Centro de Investigación en Química Aplicada

Programa de Doctorado en Tecnología de Polímeros

TESIS

“Síntesis de nuevos monómeros acrílicos fotopolimerizables a partir de

isosorbide y compuestos tipo espiroortocarbonato para el desarrollo de

nuevas formulaciones y su aplicación como material restaurativo dental”

Presentada por:

LUIS ALBERTO REYNA MEDINA

Para obtener el grado de:

Doctor en Tecnología de Polímeros

Asesorado por:

Dra. María Lydia Berlanga Duarte

Sinodales:

Dra. Odilia Pérez Camacho Dra. Graciela Arias García

Dr. Dámaso Navarro Rodríguez

Centro de Investigación en Química Aplicada

ASESOR:

DRA. MARIA LYDIA BERLANGA

DUARTE

Para obtener el grado de:

Doctor en Tecnología de Polímeros

Presentada Por:

LUIS ALBERTO REYNA MEDINA

SALTILLO, COAHUILA, MÉXICO -ABRIL 2017

“Síntesis de nuevos monómeros acrílicos fotopolimerizables a

partir de isosorbide y compuestos tipo espiroortocarbonato para

el desarrollo de nuevas formulaciones y su aplicación como

material restaurativo dental”

TESIS DOCTORAL

[Agradecimientos]

A Dios por regalarme la vida y permitirme cosechar muchos dones, además de poner a

las personas adecuadas en mi camino para lograr cada meta que me he propuesto.

A mi madre, gracias por todo tu apoyo incondicional, por decirme siempre que lo que

me proponga podría lograrlo, gracias por ser mi ejemplo y guía a seguir.

A la Dra. Lydia Berlanga, gracias por confiar en mí y por darme esta oportunidad de

concluir mis estudios de doctorado bajo su dirección, fue una gran experiencia ser su

alumno, me llevó un gran aprendizaje de estos cuatro años, pero sobre todo sé que

llevo una gran y valiosa amistad en su persona.

A mis sinodales, Dra. Graciela Arias, Dra. Odilia Pérez y Dr. Dámaso Rodríguez; por

tomar este trabajo con seriedad y profesionalismo, por permitirme recurrir a su

capacidad y experiencia científica que han sido un aporte invaluable para este trabajo,

gracias por todo el tiempo dedicado no solo al trabajo si no hacia mi persona que me

ha servido para crecer profesionalmente y aprender de cada uno de ustedes.

A la Facultad de Odontología de la Universidad Autónoma de Coahuila, en especial a la

M.C Patricia Reyes por su gran apoyo en las diferentes colaboraciones realizadas en

conjunto con los estudiantes Cirujanos Dentistas: Sergio Pérez y Karina Yaneth

González. Así como los maestros en ciencias odontológicas: Oscar Abdiel Aguirre E y

David Olivares Morales, por su principal aportación en lo referente al ámbito

odontológico, a todos ustedes mi agradecimiento.

A la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Coahuila, especialmente a la

Dra. Sandra Cecilia Esparza González, por su colaboración en las pruebas de

citotoxicidad, mi más sincero agradecimiento a ella.

A la Universidad del Estado de Hidalgo, mi agradecimiento sincero a la Dra. Ana Maria

Herrera, por abrirme las puertas de su laboratorio y realizar una parte experimental

[AGRADECIMIENTOS

] bajo su supervisión, muchas gracias por su conocimiento trasmitido y por su dedicación,

aportaciones y colaboraciones a este trabajo.

Por último, me gustaría agradecer a las siguientes personas, ya que su aporte al

desarrollo de esta tesis fue fundamental, facilitando los medios para que este trabajo

llegara a un buen término.

