Assessing clinically critical application protocols for optimum bonding to different substrates

Abstract

Desde a década de 1950, a adesão evoluiu significativamente com os avanços na formulação química e técnicas adesivas. Monômeros funcionais como 10-MDP e agentes de união silano aumentaram a adesão ao esmalte, dentina e materiais restauradores, como compósitos, vitrocerâmicas e zircônia. Várias abordagens de adesivos, incluindo condicionamento e enxágue (E&R), autocondicionamento (SE) e adesivos universais (UAs), foram desenvolvidas para otimizar a adesão. O selamento dentinário imediato (IDS) foi introduzido para reduzir a permeabilidade e melhorar a durabilidade da restauração, embora sua eficácia permaneça incerta. A abrasão por jateamento (APA) é outra técnica que visa aumentar a adesão, embora seu impacto na adesão dentinária seja debatido. Para adesão de zircônia, o APA cria intertravamento micromecânico, enquanto o 10-MDP fornece adesão química, embora seus benefícios a longo prazo em cimentos autoadesivos precisem de mais estudos. UAs que incorporam 10-MDP e silano oferecem compatibilidade multimaterial, mas a instabilidade do silano em soluções ácidas ainda necessita de primers cerâmicos separados para colagem de vitrocerâmicas. Embora inovações recentes que combinam dois silanos em um único frasco de UA tenham sido desenvolvidas para mitigar a degradação do silano, pesquisas adicionais são necessárias para garantir a confiabilidade a longo prazo do UA contendo silano. O objetivo geral deste projeto de pesquisa laboratorial de doutorado foi avaliar quatro protocolos de adesão clinicamente críticos para otimizar a adesão a diversos substratos, incluindo adesão à zircônia usando cimentos resinosos contendo o monômero funcional 10- MDP, avaliando o impacto do selamento dentinário imediato (IDS) na eficácia da colagem durante a cimentação adesiva de restaurações dentárias semidiretas e indiretas, avaliando a influência da abrasão por jateamento (APA) na eficácia da adesão de dentina e examinando a confiabilidade de um UA contendo silano quando usado como um primer cerâmico para adesão a cerâmicas ricas em vidro. Na PRIMEIRA parte desta pesquisa de doutorado (CAPÍTULO 2), a resistência de união à microtração (µTBS) de zircônia a zircônia usando cimentos resinosos com ou sem primer foi 168 | Resumo avaliada. Não foram observadas diferenças significativas em µTBS com ou sem primer e envelhecimento para G-CEM ONE (Gone; GC) e Panavia SA Universal (PSAu; Kuraray Noritake), enquanto valores significativamente maiores de µTBS foram registrados para Panavia V5 (Pv5; Kuraray Noritake) e RelyX Universal (RXu, 3M Oral Care, atualmente Solventum) quando aplicados com seus respectivos primer/adesivos. Comparando os quatro cimentos compostos em seu melhor desempenho, uma diferença significativa em µTBS envelhecido em 50k foi encontrada para PSAu em comparação com Pv5 e RXu, e uma diminuição significativa em µTBS após envelhecimento em 50k foi observada apenas para RXu em combinação com SBUp. A adesão durável à zircônia requer o monômero funcional 10-MDP, contido no primer/adesivo de restauração ou no cimento resinoso. Na segunda parte desta pesquisa de doutorado (CAPÍTULO 3), o impacto do selamento imediato versus tardio da dentina (IDS/DDS) na µTBS de restaurações de resina composta CAD/CAM cimentadas à dentina foi investigado. Abordagens envolvendo fotoativação prévia do adesivo produziram adesão imediata confiável e resistente ao envelhecimento à dentina, enquanto espécimes DDS que não receberam fotoativação prévia a cimentação na dentina 8vital9 falhou antes do teste. Embora a cimentação na dentina 8não vital9 tenha resultado em µTBS significativamente maior, esses valores permaneceram consideravelmente mais baixos do que aqueles obtidos com os protocolos IDS e DDS empregando fotoativação separada. Nenhuma diferença na eficácia da cimentação adesiva foi observada entre IDS e DDS quando o adesivo foi fotoativação separadamente na dentina antes da cimentação. Na TERCEIRA parte desta pesquisa de doutorado (CAPÍTULO 4), o efeito do jateamento (APA) na resistência de união à microtração (µTBS) à dentina foi avaliado usando diferentes pós de abrasão ou polimento. Ao comparar a resistência de união envelhecida da dentina abrasada ou polida com a dentina