INFLUÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA NA APLICAÇÃO DE SISTEMAS...

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MAURICIO BOTTENE GUARDA INFLUÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA NA APLICAÇÃO DE SISTEMAS ADESIVOS COM E SEM HEMA INFLUENCE OF THE ELECTRIC-CURRENT-ASSISTED APPLICATION OF HEMA-CONTAINING/-FREE ADHESIVE SYSTEMS Piracicaba, SP 2020 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ODONTOLOGIA DE PIRACICABA

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MAURICIO BOTTENE GUARDA

INFLUÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA NA

APLICAÇÃO DE SISTEMAS ADESIVOS COM E SEM

HEMA

INFLUENCE OF THE ELECTRIC-CURRENT-ASSISTED

APPLICATION OF HEMA-CONTAINING/-FREE ADHESIVE

SYSTEMS

Piracicaba, SP 2020

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ODONTOLOGIA DE PIRACICABA

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MAURICIO BOTTENE GUARDA

INFLUÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA NA

APLICAÇÃO DE SISTEMAS ADESIVOS COM E SEM

HEMA

INFLUENCE OF THE ELECTRIC-CURRENT-ASSISTED

APPLICATION OF HEMA-CONTAINING/-FREE ADHESIVE

SYSTEMS

Tese apresentada à Faculdade de Odontologia de Piracicaba, Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Doutor em Materiais Dentários. Thesis presented to Piracicaba Dental School of the University of Campinas, in partial fulfillment of the requirements for degree of Doctor in Dental Materials.

Orientador: Prof. Dr. Simonides Consani

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À

VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA

PELO ALUNO MAURICIO BOTTENE

GUARDA, E ORIENTADA PELO PROF.

DR. SIMONIDES CONSANI.

Piracicaba, SP 2020

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Ficha catalográficaUniversidade Estadual de Campinas

Biblioteca da Faculdade de Odontologia de PiracicabaMarilene Girello - CRB 8/6159

Guarda, Mauricio Bottene, 1991- G931i GuaInfluência da corrente elétrica na aplicação de sistemas adesivos com e

sem HEMA / Mauricio Bottene Guarda. – Piracicaba, SP : [s.n.], 2020.

GuaOrientador: Simonides Consani. GuaTese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de

Odontologia de Piracicaba.

Gua1. Adesivos dentinários. 2. Resistência à tração. 3. Infiltração dentária. 4.

Eletricidade. I. Consani, Simonides, 1939-. II. Universidade Estadual deCampinas. Faculdade de Odontologia de Piracicaba. III. Título.

Informações para Biblioteca Digital

Título em outro idioma: Influence of the electric-current-assisted application of HEMA-containing/-free adhesive systemsPalavras-chave em inglês:Dentin-bonding agentsTensile strengthDental leakageElectricityÁrea de concentração: Materiais DentáriosTitulação: Doutor em Materiais DentáriosBanca examinadora:Simonides Consani [Orientador]João Neudenir Arioli FilhoThatiana de Vicente LeiteLourenço Correr SobrinhoFlavio Henrique Baggio AguiarData de defesa: 18-02-2020Programa de Pós-Graduação: Materiais Dentários

Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a)- ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0002-7333-8753- Currículo Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/7490832400330979

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DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho a minha família, amigos, professores e todos aqueles que

de alguma forma contribuíram para o meu aprendizado e minha evolução pessoal e

profissional.

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AGRADECIMENTOS ESPECIAIS

A Deus, por todas as bênçãos concedidas em minha vida, permitido-me

chegar até este momento.

A minha família, Francisco, Silvia, Guilherme, Gabriela e João Pedro,

por toda base educacional, companheirismo, força de vontade, amparo, valores e

lições de vida que me passaram e sempre passarão.

A minha noiva Natália, por me apoiar em absolutamente tudo, por estar

sempre ao meu lado, não me deixar desanimar em nenhum momento, por acreditar

fielmente em mim e por todo amor, carinho e cuidado dispensado comigo em todos

esses anos.

Ao meu orientador Professor Dr. Simonides Consani, que desde a

graduação continua dando-me oportunidades e não se cansa de transmitir

conhecimento com toda sabedoria para todos ao seu redor, semeando em seu

entorno toda dedicação e paixão pelo que faz na Odontologia.

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AGRADECIMENTOS

O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de

Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) – código de

financiamento 001.

À Faculdade de Odontologia de Piracicaba - UNICAMP, nas pessoas

dos docentes Prof. Dr. Francisco Haiter Neto e Prof. Dr. Flávio Henrique Baggio

Aguiar, respectivamente Diretor e Diretor Associado, pela amizade, ajuda,

ensinamentos e oportunidades ao longo de 10 anos de minha caminhada na

Instituição.

À Profa. Dra. Karina Gonzales Silvério Ruiz, Coordenadora dos

Programas de Pós Graduação da Faculdade de Odontologia de Piracicaba -

UNICAMP, pela oportunidade e pelo respaldo na Pós Graduação.

Ao Prof. Dr. Américo Bortolazzo Correr, Coordenador do Programa de

Pós Graduação em Materiais Dentários da Faculdade de Odontologia de

Piracicaba - UNICAMP, pela amizade e por toda sabedoria transmitida ao longo desta

jornada.

Aos docentes do Programa de Pós Graduação em Materiais, Prof. Dr.

Simonides Consani, Prof. Dr. Mário Fernando de Góes; Prof. Dr. Lourenço Correr

Sobrinho; Prof. Dr. Mário Alexandre Coelho Sinhoreti; Prof. Dr. Américo

Bortolazzo Correr; Profa. Dra. Regina Maria Puppin Rontani; Prof. Dr. Luis

Roberto Marcondes Martins; Prof. Dr. Marcelo Giannini; Prof. Dr. Rafael

Leonardo Xediek Consani; Profa. Dra. Fernanda Miori Pascon; Prof. Dr. Alan

Roger dos Santos Silva e Profa. Dra. Ana Rosa Costa Correr, por todo o conteúdo

didático e humano, pelos ensinamentos inesquecíveis que me passaram ajudando

muito minha formação e ainda vão contemplar os futuros alunos que tiverem a mesma

sorte minha de ingressar no melhor programa em pós-graduação em Materiais

Dentários do Brasil.

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Aos amigos Júlia Puppin Rontani, Marcus Vinicius Loureiro Bertolo e

Paolo Tulio di Nizo, pela amizade e companheirismo, partilhando de lembranças

eternas em nossas memórias ao longo de todos esses anos.

Aos amigos Bruna Marin Fronza e Gabriel Flores Abuna, pela valiosa

colaboração em diversas etapas da elaboração desta tese de doutorado.

Ao meu irmão Guilherme Bottene Guarda e aos amigos Ana Paula

Piovezan Fugolin e Rafael Pino Vitti, por me incentivarem a ingressar na pós-

graduação, pelos ensinamentos e valiosa colaboração em todas as etapas.

Aos amigos da turma de doutorado Aline Fedoce Silva, Christian Madrid

Troconsis, Gabriel Nima Bermejo, Isaac Jordão de Souza Araújo, Júlia Puppin

Rontani, Marcus Vinícius Loureiro Bertolo, Mateus Garcia Rocha, Paolo Tulio di

Nizo e Paulo Vitor Campos Ferreira, por compartilharem todas as aulas do

Programa de Doutorado muito além de conhecimento, com momentos bons e ruins

durante essa experiência única para todos nós.

A todos os demais amigos que fiz durante a pós-graduação em Materiais

Dentários, Marina Barreto Pereira Moreno, Pedro Paulo Albuquerque, Renally

Wanderley, Jamille Favarão, Maurício Matté Zanini, pelo apoio, companheirismo e

amizade sempre.