L.C.Q. María Guadalupe Méndez Padilla

L.C.Q. Julieta Sánchez

M.C. Silvia Torres Rincón

L.C.Q. Jorge Félix Espinoza

L.C. Judit Cabello

M.C. María Concepción Gonzáles

I.Q. Liliana Naranjo Naranjo

Lic. Nancy Espinoza

C.P. Imelda Vargas

[Resumen]

i

Resumen

En el presente trabajo se reporta la preparación de diferentes resinas dentales, mediante

la incorporación de tres nuevos monómeros uretano-acrilato con diferentes

funcionalidades, en sustitución del Bis-GMA, utilizándolos mayoritariamente como matriz

para formular compósitos dentales. Uno de los monómeros, corresponde a un

compuesto de origen biológico Is-UDMA, el cual se obtuvo a partir de isosorbide, como

fuente natural. Así mismo, los otros monómeros corresponden al SOC-IFDMA y SOC-

UDMA, los cuales poseen grupos funcionales de tipo espiroortocarbonato (SOC), para

proporcionar a la resina dental la propiedad de antiencogimiento al curar o

fotopolimerizar. Los monómeros tanto el biobasado Is-UDMA, como los derivados del

SOC, fueron formulados por separado, utilizando un relleno inorgánico, un agente de

acoplamiento y un sistema de iniciadores, para obtener un material compuesto o resina

dental. Estas resinas dentales formuladas fueron evaluadas para determinar su eficiencia

como material restaurativo dental, realizando pruebas de análisis dinámico mecánico

(DMA), resistencia a la flexión, absorción y solubilidad en agua, cinéticas de reacción de

fotopolimerización (por la determinación de la conversión del doble enlace) y

contracción, además de realizar un estudio de la citotoxidad de los monómeros y análisis

de microfiltración in vitro en órganos dentales. Todas las pruebas fueron comparadas

utilizando como referencia Bis-GMA, el cual fue formulado a la misma concentración que

las formulaciones con los nuevos monómeros acrílicos sintetizados, obteniendo mejores

propiedades, cuando se usa mezcla con los nuevos monómeros, sobrepasando los

valores de referencia, y quedando dentro de los límites establecidos por la norma ISO-

4049. Concluyendo que las formulaciones propuestas con los nuevos monómeros

dentales tienen alto potencial para ser utilizadas como materiales restaurativos dentales

al ser comparadas con las resinas comerciales.

[CONTENIDO]

ii

Contenido Resumen .............................................................................................................................................. i

Abreviaturas ........................................................................................................................................ vi

Índice de Figuras ............................................................................................................................... vii

Índice de Tablas .................................................................................................................................. ix

1. Introducción ................................................................................................................................ 1

1.1 Caries dental .............................................................................................................................. 1

1.2 Causas principales de la caries dental ....................................................................................... 1

1.3 Restauración Dental .................................................................................................................. 2

1.4 Requisitos que deben tener las resinas dentales ...................................................................... 3

2. Antecedentes .................................................................................................................................. 6

2.1 Resina dental compuesta (Composito Dental) .......................................................................... 7

2.1.1 Matriz orgánica .................................................................................................................. 7

2.1.2 Partículas de carga (Relleno) .............................................................................................. 9

2.1.3 Agente de unión a base de sílanos ................................................................................... 10

2.1.4 Iniciadores ........................................................................................................................ 11

2.2 Propiedades de las resinas dentales ....................................................................................... 12

2.3 Clasificación de resinas............................................................................................................ 13

2.4 Fotopolimerización .................................................................................................................. 14

2.4.1 Ventajas de la fotopolimerización .................................................................................... 14

2.4.2 Fotopolimerización por radicales libres ........................................................................... 15

2.4.3 Fotopolimerización en resinas dentales ........................................................................... 18

2.5 Contracción en polimerizaciones (Estrés) ............................................................................... 18

2.5.1 La contracción en resinas dentales .................................................................................. 19

2.6 Monómeros cíclicos para polimerizaciones por apertura de anillo. ....................................... 22

2.6.1 Fotopolimerizaciones catiónicas. ..................................................................................... 23

2.6.2 Monómeros expandibles de tipo espiroortocarbonato ................................................... 25

2.7 Nuevos monómeros para resina dentales .............................................................................. 30

2.7.1 Isosorbide ......................................................................................................................... 32

2.7.2 Síntesis del Isosorbide ...................................................................................................... 33

3. Objetivos, Justificación e Hipótesis .............................................................................................. 34

3.1 Objetivo principal .................................................................................................................... 34

[CONTENIDO]

iii

3.1.1 Objetivos Secundarios: ..................................................................................................... 34

3.2 Justificación ....................................................................................................................... 35

3.3 Hipótesis ............................................................................................................................ 36

4. Parte Experimental ...................................................................................................................... 36

4.1 Reactivos. ................................................................................................................................ 36