não abrasada, preparada com ponta diamantada (controle), melhorias significativas foram observadas com o polimento usando 8bicarbonato de sódio9 e 8bicarbonato de sódio macio9 em combinação com G2-Bond (G2B) aplicado no modo de colagem E&R, bem como com polimento de vidro bioativo nos modos de adesão E&R e SE. Em contraste, a resistência de união à dentina foi significativamente menor apenas quando a dentina foi abrasada com óxido de alumínio de 29 µm (AO29) e G2B foi usado no Resumo| 169 modo SE. O envelhecimento não afetou significativamente a resistência de união em nenhum dos modos de união, exceto para a dentina tratada com AO29 e trióxido de alumínio, onde uma resistência de união significativamente menor foi registrada para G2B no modo SE. No geral, G2B alcançou resistência de união notavelmente maior em dentina abrasiva ou polida quando usada em E&R em comparação ao modo SE, demonstrando que a abrasão/polimento não prejudica a resistência de união da dentina com G2B, exceto no caso específico da dentina tratada com AO29 no modo SE, enquanto o polimento influenciou positivamente a resistência de união em grupos selecionados. Na QUARTA parte desta pesquisa de doutorado (CAPÍTULO 5), o impacto da vida útil na resistência de união ao cisalhamento (SBS) de um adesivo universal contendo silano (UA) para vitrocerâmica de dissilicato de lítio (LiSi2) foi avaliado. Os resultados mostraram que a vida útil do UA não afetou significativamente a SBS em geral, exceto que o SBUp.

Abstract: Since the 1950s, dental bonding has evolved significantly with advancements in adhesive chemistry and techniques. Functional monomers like 10-MDP and silane coupling agents have enhanced adhesion to enamel, dentin, and restorative materials such as composites, glass, and zirconia ceramics. Various bonding approaches, including etch-and-rinse (E&R), self-etch (SE), and universal bonding have been developed to optimize adhesion. Immediate dentin sealing (IDS) has been introduced to reduce permeability and improve restoration durability, though its effectiveness remains uncertain. Airborne-particle abrasion (APA) is another technique aimed at enhancing bond strength, though its impact on dentin bonding is debated. For zirconia bonding, APA creates micromechanical interlocking, while 10-MDP provides chemical adhesion, though its long-term benefits in self-adhesive cements need further study. Universal adhesives (UAs) incorporating both 10-MDP and silane offer multi- material compatibility, yet silane instability in acidic aqueous solutions still necessitates separate ceramic primers for glass-ceramic bonding. Although recent innovations that combine two silanes in a single UA bottle have been developed to mitigate silane degradation, further research is necessary to ensure the long-term reliability of silane- containing UA. The overall objective of this laboratory PhD-research project was to evaluate four clinically critical bonding protocols for optimizing adhesion to various substrates, including bonding to zirconia using composite cements containing the functional monomer 10-MDP, assessing the impact of immediate dentin sealing (IDS) on bonding effectiveness during the adhesive luting of semi-direct and indirect tooth restorations, evaluating the influence of airborne-particle abrasion (APA) on dentin bonding effectiveness, and examining the reliability of a silane-containing UA when used as a ceramic primer for bonding to glass-rich ceramics. In the FIRST part of this PhD research (CHAPTER 2), the zirconia-to-zirconia micro-tensile bond strength (µTBS) using composite cements with/without primer was evaluated. No significant differences in µTBS were observed with or without primer and aging for G-CEM 160 | Summary ONE (Gone; GC) and Panavia SA Universal (PSAu; Kuraray Noritake), while significantly higher µTBS values were recorded for Panavia V5 (Pv5; Kuraray Noritake) and RelyX Universal (RXu; 3M Oral Care, now Solventum) when applied with their respective primer/adhesive. Comparing the four composite cements at their best performance, a significant difference in 50k-aged (thermocycling) µTBS was found for PSAu compared to Pv5 and RXu, and a significant decrease in µTBS upon 50k aging was only observed for RXu in combination with Scotchbond Universal Plus (SBUp; 3M