Aos demais amigos ainda presentes do Programa de Pós Graduação em

Materiais Dentários, por compartilharem experiência e sabedoria comigo.

Aos funcionários responsáveis pelo Laboratório de Materiais Dentários,

Engenheiro Marcos Blanco Cangiani e Sra. Selma Aparecida Barbosa Segalla,

por tornarem os dias de laboratório mais tranquilos e pelo apoio.

Aos demais docentes e funcionários da FOP-UNICAMP, quando por

diversas maneiras contribuíram para minha formação.

Aos Professor Dr. Luís Roberto Marcondes Martins, Professora Dra.

Fernanda Miori Pascon e Professor Dr. Américo Bortolazzo Correr, pelas

ponderações e valiosa contribuição por ocasião do Exame de Qualificação.

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Aos Professor Dr. Lourenço Correr Sobrinho, Professor Dr. Flávio

Henrique Baggio Aguiar, Professora Dra. Thatiana de Vicente Leite e Professor

Dr. João Neudenir Arioli Filho, pelas ponderações e valiosa contribuição por ocasião

do Consurso de Defesa de Tese.

Aos meus amigos de graduação que caminharam comigo até obtenção

do nosso objetivo: ser cirurgião-dentista pela FOP-UNICAMP.

Aos meus amigos externos ao ambiente acadêmico, os quais sempre

estiveram ao meu lado compartilhando momentos inesquecíveis que levarei por toda

minha vida.

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RESUMO

O objetivo neste estudo foi avaliar a influência da corrente elétrica na

resistência da união, capacidade de penetração, nanoinfiltração e grau de conversão,

em sistemas adesivos experimentais com ou sem HEMA, no período de 24 horas e

após termociclagem. Na superfície da dentina de terceiros molares hígidos aplicou-se

os sistemas adesivos experimentais de acordo com os seguintes grupos: Adesivo com

HEMA+0 µA; Adesivo sem HEMA+0 µA; Adesivo com HEMA+50 µA; Adesivo sem

HEMA+50 µA. Os dentes foram restaurados com Flitek Z250 formando um bloco de 5

mm de altura. Os conjuntos dente-restauração foram seccionados em palitos com

secção transversal de 1 mm2 e separados em dois subgrupos para ensaio da

resistência da união à microtração (MPa) no período de 24 horas ou após 10.000

ciclos térmicos de 5 e 55ºC (n=10). Os padrões de fratura dos palitos foram

classificados em falha mista, adesiva, e coesiva em dentina ou resina. A penetração

dos sistemas adesivos na dentina foi analisada em microscopia confocal de varredura

à laser (n=2). Dez palitos de cada grupo (5 para cada tempo) foram imersos em

solução de nitrato de prata amoniacal e analisados em microscopia eletrônica de

varredura. As imagens foram analisadas por software Image J para quantificação do

nitrato de prata na camada híbrida. O grau de conversão (n=5) foi obtido por

espectroscopia no infravermelho próximo por transformada de Fourier. Os dados de

resistência da união e nanoinfiltração foram submetidos à ANOVA três fatores

(armazenamento x sistema adesivo x corrente elétrica) e teste de Tukey com nível de

significância de 5%. Os dados do grau de conversão foram submetidos à ANOVA dois

fatores (sistema adesivo x corrente elétrica) e teste de Tukey com nível de

significância de 5%. Os resultados mostraram menores valores de resistência da

união após termociclagem, qualquer que fosse o sistema adesivo. Adesivos com

HEMA mostraram valores similares quando foi usada a corrente elétrica. Adesivos

sem HEMA mostraram maiores resultados de resistência da união quando a aplicação

foi com corrente elétrica. Na aplicação convencional, os resultados foram similares

entre os adesivos. Na aplicação com corrente elétrica, os adesivos sem HEMA

mostraram maiores valores que os adesivos com HEMA. Análise do padrão de fratura

mostrou predominância da falha mista em 24 horas e após termociclagem. Imagens

de microscopia confocal de varredura a laser mostraram maior penetração do adesivo,

principalmente na aplicação da eletricidade para adesivos com HEMA. A corrente

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elétrica também foi responsável pela menor nanoinfiltração em adesivos sem HEMA.

Após termociclagem, os adesivos associados à corrente elétrica mostraram menor

nanoinfiltração. Maior nanoinfiltração (%) foi observado após termociclagem sem

aplicação da corrente elétrica, quando comparado com a aplicação no mesmo

período. O grau de conversão mostrou maiores valores para adesivos associados à

eletricidade, e adesivos sem HEMA mostraram maior conversão que aqueles com

HEMA. Pode-se concluir que a aplicação associada à corrente elétrica proporcionou

maiores valores de resistência da união de adesivos sem HEMA. Maior infiltração do

adesivo, menor nanoinfiltração e maior grau de conversão foram observados qualquer

que fosse o sistema adesivo.

Palavras-chave: Adesivos dentinários; Resistência à Tração; Infiltração Dentária;

Eletricidade.

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ABSTRACT

The aim of this study was to evaluate the influence of electric current on

bond strength, penetration capacity, nanoleakage and degree of conversion in HEMA-

containig/-free experimental adhesive systems, after 24 h water storage and after

thermocycling. On the dentin surface of healthy third molars the experimental adhesive

systems were applied according to the following groups: HEMA-containing adhesive +

0 µA; HEMA-free adhesive + 0 µA; HEMA-containing adhesive + 50 µA adhesive;

HEMA-free adhesive + 50 µA. The teeth were restored with Flitek Z250 composite

forming block with 5 mm high. The samples were sectioned into 1 mm2 cross-section

tooth-composite sticks and separated into two subgroups for microtensile bond

strength (µTBS - MPa) testing after 24 h water storage or after 10,000 thermal cycles

of 5 and 55 °C (n=10). Fracture patterns were classified as mixed, adhesive, and

cohesive dentin or resin failure. The adhesive systems penetration in dentin was

analyzed by confocal laser scanning microscopy (n=2). Ten sticks from each group (5

for each time) were immersed in ammonium silver nitrate solution and analyzed by

scanning electron microscopy. The images were analyzed by Image J software for

silver nitrate quantification in the hybrid layer. The degree of conversion (n=5) was

obtained by Fourier transform near infrared spectroscopy. Bond strength and

nanoinfiltration data were submitted to three-way ANOVA (storage x adhesive system

x electrical current) and Tukey’s test with a 5% significance level. The degree of

conversion data were submitted to two-way ANOVA (adhesive system x electric

current) and Tukey’s test with a 5% significance level. The results showed lower bond

strength values after thermocycling, regardless of the adhesive system. HEMA-

containing adhesives showed similar values when electric current was used. HEMA-

free adhesives showed higher bond strength results when applied with electric current.

In the conventional application, the results were similar between the adhesives. In the

application with electric current, HEMA-free adhesives showed higher values than

HEMA-containing adhesives. Fracture pattern analysis showed predominance of

mixed failure at 24 h and after thermocycling. Laser scanning confocal microscopy

images showed greater adhesive penetration, especially when applying electricity to

HEMA-containing adhesives. Electric current was also responsible for the lower

nanoleakage in HEMA-free adhesives. After thermocycling, the adhesives associated

with the electric current showed lower nanoleakage. Higher nanoleakage (%) was

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observed after thermocycling without application of electric current, when compared to

application in the same period. The degree of conversion showed higher values for

adhesives associated with electricity, and HEMA-free adhesives showed higher

conversion than HEMA-containing adhesives. In conclusion, the application

associated with electric current provided higher bond strength values for HEMA-free

adhesives. Greater adhesive infiltration, lower nanoleakage and higher degree of

conversion were observed regardless of the adhesive system.