4.1.1 Reactivos empleados en la síntesis de los monómeros acrílicos. .................................... 36

4.1.2 Reactivos empleados para la formulación dental. ........................................................... 36

4.1.3 Solventes .......................................................................................................................... 36

4.1.4 Otros. ................................................................................................................................ 37

4.2 Equipos. ................................................................................................................................... 37

4.2.1 Análisis Dinámico Mecánico (DMA). ................................................................................ 37

4.2.2 Lámpara dental ................................................................................................................ 37

4.2.3 Resonancia Magnética Nuclear (RMN). ........................................................................... 38

4.2.4 Espectrofotómetro de FT-IR Nicolet Magna 6700. .......................................................... 38

4.2.5 Microscopio estereoscopio. ............................................................................................. 38

4.2.6 Tensilómetro. ................................................................................................................... 38

4.3 Síntesis de los monómeros acrílicos........................................................................................ 39

4.3.1 Síntesis del Is-UDMA. ....................................................................................................... 39

4.3.2 Síntesis de los monómeros acrílicos espiroortocarbonato .............................................. 41

4.4 Elaboración de las formulaciones dentales ............................................................................. 43

4.4.1 Silanización del relleno inorgánico (carga) usado en la formulación dental .................... 43

4.4.2 Elaboración de las formulaciones dentales a base Bis-GMA ........................................... 43

4.4.3 Elaboración de las formulaciones dentales a base Is-UDMA / Bis-GMA.......................... 46

4.4.4 Formulaciones dentales a base SOC-UDMA / Bis-GMA. .................................................. 46

4.4.5 Formulaciones dentales a base SOC-IF-DMA / Bis-GMA. ................................................. 47

4.5 Evaluación de las resinas dentales .......................................................................................... 48

4.5.1 Determinación de las cinéticas de fotopolimerización mediante la técnica de tiempo real

(RT-FTIR) .................................................................................................................................... 49

4.5.2 Flexión. ............................................................................................................................. 50

4.5.3 Análisis Dinámico Mecánico (DMA) ................................................................................. 52

4.5.4 Absorción y solubilidad en agua de las formulaciones dentales...................................... 53

4.5.5 Determinación de la contracción ..................................................................................... 55

[CONTENIDO]

iv

4.5.6 Análisis de la microfiltración de las resinas formuladas aplicadas en piezas dentales .... 55

4.5.7 Ensayo de citotoxicidad del Is-UDMA .............................................................................. 58

5. Resultados y Discusión ................................................................................................................. 59

5.1 Síntesis y caracterización del monómero Is-UDMA ................................................................ 59

5.1.1 Caracterización del monómero acrílico Is-UDMA, por espectroscopia FTIR y 1H-RMN. . 60

5.2 Síntesis de monómeros espiroortocarbonato SOCs ............................................................... 62

5.2.1 Caracterización del monómero acrílico SOC-UDMA ........................................................ 62

5.2.2 Caracterización del monómero acrílico SOC-IF-DMA ....................................................... 65

5.3 Conversión del doble enlace (CDE) por espectroscopia en infrarrojo en tiempo real (RT-FTIR)

....................................................................................................................................................... 68

5.3.1 Conversión del doble enlace para las formulaciones a base de Is-UDMA/Bis-GMA ....... 69

5.3.2 Conversión del doble enlace para las formulaciones dentales a base de SOC-UDMA/

/Bis-GMA por espectroscopia RT-FTIR. ..................................................................................... 71

5.3.2 Conversión del doble enlace para las formulaciones dentales a base de SOC-IF-DMA/

/Bis-GMA por espectroscopia RT-FTIR. ..................................................................................... 72

5.4 Estudio de absorción (Wsp) y solubilidad (Wsl) en agua para los polímeros de las

formulaciones dentales a base de (Is-UDMA/Bis-GMA), (SOC-UDMA / Bis-GMA) y (SOC-IF-

UDMA-Bis-GMA) ........................................................................................................................... 74

5.5 Análisis Dinámico Mecánico (DMA) ........................................................................................ 77

5.5.1 Análisis Dinámico Mecánico (DMA) para formulaciones con Is-UDMA .......................... 77

5.6 Propiedades de Flexión ........................................................................................................... 83

5.6 Encogimiento........................................................................................................................... 85