Oral Care). Durable bonding to zirconia requires the functional monomer 10-MDP, either contained in the restoration primer/adhesive or in the composite cement. In the SECOND part of this PhD research (CHAPTER 3), the impact of immediate versus delayed dentin sealing (IDS/DDS) on the µTBS of CAD/CAM composite restorations adhesively luted onto dentin was investigated. Approaches involving separate adhesive light- curing yielded reliable immediate and aging-resistant bonding to dentin, while DDS specimens that did not receive separate light-curing prior to luting onto vital dentin failed before testing. Although luting onto non-vital dentin resulted in significantly higher µTBS, these values remained considerably lower than those obtained with the IDS and DDS protocols employing separate light-curing. No difference in adhesive luting effectiveness was observed between IDS and DDS when the adhesive was separately light-cured at dentin prior to luting. In the THIRD part of this PhD research (CHAPTER 4), the effect of airborne particle abrasion (APA) on the micro-tensile bond strength (µTBS) to dentin was evaluated using different air-abrasion/polishing powders. When comparing the aged bond strength of air- abraded or polished dentin to that of non-air-abraded, bur-cut dentin (control), significant improvements were only observed with air-polishing using 8sodium bicarbonate9 and 8sodium bicarbonate soft9 in combination with G2-Bond Universal (G2B; GC) applied in E&R bonding mode, as well as with bioactive glass air-polishing in both E&R and SE bonding modes. In contrast, dentin bond strength was significantly lower only when dentin was air- abraded with 29-µm aluminum oxide (AO29) and G2B was used in SE bonding mode. Aging did not significantly affect bond strength in either bonding mode, except for AO29- and Summary | 161 aluminum trioxide-treated dentin, where significantly lower bond strength was recorded for G2B in SE bonding mode. Overall, G2B achieved notably higher bond strength on air-abraded or polished dentin when used in E&R compared to SE mode, demonstrating that air- abrasion/polishing does not impair dentin bond strength with G2B, except in the specific case of AO29-treated dentin in SE mode, while air-polishing positively influenced bond strength in select groups. In the FOURTH part of this PhD research (CHAPTER 5), the impact of shelf-life on the shear bond strength (SBS) of a silane-containing universal adhesive (UA) to lithium-disilicate glass- ceramic (LiSi2) was evaluated. The results showed that the UA9s shelf-life did not significantly affect SBS overall, except that 8fresh9 SBUp applied to HF-etched and separately silane- primed LiSi2 yielded significantly higher SBS. While aging did not generally decrease SBS, a significant increase in SBS was observed for HF-etched LiSi2 that was not separately silane- primed. The highest bond strength was achieved when LiSi2 was HF-etched followed by separate silane-priming. Thus, despite the UA containing silane in its formulation, the most effective and durable bonding to LiSi2 was accomplished by HF-etching combined with separate silane-priming, irrespective of the UA9s shelf-life. Proper bonding strategies tailored to specific substrates and application protocols are crucial for long-term adhesive success. Based on the aforementioned results, the following MAIN CONCLUSIONS of this PhD project can be drawn: 1. Zirconia bonding requires use of 10-MDP-containing primers or composite cements. 2. Separate light-curing of adhesives before adhesive luting is recommended to stabilize the adhesive interface. 3. IDS does not outperform DDS when the adhesive is separately light-cured before adhesively luting a restoration. 4. Air-polishing with specific powders (sodium bicarbonate, bioactive glass) improves dentin bond strength. 5. APA is safe for bonding to dentin. 6. Air-polishing with bioactive glass positively influences dentin bond strength for both E&R and SE bonding modes. 162 | Summary 7. HF etching followed by silanization remains the gold-standard for adhesive luting. 8. While silane-containing UAs offer potential simplifications, their performance is limited by silane instability in acidic aqueous solutions, emphasizing the need for separate silane application in high-stakes restorations.