Keywords: Dentin-bonding agents; tensile strength; dental leakage; eletricity.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 15

2. ARTIGO: Influence of the electric-current-assisted application of HEMA-

containing/-free adhesive systems. 19

3. CONCLUSÃO 47

REFERÊNCIAS 48

APÊNDICE 1 – Imagens das metodologias 52

ANEXOS

ANEXO 1 – Relatório de originalidade e prevenção de plágio 58

ANEXO 2 – Submissão de artigo 59

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1. INTRODUÇÃO

Desde o surgimento dos compósitos resinosos como opção para protocolos

de restaurações dentais, inicialmente por meio do condicionamento ácido do esmalte

(Buonocore, 1955) e depois pela união adesiva à dentina (Pashley et al., 1993), os

pesquisadores têm focado os estudos objetivando desenvolver materiais que

proporcionem melhor união entre os substratos dentários e os materiais restauradores

poliméricos. Assim sendo, os sistemas adesivos são considerados os responsáveis

pela eficiente união adesiva.

Quando foram desenvolvidos, os sistemas adesivos se baseavam no

protocolo do condicionamento total (total-etching) e eram aplicados em esmalte e

dentina em três etapas distintas: 1- condicionamento com ácido fosfórico a 35-40%;

2- aplicação do primer (solução preparadora da dentina, baseada em monômeros

hidrófilos responsáveis pela penetração do adesivo na dentina e recobrimento das

fibrilas colágenas expostas pelo condicionamento ácido) e 3- aplicação do adesivo,

baseado em monômeros hidrófobos responsáveis pela união ao primer, à dentina e

ao compósito restaurador (Van Landuyt et al., 2007). Historicamente, a primeira

grande evolução desses sistemas foi a associação do primer - adesivo numa única

formulação química, capaz de penetrar nos substratos e promover união adesiva ao

compósito, reduzindo o tempo do procedimento clínico (Pashley et al., 2011).

Algum tempo depois foi introduzido no mercado nova abordagem técnica

para os sistemas adesivos, conhecida como auto-condicionante (self-etch). A grande

diferença entre a técnica auto-condicionante e o condicionamento total é que a

primeira emprega monômeros funcionais que conseguem interagir com o substrato e

causar desmineralização tanto do esmalte quanto da dentina, eliminando a etapa do

condicionamento prévio com o ácido fosfórico. Além disso, essa técnica permite

adesão química ao substrato dental, promovendo benefícios como menor tempo

clínico, menor chance de sensibilidade pós-operatória (Unemori et al., 2004; Van

Meerbeek et al., 2011;) e diminuição da ação de metaloproteinases (MMP’s) na

interface adesiva, ocorrência bastante comum quando os sistemas com

condicionamento total são empregados (Mazzoni et al., 2015).

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Ainda na tentativa de simplificar esse procedimento restaurador e diminuir

o tempo clínico foram introduzidos no mercado os sistemas adesivos universais.

Esses adesivos associam o primer funcional e o adesivo num único frasco, além de

serem empregado em ambos os protocolos de aplicação, ou seja, condicionamento

total ou auto-condicionante, além de possuir silano na composição, permitindo que

esses sistemas adesivos possam ser usados em diferentes substratos como metal e

cerâmica, além do dente (Muñoz et al., 2013; Alex, 2015). Embora ambos os

protocolos promovessem resultados satisfatórios, algumas ocorrências clínicas

negativas mostraram-se relevantes, principalmente em longo prazo. Assim, os

problemas relacionados à composição dos adesivos podem promover união adesiva

menos efetiva mecanicamente, nanoinfiltração, separação de fases monomérica e

menor resistência da união, tornando-a menos estável em longo prazo (Tay et al.,

2004; Van Meerbeek et al., 2005; Sadek et al., 2005; Suppa et al., 2005; Van Landuyt

et al., 2005; Van Landuyt et al., 2007; Van Landuyt et al., 2009).

Compondo a maioria dos sistemas adesivos, o monômero hidrófilo HEMA

(2-hidroxi-etil metacrilato) é extremamente importante na formulação do produto.

Funcionando como umectante da dentina favorece a difusão de outros monômeros no

substrato dentinário e nas fibrilas colágenas, além de dificultar a separação de fases

entre monômeros hidrófilos e hidrófobos (Van Landuyt et al., 2005; Furukawa et al.,

2008; Van Landuyt et al., 2008).

Estruturado quimicamente na composição como monometacrilato, o HEMA

dificulta a remoção da água porque a pressão de vapor diminui durante a volatilização

do solvente, mantendo a camada híbrida umedecida, ocorrência que pode

comprometer a polimerização de monômeros (Furukawa et al., 2008). A menor taxa

de polimerização causa consequências negativas, como a deterioração das

propriedades mecânicas gerando problemas estruturais ao longo do tempo. Assim, os

principais problemas relatados na literatura em adesivos contendo HEMA estão

associados a maior absorção de água pela camada híbrida e degradação da interface

adesiva (Tay et al., 2005; Moszner et al., 2005; De Munck et al.,2006; Torkabadi et al.,

2008).

Além de problemas na interface da união adesiva, o HEMA possui maior

potencial alergênico (Kanerva et al., 1995). Assim, a manipulação e contato com luvas

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que contenham partículas de monômero não polimerizadas podem causar dermatite

de contato (Andreasson et al., 2003). Na aplicação dos sistemas adesivos, as

partículas de baixo peso molecular podem penetrar nos túbulos dentinários e atingir a

polpa, causando apoptose celular (Paranjpe et al., 2005).

Na tentativa de reduzir os problemas associados ao HEMA, diversos

estudos foram feitos com adesivos sem HEMA na composição, ou seja, conhecidos

na literatura como HEMA-free (Moretto et al., 2013). Entretanto, enquanto alguns

estudos não mostraram diferenças significativas quanto ao desempenho clínico de

ambos os sistemas adesivos (Burrow et al., 2012; Moretto et al., 2013; Hafer et al.,

2015), outros mostraram diferenças significantes no desempenho desses produtos

(Van Dijken et al., 2013; Van Landuyt et al., 2014; Hafer et al., 2015).

Algumas áreas da Odontologia têm utilizado a eletricidade em dispositivos

que verificam a vitalidade pulpar (Nekoofar et al., 2006), detectores de lesões de cárie

em esmalte (White et al.,1978) e localizadores periapicais em procedimento

endodônticos (Keller et al.,1991). Entretanto, nos procedimentos restauradores com

união adesiva um dispositivo conhecido como ElectroBond foi desenvolvido com a

intenção de melhorar a infiltração de monômeros na dentina com aplicação da

corrente elétrica (Pasquantonio et al., 2003), fato que poderia favorecer a união.

Estudos utilizando esse dispositivo mostraram melhor infiltração de monômeros na

dentina desmineralizada (Pasquantonio et al., 2007) e maiores valores de resistência

da união (Breschi et al., 2006; Pasquantonio et al., 2007; Visintini et al., 2008) quando

comparados à técnica convencional de aplicação do adesivo.

Com base nessas considerações, seria interessante avaliar sistemas

adesivos experimentais com ou sem HEMA associados à aplicação da corrente

elétrica. A aplicação tem a intenção de melhorar a infiltração monomérica através de

um aumento da energia de superfície da dentina e melhora do ângulo de contato do

sistema adesivo, levando a maior resistência de união e menor nanoinfiltração.

Entretanto, não existe informação na literatura sobre qual seria o valor da corrente

fornecida pelo ElectroBond e a possibilidade do ajuste ser de acordo com o valor da

energia elétrica de diferentes substratos, considerando que os dentes exibem

composições com pequenas alterações podendo influenciar diretamente os valores

da corrente aplicada.