5.7 Microfiltración de compuestos dentales en muestras dentales ............................................. 86

5.8 Ensayo de Citotoxicidad .......................................................................................................... 88

5.9 Comparación de los monómeros Is-UDMA, SOC-UDMA, SOC-IF-DMA. ................................. 89

6. Conclusiones ................................................................................................................................. 90

7. Referencias ................................................................................................................................... 92

8. Productos de Investigación y Desarrollo derivados de la Tesis Doctoral ................................. 104

8.1 Artículos originales de Investigación ..................................................................................... 104

8.2 Artículos nacionales de divulgación ...................................................................................... 104

8.3 Artículos publicados en extenso en memorias de congresos internacionales con arbitraje.105

8.4 Artículos publicadas en extenso en memorias de congresos nacionales con arbitraje ........ 105

8.5 Patentes ................................................................................................................................ 105

[CONTENIDO]

v

8.6 Divulgación Científica ............................................................................................................ 106

Presentación en congresos Internacionales ............................................................................ 106

Presentación en Congresos Nacionales .................................................................................. 108

8.7 Dirección de Tesis de licenciatura y maestría ....................................................................... 109

Tesis Maestria ......................................................................................................................... 109

Tesis Licenciatura .................................................................................................................... 110

8.8 Otros productos, obtenidos durante el periodo de investigación de la tesis docotoral ...... 111

Presentación en Congresos Nacionales ...................................................................................... 111

ABREVIATURAS

vi

Abreviaturas SOC espiroortocarbonato

SOC DIOL monómero 1,5,7,11-tetraoxaespiro[5.5]-3,9-undecano diol

BIS-GMA bisfenol A glicerolato dimetacrilato

UDMA 2-[[3,5,5-trimetil-6-[2-(2-metilprop-2-enoiloxi)etoxicarbonilamino]

hexil]carbamoiloxi] etil-2-metil-2-propeonato

TEGDMA Trietilenglicol dimetacrilato

DPPI 4-(deciloxifenil)fenil iodonio

CQ Canforquinona

DEAB 4-etil(dimetilamino) benzoato

TMPS 3-mercaptoacril propil trimetoxisilano

IPDI isoforona diisocianato

DBTL dilaurato de dibutil estaño

HQ hidriquinona

-NCO Isocianato

DMA Análisis Dinámico Mecánico

UV Ultravioleta

1H RMN Resonancia Magnética Nuclear de protón

RT-FTIR Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier en tiempo real

Tg Temperatura de transición vítrea

IEM 2-isocianatoetil-metacrilato

HEMA 2-hidroxietil metacrilato

PDCO pared distal caja oclusal

PGCP piso gingival de la caja proximal

INDICE

vii

Índice de Figuras

Figura 1. Monómeros más utilizados en materiales compuestos para uso dental.......................... 8

Figura 2. Agente de unión3-metacriloxipropil trimetoxisilano (TMPS). ......................................... 10

Figura 3. Estructuras químicas de fotoiniciadores usados en resinas dentales. ........................... 12

Figura 4. Esquema de fotopolimerización (FI= Fotoiniciador) ...................................................... 14

Figura 5. Generación de radicales libres primarios debido al fotólisis de los fotoiniciadores tipo I

por la acción de la luz UV. ............................................................................................................... 16

Figura 6. Mecanismo de acción de los fotoiniciadores tipo II. ....................................................... 16

Figura 7. Mecanismo de un fotopolimerización radicalíca. ............................................................ 17

Figura 8. Cambios en las distancias de enlaces durante una polimerización. ............................... 19

Figura 9. Efectos del encogimiento sobre materiales dentales. ..................................................... 21

Figura 10. Polimerización por apertura de anillo. ........................................................................... 22

Figura 11. Mecanismo de fotopolimerización catiónica usando sales de diarilyodonio. ............... 24

Figura 12. Estructura básica de los espiroortocarbonatos. ............................................................. 25

Figura 13. Ruptura de enlace covalente C-O y formación de los dobles enlaces y Van der Waals

presentes en la fotopolimerización del monómero 1,4,6- trioxaespiro [4,4] nonano. .................. 26

Figura 14. Isómeros SOC estudiados por Byerley. .......................................................................... 27

Figura 15. Monómero tipo espiroortocarbonato con dobles enlaces exocíclicos, sintetizado por

Thomsom. ......................................................................................................................................... 27

