. ESPE ZrO2, Procera Al2O3

infiltrierte Keramik (glashaltig), z.B. InCeram

Glaskeramik (glashaltig), z.B. Empress I/II

= 500 - 1500 MPa KIC = 5 - 10 MPa m1/2

500 MPa KIC < 5 MPa m1/2B

400 MPa KIC = 2 - 3 MPa m1/2B


mechanische Eigenschaften

a

5 m


mechanische Eigenschaften ISO 6872*

1000

Festigkeit [MPa]

800 600 400 200 0ZrO2(ESPE) ProCera** InCerAl InCerZrpolykristalline Keramik

*ESPE

Empr. I Empr. IIGlaskeramik

infiltrierte Keramik

** Wagner et.al J. Prost. Dent. 76 [2] 1996Cours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

mechanische Eigenschaften20 mmBruchlast [N] 2500 2000 1500 1000 500 0

1 2 3 4 5 6 7 8 Brckennummer

3,6 mm

Mittelwert (statisch): Fm = 1816 N (zykliert) Fm = 1470 N (50 N, 1,2 Mio Zyklen, 15000 Zyklen 5/55)

4,2 mmCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

LangzeitstabilittMaterial ZrO2 (ESPE) Empress II Cerec (Mark II) InCerAlFischer/Marx, Aachen *ESPE

initial

5 Jahre

[MPa] 1345 289 88 666

[MPa] 615* 82 32 125


Passgenauigkeit

35 distal

37 mesial

35 buccal

37 buccalCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006



Les systmes CFAO (CAD / CAM)


Les systmes CFAO (CAD / CAM) Les lments dun systme CFAOCFAO = Conception et Fabrication Assiste par Ordinateur CAD / CAM = Computer Assisted Design / Computer Assisted Manufacturing

Scanner

Systme de reconnaissance de forme, optique ou par contact mcanique Systme informatique captant les donnes du scanner, et produisant les commandes pour la fraiseuse Machine commande numrique, souvent multiaxes, capable dusiner les formes complexes provenant de formes scannesCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Unit de dessin et de calcul Unit de fabrication commande numrique

Les systmes CAD / CAM Essai de classification des systmesFraisage par copie Systme utilisable par le dentiste Systmes complets pour mtaux et cramiques Systmes spcifiques pour la zircone Systmes travaillant distance CELAY CEREC 3

DCS DIGIDENT CERCON EVEREST LAVA CICERO ETKON PROCERA


Les systmes CAD / CAM Fraisage par copieBras de transmission

Turbine Tteur manuel

Modle copier en rsine

Bloc taill


Les systmes CAD / CAM Fraisage par copie

In-Ceram Alumina In-Ceram ZirconiaCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les systmes CAD / CAM Systme utilisable par le dentisteGroupe dusinage deux outils

Unit de dessin et de calcul

Camra pour prise dempreinte optique

Systme pour le laboratoire


Les systmes CAD / CAMLes blocs de cramique utiliss avec le systme Cerec permettent de raliser divers types de restaurationsVitablocs Mk II standard *) Vitablocs Alumina In-Ceram **) Vitablocs Spinell In-Ceram plus translucide Vitablocs Zirconia In-Ceram plus rsistant

*) standard = cramique monochrome **) In-Ceram = systme par infiltration


Les systmes CAD / CAMSystmes complets pour mtaux et cramiquesscan cam scan cad cad cam

www.girrbach.de

titane

cramiqueCours Biomatriaux 2006 / Biomatriaux dentaires / J.-M. Meyer / 15.12.2006

Les systmes CAD / CAMSystmes spcifiques pour la zirconewww.degussa-dental.de


Les systmes CAD / CAMSystmes travaillant distance

fabrication scan

frittage


Les systmes CAD / CAM Tendances observes IDS 2005:Scanner et programme CAO pour le laboratoire, et fabrication par un centre de production distantScanner et programme Pro 50 de Cynovad

Progrs des techniques de prototypage rapide pour la fabrication dobjets partir de poudres mtalliques


CONCLUSION Fonction

Technologie Esthtique


Biomateriaux dentaires

Documents

Transcript of Biomateriaux dentaires