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Com o objetivo de esclarecer essas dúvidas foi desenvolvido no Laboratório

de Materiais Dentários da FOP-UNICAMP um dispositivo similar ao ElectroBond

(Pasquantonio et al., 2003), com a diferença de que o dispositivo proposto é capaz de

medir o valor da resistência elétrica estrutural de cada dente e permitir a seleção da

corrente elétrica com intensidade padronizada a ser definida pelo operador.

Diante do exposto, o objetivo neste estudo foi avaliar a influência da

corrente elétrica na resistência da união, capacidade de penetração, nanoinfiltração e

grau de conversão, em sistemas adesivos experimentais com ou sem HEMA, no

período de 24 horas e após termociclagem. As hipóteses do estudo foram que a

aplicação da corrente elétrica seria capaz de: 1 - Aumentar os valores da resistência

da união adesiva, qualquer que fosse o sistema adesivo e ciclagem térmica; 2 -

Promover formação de camada híbrida com maior infiltração monomérica; 3 - Causar

menor nível de nanoinfiltração na interface adesiva; e 4 - Promover maior conversão

monomérica.

Este trabalho foi apresentado no formato alternativo de tese de acordo com

as normas estabelecidas pela deliberação 002/06 da Comissão Central de Pós-

Graduação da Universidade Estadual de Campinas. O artigo referente ao Capítulo

Único foi submetido à publicação em periódico de circulação internacional (Brazilian

Oral Reserach).

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2. ARTIGO: Influence of the electric-current-assisted application of

HEMA-containing/-free adhesive systems.

Abstract

The aim of this study was to evaluate the influence of electric current on

bond strength, penetration capacity, nanoleakage and degree of conversion in HEMA-

containig/-free experimental adhesive systems, after 24 h water storage or after

thermocycling. On the dentin surface of healthy third molars the experimental adhesive

systems were applied according to the following groups (n=10): HEMA-containing

adhesive + 0 µA; HEMA-free adhesive + 0 µA; HEMA-containing adhesive + 50 µA

adhesive; HEMA-free adhesive + 50 µA and restored with Flitek Z250 composite.The

samples were tested for µTBS (MPa) after 24 h and after 10,000 thermal cycles

between 5 and 55ºC. The penetration capacity of dentin bonding systems was

analyzed by confocal laser scanning microscopy (n=2) (CLSM). Sticks from each group

after storage periods were quantified for nanoleakage in the hybrid layer. The degree

of conversion was obtained by near infrared spectroscopy by Fourier transform. µTBS

and nanoleakage data were submitted to 3-way ANOVA and Tukey’s test (α=0.05).

The degree of conversion data were submitted to 2-way ANOVA and Tukey’s test

(α=0.05). The µTBS results decreased after thermocycling, regardless of the adhesive

systems. HEMA-free adhesives increased bond strength in association with electricity.

In the application with electric current, HEMA-free adhesives showed higher results

than HEMA-containing adhesives. CLSM images showed greater adhesive

penetration, especially with electricity application for HEMA-containing adhesives.

Electric current was responsible for the lower nanoleakage in HEMA-free adhesives.

After thermocycling, adhesives associated with electric current showed lower

nanoleakage. Higher nanoleakage (%) was observed after thermocycling without

electric current application compared to application in the same period. Conversion

degree showed higher values for adhesives associated with electricity, and HEMA-free

adhesives showed higher conversion than HEMA-containing adhesives. It can be

concluded that the application associated with electric current promoted higher bond

strength values for HEMA-free adhesives. Greater adhesive infiltration, lower

nanoleakage and higher degree of conversion were observed regardless of the

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adhesive system. Thermocycling decreased µTBS values and lower nanoleakage was

observed when the electrical current was applied.

Keywords: Dentin-bonding agents, tensile strength, dental leakage, eletricity.

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21

Introduction

The increasing use of adhesive polymers in dentistry was possible due to

the dental acid etching proposed in 1955 (1). Thus, many studies have been based on

developing and improving the adhesive bond between dental substrate and

composites (2). Adhesive systems called total-etching were the first to be introduced

for adhesive bond, just where the bond interaction was exclusively mechanical

between substrate and adhesive system (3).

These adhesives underwent some changes that facilitated the clinical use

and, after some years, the self-etch systems were developed and became an

alternative technique that combines mechanical and chemical interactions (4). Still in

an attempt to simplify the clinical process, the universal systems that can be used in

self-etch or total etch technique were developed and gained popularity due to the ease

clinical procedure (5,6). However, despite satisfactory clinical and laboratory results,

all adhesive systems have shown some long-term bond problems, as less

mechanically effective adhesive bond, nanoleakage, phase separation and lower bond

strength, making this adhesive bond less stable in the long term (7-9).

The majority of commercially available adhesive systems contains in the

compositions the hydrophilic 2-hydroxyethyl methacrylate monomer (HEMA) as an

important component of the chemical formulations. HEMA acts as a dentin wetting

agent, aids in the diffusion of other monomers into the deep dentin and collagen fibrils,

and prevents phase separation between hydrophilic and hydrophobic monomers (10-

12).

In contrast, the HEMA monomethacrylate difficults the water remove during

solvent volatilization by the decreasing vapor pressure, leaves water residues in the

hybrid layer compromising the suitable polymerization and negatively influences the

mechanical properties (11). High HEMA hydrophilicity causes greater water absorption

by the adhesive layer, degrading the bond interface (13-16). HEMA can also cause

problems such as contact dermatitis (17,18) and apoptotic death of dental pulp cells

by migrating the monomer through the dentinal tubules (19), due to the higher

allergenic potential.

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In an attempt to reduce the problems associated with HEMA, several

studies have been done with the removal of this monomer from the chemical

composition of the adhesive, which were called HEMA-free adhesive systems (20).

However, the literature shows some results with no statistical difference between these

materials (20-22), and other studies where the difference was significant (23-25).

Some dentistry areas have used electricity for devices, as pulp vitalometer

(26), early caries detector (27) and electronic apex locators (28). In adhesive bonding

procedures, the electricity was used with the intention of improving the monomers

infiltration to dentin, favoring the adhesion through a device called ElectroBond,

developed as option to conventional application with microbrush (29). Studies using

this device showed better monomer infiltration to demineralized dentin (30), and higher

bond strength values (30-32) when compared to the conventional technique.

Thus, it would be interesting to evaluate experimental adhesive systems

containing- or not- HEMA monomers in association with the application of electric

current application. The application is intended to improve monomeric infiltration by

increasing the surface energy of the dentin and improving the contact angle of the

adhesive system, leading to greater bond strength and lower nano-infiltration. For this,

it was used a device developed in the Dental Materials Laboratory at FOP-UNICAMP,

whose main difference in relation to ElectroBond is the possibility to control the emitted

current, which level can be defined by the operator whatever the electric resistance

level shown by the teeth.

Based on these considerations, the aim of this study was to evaluate the

influence of electric current on experimental HEMA and HEMA-free adhesive systems

regarding the immediate bond strength and after aging, as well as the degree of

conversion and the hybrid layer quality through tests, images and nanoleakage.The

study hypotheses were the electrical current application would able of: 1- to increase

the adhesive bond strength values, whatever the adhesive system and the aging time;

2- to promote hybrid layer formation with greater monomeric infiltration; 3- to cause

lower level of nanoleakage at the adhesive interface; and 4- to promote greater

monomer conversion.