Figura 16. SOCs con dobles enlaces exocíclicos sintetizados por Stanbury. ................................. 28

Figura 17. SOCs con grupos alílicos sintetizados por Acosta y colaboradores. ............................ 29

Figura 18. Derivados del Bis-GMA. .................................................................................................. 30

Figura 19. Bis-GMA modificado con grupos uretano. ................................................................... 31

Figura 20. Otro tipo de derivados del Bis-GMA.............................................................................. 31

Figura 21. Isosorbide (1,4:3,6-dianhydrohexitol). ............................................................................. 32

Figura 22. Proceso de obtención del isosorbide. ............................................................................ 33

Figura 23. Estructura del Isosorbide-GMA (ISDGMA). .................................................................... 34

Figura 24. Lámpara dental. .............................................................................................................. 37

Figura 25. Sistema general de reacción para la síntesis de los monómeros acrílicos. .................. 39

Figura 26. Esquema de síntesis para el monómero biobasado Is-UDMA. ................................... 40

Figura 27. Síntesis para el monómero SOC-UDMA. ....................................................................... 41

Figura 28. Síntesis para el monómero SOC-IF-DMA. ..................................................................... 42

Figura 29. Equipo FTIR utilizado para el análisis de la reactividad de los monómeros acrílicos

acoplado con una lámpara dental. .................................................................................................. 49

Figura 30. Molde y preparación de las probetas para la prueba de flexión en tres puntos. ...... 51

Figura 31. Esquema del tensilómetro para la prueba de flexión. ................................................... 51

Figura 32. Molde utilizado para análisis por DMA. ......................................................................... 52

Figura 33. Preparación de muestras para prueba de absorción y solubilidad. ............................. 53

INDICE

viii

Figura 34. Muestras en el proceso de secado. ............................................................................... 54

Figura 35. Equipo y procedimiento para la prueba de encogimiento. .......................................... 55

Figura 36. a) Dientes premolares antes del relleno dental b) Dientes premolares rellenados con

la resina ............................................................................................................................................. 56

Figura 37. a) Dientes teñidos con el azul de metileno b) Dientes con el corte longitudinal

mesio-distal. ...................................................................................................................................... 57

Figura 38. Estructura del monómero Is-UDMA ............................................................................. 59

Figura 39. FTIR del monómero biobasado Is-UDMA. ................................................................... 60

Figura 40. Espectro de 1H RMN del monómero biobasado Is-UDMA. ........................................ 61

Figura 41. Estructura del monómero SOC-UDMA. ......................................................................... 63

Figura 42. FTIR del monómero SOC-UDMA. .................................................................................. 64

Figura 43. Espectro de 1H RMN del monómero SOC-UDMA. ...................................................... 65

Figura 44. Estructura del monómero SOC-IF-UDMA. .................................................................... 66

Figura 45. Espectro infrarrojo del monómero SOC-IF-DMA. ......................................................... 67

Figura 46. Espectro de 1H RMN del monómero SOC-IF-UDMA. .................................................. 68

Figura 47. Conversión del doble enlace con relación al tiempo de irradiación de los compuestos

dentales a base de Bis-GMA / Is-UDMA. ........................................................................................ 71

Figura 48. Conversión del doble enlace en relación al tiempo de irradiación de los compuestos

dentales Bis-GMA / SOC-UDMA. .................................................................................................... 72

Figura 49. Conversión del doble enlace frente al tiempo de irradiación de los compuestos

dentales Bis-GMA / SOC-IF-DMA.................................................................................................... 73

Figura 50. Módulo de los polímeros obtenidos a partir de los compuestos dentales a base de Is-

UDMA / Bis-GMA. ............................................................................................................................ 78

Figura 51. Curvas Tan δ de los polímeros obtenidos de los compuestos dentales a base de Is-

UDMA / Bis-GMA. ............................................................................................................................ 79

Figura 52. Módulo de los polímeros obtenidos a partir de los compuestos dentales a base de

SOC-UDMA / Bis-GMA .................................................................................................................... 80

Figura 53. Curvas Tan δ de los polímeros obtenidos de los compuestos dentales a base de

SOC-UDMA / Bis-GMA. ................................................................................................................... 81

Figura 54. Módulo de los polímeros obtenidos a partir de los compuestos dentales a base de

