一般的なCAD/CAM修復材料のダンピング能力の評価

Evaluation of the damping capacity of common CAD/CAM restorative materials.

抄録

目的:

一般的なCAD/CAM修復材料（CRM）の減衰能を評価・定量化し、損失正接とLeeb硬度のデータを比較することで、エネルギー散逸能力を評価すること。

OBJECTIVES: To evaluate and quantify the damping capacities of common CAD/CAM restorative materials (CRMs) and to assess their energy dissipation abilities by comparing loss tangent and Leeb hardness data.

方法は以下の通りです。:

セラミック4種，コンポジット13種，ポリマー2種および金属1種のCRMについて，Leeb硬さ（HLD）とそれに伴うエネルギー散逸データ（HLD），および動的機械分析（DMA）によって記録された損失正接値を測定した。リーブ硬さは，2枚の試料（12.0×12.0×3.5mm）を24時間（37.0±1.0℃）水に浸した後，1枚の試料につき10回の圧痕をつけて測定した。DMAについては，1素材あたり10個の試験片（16.00×4.00×1.00mm±0.05mm）について，蒸留水（37.0±0.5℃）中で1N，1.5Hzの動的な力を加えて調査した。各データセットは，材料の種類と材料の種類に入れ子になった材料を因子として，二元配置分散分析（ANOVA）を用いて分析した。ANOVA後の対比は，多重比較のためのBonferroni調整を用いて行った（α=0.05）。また，異なるパラメータ間の相関関係を調べた（Pearson, α= 0.05）。

METHODS: Leeb hardness (HLD), together with its deduced energy dissipation data (HLD), and loss tangent values recorded via dynamic mechanical analysis (DMA) were determined for 4 ceramic, 13 composite, and 2 polymer-based CRMs as well as 1 metal. For Leeb hardness, ten indentations per material were performed on two separate specimens (12.0 × 12.0 × 3.5 mm) after water storage (24 h; 37.0 ± 1.0 °C). For DMA, ten specimens (16.00 × 4.00 × 1.00 mm ± 0.05 mm) per material were investigated in distilled water (37.0 ± 0.5 °C) with a dynamic force of 1 N at 1.5 Hz. Each data set was analyzed using two-way analysis of variance (ANOVA) with material type and material nested in material type as factors. Post-ANOVA contrasts were performed using a Bonferroni adjustment for multiple comparisons (α = 0.05). Correlations between different parameters were tested (Pearson, α = 0.05).

結果:

HLDデータでは，金属が最も高い減衰力を示し，セラミックスが最も低い値を示し，その中間には複合材とポリマーがあった。しかし，損失正接については，金属と二ケイ酸リチウムのガラスセラミックスが最も低い減衰効果を示し，高分子材料が最も高い結果となり，複合材料も同様にその中間に位置した。損失正接の結果は、調査したCRMのフィラー含有量に強く依存することが示された（r=-0.822, p<0.001）。一方、損失正接とHLDの間には、正の、そして中程度の相関関係が見られたが（r=0.565, p<0.001）、逆に金属を計算から除外すると、非常に強い相関関係（r=0.911, p<0.001）が見られた。

RESULTS: HLD data revealed the significantly highest damping capacity for metal and the lowest values for ceramics with composites and polymers in between. However, for loss tangent, the metal together with lithium disilicate glass-ceramics exhibited the lowest damping effects and polymer materials the highest results with composites likewise in between. A strong dependency of the loss tangent results on the filler content of the investigated CRMs was indicated (r = - 0.822, p < 0.001), while a positive and only moderate correlation between loss tangent and HLD was observed (r = 0.565, p < 0.001), which conversely revealed a very strong correlation (r = 0.911, p < 0.001) if the metal was excluded from the calculation.

結論:

HLD とロスタンジェントの値は共に、様々な CRM とその材料タイプの減衰能力を明確に区別することができるが、HLD のデータは、金属や一部の複合材料ベースの CRM で一般的に見られる、永久的なプラスチック材料の変形によるエネルギー散逸のメカニズムを同様に捉えているため、CRM の減衰能力をより正確に表しているように見える。この発見は、将来的に機械的特性を改善した新しいCRMを開発する際に、特に興味深いものとなるでしょう。なぜなら、HLDデータの決定は、原理的に、材料の未知の減衰能力を完全に特定するための非常に効率的でシンプルな手法だからです。

CONCLUSIONS: Although HLD and loss tangent values both allowed a distinct differentiation of the damping capabilities of various CRMs and the respective material types, HLD data appeared to more accurately describe the damping capacity of CRMs as the energy dissipation mechanism of permanent plastic material deformation, that is commonly observed for metals and some composite-based CRMs, is equally captured. This finding could be particularly interesting for the future development of new CRMs with improved mechanical properties as HLD data determination in principle is a very efficient and simple technique to entirely specify unknown damping capacities of materials.