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Materials and methods

Experimental adhesive formulation

Two experimental single-step self-etch adhesive systems HEMA containing or HEMA-

free were fabricated. The HEMA contianing solution consisted of 20% bisphenol A

glycidyl dimethacrylate (BisGMA; E Sigma-Aldrich, San Luis, MO, USA), 20%

hydroxyethyl methacrylate (HEMA; SigmaAldrich), 20% Glycerol-dimethacrylate

phosphate (GDMA-P; Sigma-Aldrich), 10% distilled water, 25.5% ethanol, and at a

ratio of 60% monomers and 35.5% solvents. 0.5% butylhydroxytoluene (BHT; Sigma-

Aldrich), 1% diphenyliodonium hexafluorophosphate (DPIHP, Sigma-Aldrich) and 1%

camphorquinone/2% amine (CQ/EDAB, Sigma-Aldrich) in the monomer mixture

previously homogenized at a ratio of 95,5% monomers/solvents and 4,5% photo-

initiator agents. The HEMA-free solution consisted of similar composition, changing

the 20% HEMA for Glycerol-dimethacrylate monomer (GDMA; Sigma-Aldrich) in the

same concentration. The others components and concentrations were the same for

the HEMA containing system.The adhesive blend presented proper viscosity for dental

application, absence of phase-separation and clear-uniform appearance. The

adhesive systems were prepared in a dark room under controlled temperature and

humidity, and then kept under refrigeration (4 °C). Prior to use, the adhesives were

stirred for 15 min. All material concentrations utilized in the formulations were

calculated in weight.

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Teeth surface preparation

This study was approved by the local Research Ethics (protocol

21820719.0.0000.5418). For the µTBS test, healthy human molars extracted from

patients aged from 18 to 45 years old were used. The teeth were cleaned and stored

immersed in water at 4º C and used for a period not exceeding 6 months.

After storage, the teeth were sectioned on a cutting machine (Isomet 1000

Buehler, Lake Bluff, IL, USA) with low speed diamond disc cooled with distilled water.

The cut was made approximately 1.5 mm below the cementum-enamel junction and 4

mm above the cementum-enamel junction in order to obtain similar slices in medium

dentin. The resulting dentine slices were stored in distilled water and refrigerated at 4º

C. After storing and prior to adhesive procedures, flat dentin surfaces were manually

polished with # 600 sandpaper and water for 30 s to obtain a standard smear layer.

Description of the experimental groups

The materials and the protocols are listed in Table 1. The following

experimental groups were considered: HEMA 0 - HEMA adhesive without electrical

current application stored for 24 h; HEMA-free 0 - HEMA-free adhesive without

electrical current application stored for 24 h; HEMA 50 - HEMA adhesive with 50 µA

electrical current application stored for 24 h ; HEMA-free 50 - HEMA-free adhesive

with 50 µA electrical current application stored for 24 h; HEMA 0TC - HEMA adhesive

without electrical current application and 10,000 thermal cycles; HEMA-free 0TC -

HEMA-free adhesive without electrical current application and 10,000 thermal cycles;

HEMA 50TC - HEMA adhesive with 50µA electrical current application and 10,000

thermal cycles; HEMA-free 50TC - HEMA-free adhesive with 50µA electrical current

application and 10,000 thermal cycles.

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Table 1. Materials and protocols.

Material

Manufacturer

Composition (%wt)

Instructions

Self-etching

Experimental

Adhesive with

HEMA (EHEMA)

20% HEMA, 20% Bis-

GMA, 20% GDMA-P,

10% water, 25,5%

ethanol, 1% CQ, 2%

EDAB, 1% DPHIF,

0.5% BHT.

Active adhesive

application for 30 s,

light air blast and

photoactivation for 20

s (1200mW/cm2).

Self-etching

Experimental

Adhesive HEMA-

Free (EHEMA-

Free)

20% GDMA, 20%

BisGMA, 20% GDMA-

P, 10% water, 25,5%

ethanol, 1% CQ, 2%

EDAB, 1% DPHIF,

0.5% BHT.

Active adhesive

application for 30 s,

light air blast and

photoactivation for 20

s (1200mW/cm2).

Filtek Z250 XT

3M-ESPE, St.

Paul, MN,

USA

Bis-GMA, Bis-EMA,

UDMA, TEGDMA, silica

nanoparticles (20 nm),

zirconia / silica nano

agglomerates (5-20

nm), 78.5 wt% (total

charge).

Restauration with 2

mm increments, each

one photo-activated

by 20 s.

The samples of teeth were restored according to the protocols showed in

Table 1 (n=10). For the conventional application mode (HEMA 0, HEMA-free 0, HEMA

0TC and HEMA-free 0TC), the adhesive systems was performed as recommended by

the manufacturers using microbrushes, which were replaced for each sample. The

adhesive system application in the experimental groups (HEMA 50, HEMA-free 50,

HEMA 50TC and HEMA-free 50TC) was performed similarly, except that at one end of

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the electrical current generator there was a metallic tweezers replacing the microbrush.

At the other end of the electrical circuit there was a metal cable attached to a damp

sponge to simulate periodontal moisture conditions. In these conditions, the electrical

current was applied to the adhesive-dentin assembly. This device was developed in

the Dental Materials Laboratory of FOP-UNICAMP. The equipment has a device (chip)

that determines the value of the electrical resistance of the samples and automatically

adjusts the emitted current in 50 µA for all samples.

The 5 mm-height restoration with Filtek Z250 (3M ESPE, St. Paul, MN, USA)

was performed using the incremental technique and each increment was

photoactivated with 1200mW/cm2 irradiance LED (Bluephase G2, Ivoclar Vivadent,

Liechtenstein) for 20s

The samples were cut to obtain tooth-composite sticks of approximately 1-

mm² cross-sectional area. The sticks were aleatory divided in two equal parts and

distributed for the tests: 1- storage in deionized water at 37ºC for 24 h, and 2- 10,000

thermal cycles with 5 and 55 oC baths for 30 s in OMX 300 TSX thermal cycling

machine (Odeme Dental Research, Luzerna, SC, Brazil). After storage and thermal

cycling, the sticks were subjected to the µTBS test.

Microtensile bond strength (µTBS) test

The microtensile test was performed on an EZ Test EZ-S tensile testing

machine (Shimadzu, Kyoto, Japan). The sticks were fixed at the ends in the machine

devices and tested under tensile strength at a speed of 1 mm/min with a 500 N load

cell, until rupture. After fracture, the sticks were removed and the cross-sectional area

measured with a digital caliper (0.01 mm accuracy). The stress required to cause was

determined by the ratio between the load at the time of fracture (N) and the cross-

sectional area of the fracture (mm2) in MPa. Failure pattern was evaluated by an optical

microscope at 50x magnification, and classified as adhesive, cohesive

(dentin/composite) or mixed failure (evolving dentin, adhesive and composite).

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Penetration Analysis by Confocal Laser Scanning Microscopy

Eight teeth were divided into 4 groups. For each mL of adhesive system

(n=2), 0.07 µg of rhodamine B was incorporated (Sigma Chemicals, St. Louis, MO,

USA). The restorative procedures followed the same protocols applied in the samples

for microtensile test. After the restoration, the tooth was stored in 0.1 wt% aqueous

fluorescein solution (FL: Sigma Chemicals) at room temperature for 24 h under

simulated pulp pressure condition (33). After this period, they were submitted to

ultrasonic cleaning in water for 2 min. Following, they were sectioned into 1 mm thick

slices (Isomet 1000 Buehler, Lake Bluff, IL, USA) with low speed diamond disc and

distilled water cooling. After, each slice was polished with #1200 granulated silicon

carbide sandpaper for 30 s and ultrasounded for 1 min to remove debris. Infiltration

analysis and hybrid layer formation was done with confocal laser scanning microscopy

(CLSM: TPS-SP5 CLSM; Leica, Heidelberg, Germany) (34).