SOC-IF-DMA / Bis-GMA. .................................................................................................................. 82

Figura 55. Curvas Tan δ de los polímeros obtenidos de los compuestos dentales a base de

SOC-IF-DMA / Bis-GMA. .................................................................................................................. 82

Figura 56. Valores obtenidos de encogimiento para las diferentes formulaciones. ..................... 86

Figura 57. Fotografías representativas obtenidas por el microscopio estereoscopio de las

diferentes formulaciones dentales. .................................................................................................. 87

Figura 58. Gráfica del porciento de viabilidad para los diferentes monómeros como para los

compósitos obtenidos en las diferentes formulaciones dentales. ................................................. 89

INDICE

ix

Índice de Tablas

Tabla 1. Propiedades de polímeros más utilizados en resinas dentales.(Shalaby & Salz 2007) ... 13

Tabla 2. Formulaciones estudiadas a base de Bis-GMA para encontrar la mejor relación de los

componentes principales. ................................................................................................................ 45

Tabla 3. Preparación de los compuestos dentales a base de Is-UDMA / Bis-GMA. .................... 46

Tabla 4. Preparación de las formulaciones dentales a base de SOC-UDMA / Bis-GMA. ............. 47

Tabla 5. Preparación de los compuestos dentales a base de SOC-IFDMA / Bis-GMA. ............... 48

Tabla 6. Resultados obtenidos para la absorción y solubilidad en agua para los monómeros

sintetizados ....................................................................................................................................... 76

Tabla 7. Resultados obtenidos de la resistencia a la flexión para los diferentes monómeros a las

distintas concentraciones. ................................................................................................................ 84

Tabla 8. Valores promedio de microfiltración obtenidos para las diferentes formulaciones

dentales. ............................................................................................................................................ 88

|

0

1. INTRODUCCIÓN

1

1. Introducción

La caries dental es un importante problema de salud oral en la mayoría de los países

industrializados, afectando en un 60-90% de la población siendo en gran parte los

jóvenes menores a 16 años. Actualmente, en México de acuerdo con el Instituto

Mexicano del Seguro Social (IMSS), 9 de cada 10 mexicanos padecen caries por lo que

es necesaria su restauración dental, utilizando materiales sintéticos capaces de resistir

los esfuerzos y deformaciones requeridos para este uso.

1.1 Caries dental

La manifestación temprana de la caries se caracteriza como una destrucción del tejido

del esmalte en los dientes, lo que provoca una desmineralización en la superficie del

diente, a menudo es imperceptible a simple vista ya que se encuentra en forma de

micro fisura entre los dientes. La desprotección del esmalte se extiende en la parte más

suave y sensible del diente, debajo del esmalte (dentina). El esmalte debilitado luego se

derrumba para formar una cavidad y el diente se destruye progresivamente. La caries

también puede atacar las raíces de los dientes si se ven expuestos por la recesión de las

encías, esto es más común en los adultos mayores.

1.2 Causas principales de la caries dental

La caries dental es causada por la acción de ácidos en la superficie del esmalte. El ácido

se produce cuando los azúcares (principalmente sacarosa) en alimentos o bebidas

entran en contacto con las bacterias presentes en la placa dental (biofilm) de la

superficie del diente, produciendo un ácido, lo que conduce a una pérdida de calcio y

fosfato en el esmalte; este proceso se llama desmineralización.

1. INTRODUCCIÓN

2

La saliva juega un papel importante para inhibir la formación de caries, ya que actúa de

manera natural como un diluyente y neutralizador de los ácidos causantes de la

desmineralización del esmalte. La saliva además de actuar como un neutralizador

natural, es capaz de proporcionar un depósito de minerales que ayudan al esmalte a

remineralizarse y sanar las partes dañadas por los ácidos.

Durante el día el esmalte sufre el proceso de remineralización – desmineralización,

cuando el equilibrio se altera y la desmineralización supera a la remineralización la

caries progresa. Cuando este equilibrio se prolonga por meses, la superficie del esmalte

sufre una ruptura que conduce a una cavidad cariada. Estas cavidades pueden causar

serios problemas y complicaciones como pérdida del diente, problemas al masticar,

dientes quebrados e infecciones bucales. Estos problemas se pueden presentar en todo

tipo de personas, incluso en niños que aún no tienen sus dientes permanentes.

1.3 Restauración Dental

Una de las principales opciones para el tratamiento de estas cavidades cariadas es la

restauración, es decir perforar el esmalte afectado por la caries hasta su remoción total,

para posteriormente, colocar algún tipo de relleno en la cavidad.

Para seleccionar el material de obturación más adecuado a la situación clínica que se

presente, es necesario tomar en cuenta varios aspectos en relación a las propiedades

que puedan presentar algunos materiales. Principalmente se opta por biomateriales

capaces de unirse permanentemente a la estructura dentaria, que puedan ser aplicados

directamente en la preparación cavitaria y que tengan el aspecto de los tejidos

naturales.

A lo largo de la historia se han utilizado distintos materiales para llevar a cabo las

restauraciones dentales directas en las cavidades, entre las cuales destacan:

1. INTRODUCCIÓN

3

• Cementos de silicatos

• Amalgamas

• Resinas acrílicas (sin relleno).

• Resinas de dimetacrilato con refuerzos orgánicos (Resinas compuestas o

Composites).

• Cementos de ionómero vítreo de restauración.

En la actualidad sólo se continúan empleando rellenos más eficientes y que han

evolucionado para una mejora continua, como, por ejemplo: las resinas compuestas,

amalgamas y cementos de ionómeros. Los otros tipos de materiales han sido

descontinuados, debido a que han presentado fallas, como alta solubilidad en el medio

bucal que provocaba una desintegración; debido a esto las restauraciones a base de

ionómeros poseen un tiempo de vida muy corto.

Estudios realizados en 2007 (Mitchell et al. 2007) indican que el uso de la resina

compuesta ha superado al uso de la amalgama desde hace más de 10 años, pero la

amalgama sigue siendo en muchos países el material de confianza a la hora de elegir el

procedimiento restaurativo.

Basado en un estudio de mercado del 2011, se llevaron a cabo aproximadamente 500

millones de restauraciones dentales directas en el mundo. De estas, aproximadamente

261 millones con resinas compuestas, seguidas por 236 millones de restauraciones con

amalgama y por último 26 millones con ionómeros (Zochbauer, 2011).

1.4 Requisitos que deben tener las resinas dentales

Los materiales restaurativos son bastante utilizados en la odontología gracias a que se

fabrican con técnicas simples, son estéticos y económicos; al respecto se establece que

lo ideal es que el material tenga compatibilidad biológica, es decir que debe ser

1. INTRODUCCIÓN

4

insípida, inodora, no tóxica, no debe irritar tejidos bucales entre otros y además para

cumplir con estos requisitos debe ser totalmente insoluble en saliva y cualquier otro

fluido.

Algunas características y consideraciones que deben poseer estas resinas se muestran a

continuación:

*Propiedades físicas: Debe tener suficiente dureza, resistencia a la masticación, ser

dimensionalmente estable.

*Manipulación: Debe ser fácil de mezclar, insertar, moldear y curar, su tiempo de

fraguado debe ser corto.

*Propiedades estéticas: Debe ser translúcido o transparente; que se pueda adecuar a la

apariencia de los tejidos orales que reemplaza y sea distinguible de los tejidos dentales

en las radiografías.

*Aspectos económicos: El precio de la resina y método de trabajo deber ser bajo; el

procesamiento no debe requerir el uso de equipos complejos ni caros.

*Estabilidad química: Las condiciones presentes en la cavidad oral, son muy exigentes y

solo los materiales inertes y más estables químicamente pueden resistir dichas

condiciones sin deteriorar.

El presente trabajo de tesis se centra en la obtención de nuevos monómeros que

puedan cubrir con las demandas actuales de los materiales restaurativos dentales. Así

mismo la preparación de los monómeros se llevó a cabo a partir de fuentes naturales

para disminuir la toxicidad en las resinas actuales. Por otra parte, se investigan otros

1. INTRODUCCIÓN

5

monómeros con funcionalidad espiroortocarbonato, con el fin de reducir el

encogimiento que se produce durante la polimerización. Los monómeros dentales

fueron evaluados en conjunto con los diferentes componentes de una resina

compuesta, con el fin de determinar su eficiencia como material restaurativo dental.