Nanoleakage Analysis

Two tooth-composite sticks from each experimental unit of each group (at

24 h or after 10,000 thermal cycles) were embedded in epoxy resin (Epoxicure Buheler,

Lake Bluff, Illinois, 60044, USA). Ammonium silver nitrate was prepared by dissolving

25 g of silver nitrate crystals to 25 mL of deionized water. The 28% ammonium

hydroxide was dripped in the silver nitrate solution to titrate the initially transparent to

dark solution, and to become transparent again transforming ammonium ions into

silver diamine ions. The solution was diluted in deionized water to obtain 50 mL of

solution, formulating 50% ammonia silver nitrate concentration at pH 9.5. The sticks

were immersed in the tracing solution for 24 h. Following, they were washed with

deionized water and immediately immersed in developer solution (Kodak GBX

developer, Rochester, NY, USA) for 8 h in a fluorescent light environment to reduce

diamine silver ions in metallic silver grains in the adhesive-dentin interface spaces (35).

After dehydration, the tooth-composite sticks were polished with 600, 800

and 1200 silicon carbide sandpaper and felt, followed by diamond pastes (MetaDi

Supreme Diamond Suspensions; Buheler, Lake Bluff, IL, USA) with decreasing

granulations of 6, 3, and 1 μm, and ultrasound interleaved cleanings with water for 3

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min. They were covered with a thin carbon layer in metallizer (Desk ll, Denton Vacuun

Inc., NJ, USA) at 40 mA for 120 s and observed under a low vacuum scanning electron

microscope (JSM 5900 LV, Jeol, Peabody, MA, USA) with a voltage of 15Kv, WD 15

mm and spotsize 50 nm operating with backscattered electrons.

Magnification images of 500x at the central regions and ends of the sticks

were evaluated with Image J software (Image J 1.42q, Wayne Rasband, National

Institutes of Health, USA) to calculate the infiltrated hybrid layer area, considered as

100%. In the hybrid layer base, the calculation of the infiltrated area (%) for each

adhesive system was made considering the hybrid layer and the adhesive layer ends.

With the particle analysis system it was possible to count the area (μm2). Thus, the

infiltration value (%) of each tooth-composite stick was obtained by the arithmetic mean

of three images. The total silver infiltration value (%) in the tooth was obtained by the

arithmetic mean of the sticks.

Degree of conversion analysis

Degree of conversion was obtained by Fourier transform near-infrared

spectroscopy (Vertex 70, Bruker Optics) in samples (n=5) with 5 mm in diameter and

1 mm in thick, laminated between two glass slides for the Groups HEMA 0 and HEMA-

free 50. For the Groups HEMA 50 and HEMA-free 50, the adhesive systems were

inserted into a metal matrix connected to the electric current generating device and

shaken for 30 s. A pipette was used to place the adhesive systems between two glass

slides for spectroscopy analyses. A initial spectrum was obtained for the

unpolymerized adhesives, and the sample was light-activated for 20 s at an incident

irradiance of 1200 mW/cm2 at 380 and 515 nm wavelength (Bluephase G2, Ivoclar

Vivadent). The area of the methacrylate vinyl absorbance band centered at 6165 cm-

1 was used to track the double bond C=C conversion. Measurements were taken in

4000 to 1000 cm-1 range at a wave number resolution of 4 cm-1 with 16 scans per

spectrum at 10 kHz acquisition rate (Opus 7.8 Spectrocopy Software Bruker). Degree

of conversion was calculated following the equation:

DC= [1- (peak area) polymerized / (peak area) unpolymerized] ×100

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Statistical analysis

Data were submitted to the normality test and descriptive tests pertinent to

each methodology. Three-way ANOVA was performed for the µTBS and nanoleakage

test. For degree of conversion, 2-way ANOVA was used. In these cases, the means

comparison was performed by the Tukey’s test with a significance level of 5%.

Qualitative analyzes were made in CLSM images.

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Results

There was no interaction between time x adhesive x electric current factors

(p=0.627). Tables 3 and 4 show the mean values (Mpa) and standard deviation for the

adhesive bond strength.

Table 2 shows that all groups presented a statistically significant reduction

of the adhesive bond strength after thermocycling regardless of the adhesive system

and electric current application.

Table 2: Means (MPa) and standard deviations for the µTBS after 24 h and

thermocycling for all adhesive systems.

24 h Thermocycling

28.46 (5.33) A 25.74 (6.85) B

Different capital letters show statistical difference (α = .05).

Table 3 shows that there was no statistical difference for the adhesive

containing HEMA when the electric current was used. The electric current application

significantly increased the adhesive bond strength for HEMA-free groups. In the

comparison between the adhesive systems, the convencional application (0 µA) did

not showed values with statistical difference. For the adhesives submitted to electric

current application, the HEMA-free showed higher statistical diference when compared

to the HEMA.

Table 3: Means (MPa) and standard deviations of the µTBS for HEMA-containing and

HEMA-free adhesive systems submitted to electric current.

0 µA 50 µA

HEMA 25.5 (5.90) Aa 25.92 (5.44) Ab

HEMA-free 25.22 (5.83) Ba 31.75 (5.79) Aa

Different capital letters in row and different lower case letters in column show statistical

difference (α = .05).

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Figure 1 shows a representative images of the fracture mode classification.

Figure 1: Representative images of the fracture mode.

Figure 1A. Cohesive dentin fracture, with failure between dentinal tubules. Figure 1B.

Cohesive composite fracture. Figure 1C. Mixed fracture, showing dentin (#) and

composite (*) failures. Figure 1D. Adhesive fracture, with failure in the adhesive layer.

Figure 2 shows the failure modes (%) at 24 h-storage and after thermal

cycling. Mixed failure was predominant for all groups in both aging times. Adhesive

failures also occurred in all groups after aging. The fractures cohesive in composite

and cohesive in dentin were minority failures.

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Figure 2: Failure mode (%) observed in the groups.

Figure 3 shows the hybrid layer permeability assessed by Confocal Laser

Scanning Microscope (CLSM) images. Figure 3A and C: Fluorescein sodium solution

infiltration through the hybrid layer was observed for both convencional application

groups. Figure 3B: The solution infiltration did not increase with electrical current

application for the HEMA in convencional application. The HEMA-containing adhesives

infiltration applied with electric current was better revealed by the sodium fluorescence

solution (in yellow). Figure 3A and B: The hybrid layer was also infiltrated by water.

Figure 3C: The HEMA-free groups without electrical current showed water infiltration

(in green color). Figure 3:D There was not water infiltration with electric current

application.

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Figure 3: Representative CLSM images showing the adhesive interface.

Groups: A- HEMA + 0 µA; B: HEMA + 50 µA; C: HEMA-free + 0 µA, and D: HEMA-free + 50

µA. Adhesive layer (red) and die infiltration (green).

Tables 5 and 6 show the mean values and standard deviations of silver

particles nanoleakage in the adhesive layer (%). There was no interaction between the

factors (p=0.80959).

Table 4 shows that the HEMA-free adhesive systems showed lower

nanoleakage (%) regardless the time and electric current.

Table 4: Means and standard deviations of silver nitrate nanoleakage values (%) in the

hybrid layer.

HEMA HEMA-free

2.52 (0.71) A 2.25 (0.77) B

Different capital letters show statistical difference (α = .05).

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Table 5 shows that 24-h storage and electric current application association

did not influence on the nanoleakage (%) of the adhesive systems. After thermocycling,

the groups with electric current showed significantly lower values for nanoleakage than

the groups without electric current. In the groups without electric current application,

the thermocycled promoted higher values than those for 24 h. There was no significant

difference in nanoleakage (%) between the samples thermocycled or stored for 24 h

when submitted to electric current.

Table 5: Means and standard deviations of silver nitrate nanoleakage values (%) on

the hybrid layer of adhesive systems applied with or without electric current after 24-h

storage or thermocycled.

0 µA 50 µA

24 h 2.7 (0.70) Ab 2.17 (0.65) Aa

Thermocycling 2.87 (0.81) Aa 2.13 (0.63) Ba

Different capital letters in row and different lower case letters in column show statistical

difference (α = .05).

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Figure 4 shows representative images of the 24-h storage nanoleakage.

There was low nanoleakage (arrows) in the hybrid layer for all groups.

Figure 4: Representative images of silver nitrate nanoleakage in 24 h-storage.

Groups: A- HEMA + 0 µA; B- HEMA + 50 µA; C- HEMA-free + 0 µA, and D: HEMA-

free + 50 µA at 24-h storage.

Figure 5 shows representative images of 10,000 thermal cycles

nanoleakage. There are increase in nanoleakage in groups without electric current

(Figure 5: A-C, arrows), whereas in groups with electric current occurred lower silver

particles incidence in the hybrid layer (Figure 5: B-D, arrows).

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Figure 5: Representative images of silver nitrate nanoleakage after 10,000 thermal

cycles.

Groups: A- HEMA + 0 µA; B- HEMA + 50 µA; C- HEMA-free + 0 µA, and D: HEMA-

free + 50 µA at 10,000 thermal cycles.

Table 6 shows the mean and standard deviation values for degree of

conversion for the adhesive systems with or without electric current application. There

was no interaction between the factors (p=0.90752). It was observed that the adhesive

containing HEMA showed greater capacity for monomer to polymer conversion,

regardless the electric current application. The electric current significantly increased

the degree of conversion, regardless the adhesive.

Table 6: Means and standard deviations of the degree of conversion (%).

0 µA 50 µA Mean

HEMA 62.79 (1,58) 71.5 (2.63) 67.14 (5.02) a

HEMA-free 56.01 (1,90) 64.4 (3,35) 60.24 (5.14) b

Mean 59.4 (3.93) B 67.48 (4.66) A

Different capital letters in row and different lower case letters in column show statistical

difference (α = .05).

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Discussion

The results of this study showed that the adhesive bond strength values

decreased after 10,000 thermal cycles, regardless the adhesive system or the

application method (Table 1). These results are in agreement with some previous

studies, in which the bond strength decreased after thermal cycling (36,37). The choice

of this protocol was due to some studies provening the aging ability for the adhesive

bonding, since thermal cycling promotes detrimental effects on the interface and the

thermal changes accelerate the adhesive interface hydrolysis process, increasing

water uptake and monomer degradation (38). The high stress promoted by the

constant process of dimensional changes (contraction and expansion) in the adhesive

interfaces promotes cracks and fissures on the adhesive material due to the higher

thermal expansion coefficient when compared to dentin (39).

Analyzing the bond strength data when associated to electric current, the

HEMA-free adhesive systems showed better µTBS values. HEMA-containing adhesive

systems presented similar values for both application methods. When comparing the

different adhesive systems, there was no difference for the conventional application.

However, the HEMA-free adhesives showed better bond strength values with the

electric current application (Table 2).

These results are in agreement with those in previous studies when electric

current improved the adhesive systems bond strength (32,36,37). The difference

between the adhesive types seems to be related to the greater penetration capacity of

monomers. However, HEMA (molecular weight: 113.14 g/mol) has great hydrophilicity

and its infiltration also occurs associated to water molecules, contributing to greater

hydrolytic degradation (13-16). This fact can promote lower bond strength values and

to contribute for decreasing these values after also thermocycling. In the HEMA-free

adhesive systems, the present findings seem to show that higher molecular weight

monomers, as GDMA (molecular weight 228.24 g/mol), also can penetrate into the

adhesive layer (Figure 3D).

It can be assumed that these adhesive systems associated with electric

current act similarly to HEMA-containing adhesives, decreasing the deleterious effects

associated to this material, such as high hydrophilicity and consequent greater

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hydrolytic degradation. Thus, the first hypothesis of the study was rejected, since the

adhesive bond strength values decreased after thermal cycling.

Figure 2 shows that there was predominance of mixed failures for all groups

in both sample aging times. After thermocycling, there was increase of adhesive

failures for all groups. This fact could explain the reduction of the bond strength values

after thermocycling. However, this decrease was more pronounced for the groups with

adhesive systems applied without electric current. In addition, groups with higher µTBS

showed great number of mixed failures.

As only HEMA-containing adhesives showed the highest adhesive

penetration (Figure 3: B), the second hypothesis that electrical current would increase

adhesive penetration was rejected. The increase adhesive strenght value was

probably due to changes in the dentin organic structure (40). This fact occurs when

electric current interacts with the polar characteristic of collagen and proteoglycans,

which may favor the water infiltration and hydrophilic monomers due to little changes

in the collagen fibrils orientation. Moreover, changes in intra and interfibrillar hydrogen

bonds also increase substrate wettability, favoring greater penetration of adhesive

systems (30,32,41).

In addition, the cathode (negative pole) of the electricity generating device

negatively charges the dentin surface, attracting the monomer molecules polarized by

the electricity action (positive pole), improving the adhesive penetration (31). In

addition to these allegations, the electric current application also increase the water

substitution rate due to molecules polarized, favoring the water and solvente exit, and

improving the enter of resinous monomers (42).

Similar fact could happen to HEMA-free adhesive systems, but the absence

of this highly hydrophilic monomer decreases the adhesive penetration, while water

shows more difficulty to penetrate in the adhesive interface (Figure 3:D), probably

generating a more stable hybrid layer. In addition, the assumption of previous studies

that the additional acid etching associated to HEMA-free single-step self-etching

adhesive systems may improve monomeric infiltration into dentin (43) and the bond

strength (44) appears to be a viable clinically protocol to follow. These findings were

confirmed by evaluating silver nitrate nanoleakage in the specimens. HEMA-containing

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39

adhesive systems showed higher nanoleakage values (%) (Table 2; Figure 5:A) when

compared to HEMA-free (Table 2; Figure 5:C), which is in agreement with the results

shown in previous study (45).

When the adhesive systems were compared between storage times, the

electric current was not effective in decreasing nanoleakage at 24-h storage (Table 3;

Figure 4), while lower values were observed after thermocycling procedure (Table 3;

Figures 5:B-D), as also was shown in previous study (32). The adhesive systems

without electric current application showed higher infiltration level after thermocycling

(Table 3; Figures 5: A-C), while those with electric current application did not show this

difference, even after aging procedure (Table 3; Figure 5: B-D) (36). This fact

corroborates with the findings of CLSM, which showed lower water penetration at the

adhesive interface for HEMA-free materials (Figure 3: D) and higher monomeric

penetration for materials containing HEMA (Figure 3: B), factors that may contribute to

better adhesive bond when compared to conventional method. Thus, the third

hypothesis that electric current would promote lower nanoleakage was accepted.

Similarly, the fourth hypothesis that electric current would increase

monomer conversion was also accepted, since higher degree of conversion values are

associated with lower rate of residual monomers not converted to polymer and,

therefore, less susceptible to degradation level over storage time (46).

In addition, HEMA-containing adhesives showed a higher degree of

conversion than HEMA-free adhesives (Table 4). These values are opposite to showed

in previous study, where there was no difference between these adhesives systems,

but the HEMA concentration in the materials studied was lower (46). The difference

may be related to more amount of high molecular weight monomers in the HEMA-free

adhesive, which reduces the mobility of unreacted double bonds (47), coupled with a

low crosslinking density (48).

Another factor that may explain the increase in the degree of conversion is

the higher solvent evaporation rate when electric current is applied (49), probably this

occurs since the electric energy generates heat. This fact can be clarified by Joule's

Law: Q = I2. R. t (Where Q= heat; I= electroc current; R= electric resistance; and T=

time). This law relates the relations between heat and other forms of energy (such as

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40

electrical and chemical), and by extension, the relationships between all energy forms

(Thermodynamics). Based on this law, when the electric current flows during the

adhesive application, it is necessary that energizes the molecules of the monomer to

promote energy (heat).

Considering that the electric current promoted positive effects on the

adhesives application, as for HEMA-free µTBS; greater adhesive infiltration; lower

nanoinfiltration, and higher degree of conversion. However, the thermocyclage

promoted lower µTBS for both adhesives, and lower nanoinfiltration (%) when

associated to electric current. These results appear to be related to HEMA

composition. Further studies are necessary to clarify the behavior of other adhesive

systems, mainly when the clinical long term is considered for the adhesive restoration

sucess.

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41

Conclusion

The effects of electric current were: 1. Better bond strength of HEMA-free

adhesive systems when compared to HEMA-containing. 2. Better dentin adhesive

infiltration and decreased nanoleakage level. 3. Increased degree of conversion of both

adhesive systems. 4. Thermocycling decreased µTBS values and lower nanoleakage

was observed when the electrical current was applied.

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47

3. CONCLUSÃO

Aplicação associada à corrente elétrica promoveu melhores valores de

resistência da união de sistemas adesivos HEMA-free em relação aos contendo

HEMA. Sistemas adesivos associados à corrente elétrica promoveram maior

infiltração adesiva em dentina e diminuição do nível de nanoinfiltração pela água. O

método da corrente elétrica para aplicação do sistema adesivo aumentou o grau de

conversão de ambos os sistemas adesivos.

A termociclagem promoveu diminuição dos valores de resistência da união,

qualquer que fosse o sistema adesivo. Menores valores de nanoinfiltração (%) foram

mostrados com adesivos associados à corrente elétrica.

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APÊNDICE 1 – Imagens das metodologias

Figura 1: Identificação, composição e protocolo de aplicação dos sistemas adesivos.

A) Adesivo Experimental com HEMA; B) Adesivo Experimental sem HEMA.

Figura 2: Preparo das amostras.

A) Dente fixado na placa de acrílico; B) Corte em cotadeira metalográfica (Isomet)

aproximadamente 1,5 mm abaixo da junção cemento-esmalte e aproximadamente 4

mm acima da junção cemento-esmalte; C) Superfície da dentina exposta; D)

Superfície abrasionada com lixa de carbeto de silício #600 por 30 segundos.

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Figura 3: Descrição de funcionamento do aparelho emissor de corrente elétrica

Esquema do aparelho controlador e emissor de corrente elétrica.

Etapas:

1. A – multímetro: Inserir uma bateria alcalina no multímetro (A) e outra de 9V no

controlador de corrente (B).

2. Ligar o multímetro (A) no controlador de corrente (B), conectando os eletrodos

negativos (1 e 3) e positivos (2 e 4). Eletrodo positivo do controlador de corrente

(4) conectado à pinça metálica.

3. Controlador de corrente (B): Selecionar a amperagem que será utilizada na

aplicação do adesivo por meio do potenciômetro (5), conferindo no visor do

multímetro (6).

4. Procedimento clínico: Colocar o eletrodo negativo (vermelho) na boca do

paciente;

Procedimento em laboratório: colocar o eletrodo negativo (vermelho) numa

superfície esponjosa umedecida, onde será fixado o dente para simular a

umidade do periodonto e transmitir a corrente elétrica (ex: esponja);

5. Aplicar o sistema adesivo sobre o dente (dentina ou esmalte) espalhando-o

com o auxílio da pinça metálica, seguindo as recomendações do fabricante (4).

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Durante o procedimento, o dispositivo identifica a resistência do dente (em ohm

- significando a oposição do dente à passagem da corrente elétrica) pela emissão da

amperagem da corrente elétrica, previamente estabelecida pela fonte de energia

(bateria), estabelecendo a tensão do dente. O operador define a tensão da corrente

elétrica que será fornecida pelo controlador da corrente e mostrada no visor do

multímetro. Ajustada a corrente, o chip do controlador da corrente define o valor da

resistência elétrica do dente com os eletrodos conectados. O aparelho

automaticamente estabelece a intensidade elétrica de acordo com a resistência

encontrada no dente, padronizando a corrente elétrica e mantendo a amperagem

selecionada pelo operador.

O aparelho está em processo de patente no setor INOVA da UNICAMP e sujeito

à confidencialidade.

Figura 4: Aplicação do sistema adesivo utilizando o aparelho emissor de corrente

elétrica.

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O dente é fixado numa esponja umedecida. O sistema adesivo é aplicado

com a pinça metálica (polo positivo) enquanto a haste metálica está inserida na

esponja na direção da amostra (polo negativo), permitindo o fechamento do circuito.

O multímetro mostra o valor da corrente de 50 µA durante a aplicação do sistema

adesivo.

Figura 5: Teste de resistência da união à microtração (24 horas).

A) Dente restaurado com compósito resinoso; B) Dente fatiado utilizando a cortadeira

metalográfica Isomet; C) Obtenção dos palitos (1 mm x 1 mm aproximadamente); D)

Palitos armazenados em água destilada por 24 horas; E) Palito sendo submetido ao

teste de resistência de união à microtração na máquina de ensaio universal (Ez test).

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Figura 6: Teste de resistência da união à microtração (10.000 ciclos térmicos).

A) Dente restaurado com compósito resinoso; B) Dente fatiado utilizando a cortadeira

metalográfica Isomet; C) Obtenção dos palitos (1 mm x 1 mm aproximadamente); D)

Palitos submetidos a 10.000 mil ciclos térmicos; E) Palito sendo submetido ao teste

de resistência de união à microtração na máquina de ensaio universal (EZ Test).

Figura 7: Preparo das amostras para teste de análise de penetração através de

microscopia confocal de varredura a laser.

A) Adição de 0,07µg de Rodamina B em cada mL de cada sistema adesivo; B) Dente

restaurado com compósito resinoso; C) Fixação das amostras com cera utilidade em

dispositivo de simulação de pressão pulpar; D) Imersão em solução de fluoresceína

0,1% em peso a 24ºC, por 24 horas em condição de simulação pulpar; E) Amostras

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fatiadas em cortadeira metalográfica (1 mm aproximadamente); F) Microscópio

Confocal de Varredura a Laser; G) Amostra representativa da análise de penetração.

Figura 8: Preparo das amostras para teste de nanoinfiltração.

A) Palitos; B) Cobertura dos palitos com esmalte para unha deixando 1 mm da

interface exposto; C) Armazenagem dos palitos em solução de nitrato de prata por 24

horas; D) Armazenagem dos palitos em solução reveladora por 8 horas; E) Inclusão

dos palitos em resina epóxi para polimento das amostras.

Figura 9: Grau de conversão

A) Aparelho emissor de corrente elétrica; B) Sistema adesivo aplicado na matriz

metálica e manipulado por 10 segundos, utilizando o polo positivo (pinça) para

agitação; C) 50 µL de adesivo removidos com pipeta; D) Aplicação de sistema adesivo

no molde de silicone por condensação, colocado entre duas lamínulas de vidro presas

por grampos; E) Equipamento para mensuração do grau de conversão dos sistemas

adesivos.

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ANEXOS

ANEXO 1 - Relatório de verificação de originalidade e prevenção de

plágio

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ANEXO 2 - Submissão do artigo