|

0

2. ANTECEDENTES

6

2. Antecedentes

La composición de las resinas dentales ha variado significativamente desde que fueron

presentados por primera vez a la odontología a principios del siglo XX. En ese

entonces los únicos materiales que tenían el color del diente y podían ser empleados

como materiales de restauración estética eran principalmente los silicatos; ya que

presentaban un buen coeficiente de variación dimensional térmico muy similar a los

tejidos dentarios, además la presencia de fluoruros resultaba en propiedades

anticariogénicas y su bajo costo representaba una opción viable para ser utilizados

como materiales restaurativos. La principal desventaja que presentan es el desgaste que

sufren al poco tiempo de ser colocados; además de su nula adhesión lo que provoca

microfiltración y pigmentación por lo que se consideran como sistemas de restauración

de corta duración.

A finales de los 40’s, surgieron las “Resinas Acrílicas Sin Relleno”, material que fue muy

aceptado hasta los años 60´s, debido a que eran materiales de origen polimérico,

presentado todas las bondades de los materiales orgánicos y eran mejores que los

silicatos, lamentablemente estos materiales también presentaron grandes desventajas

como la contracción al polimerizar y baja estabilidad térmica, problemas que favorecen

la micro-filtración provocando la caries secundaria. Además de la baja resistencia al

desgaste hicieron de estos materiales que tuvieran poca duración en el mercado.

En el año de 1962 aparecieron las resinas compuestas, también llamadas en aquel

entonces “resinas acrílicas reforzadas” cuyo uso se ha incrementado gradualmente

hasta convertirse en el material más usado para llevar acabo las restauraciones estéticas

dentales. A diferencia de las resinas acrílicas introducidas en 1940, estas resinas fueron

reforzadas incorporando un relleno, con el fin de aumentar las propiedades mecánicas

y disminuir los cambios dimensionales debido a los monómeros acrílicos. Sin embargo,

2. ANTECEDENTES

7

no fue hasta que se introdujo el monómero Bis-GMA cuando estas resinas alcanzaron

auge máximo en el mercado. El Bis-GMA es un monómero que posee un alto peso

molecular a diferencia de las otras resinas comúnmente empleadas. Al monómero, se le

agregaron partículas de relleno inorgánico previamente tratadas con vinil silano, con el

fin de asegurar una buena unión entre ambas fases (orgánica-inorgánica). Debido al

alto peso molecular del monómero y a la incorporación de relleno se logró reducir la

contracción en las restauraciones y elevar la resistencia mecánica, por lo que se dio

inicio a una nueva era en las resinas compuestas.

Los cementos de ionómero vítreo, tuvieron su aparición en 1972 y se utilizan

fundamentalmente para restaurar lesiones cervicales en el diente, normalmente

ocasionadas en el cuello del diente por la presión generada. Sus ventajas principales

son: buena adhesión química al diente y liberación de iones flúor, sin embargo, sus

propiedades mecánicas son bajas.

2.1 Resina dental compuesta (Composito Dental)

Un material compuesto dental es una mezcla heterogénea de varios componentes

(Nocchi Conceição 2008): una matriz orgánica (resinas acrílicas), un relleno inorgánico

(partículas de carga), un silano (agente de unión), un sistema de fotoiniciación

(Iniciadores), pigmentos que permiten obtener el color semejante de los dientes y por

último inhibidores de la polimerización, los cuales alargan la vida de almacenamiento y

aumentan el tiempo de trabajo.

2.1.1 Matriz orgánica

Generalmente la matriz orgánica está constituida por compuestos de tipo dimetacrilato,

Figura 1, los cuales dan lugar a polímeros altamente entrecruzados. Entre otros

podemos mencionar el 2,2-bis [4-(2-hidroxi-3-metacriloiloxipropil)fenil]propano al cual

2. ANTECEDENTES

8

se le conoce generalmente como Bis-GMA, versiones etoxiladas del Bis-GMA como el

EBPDMA, el 1,6-bis-[2-metacriloiloxietoxicarbonil amino]-2,4,4-trimetil hexano, mejor

conocido como UDMA, el dodecanodiol dimetacrilato, (D3MA), el trietilenglicol

dimetacrilato conocido comúnmente como TEGDMA y el bis-metacriloiloximetil triciclo

[5.2.1.02.6] decano al cual se le denomina (TCDMA).

Figura 1. Monómeros más utilizados en materiales compuestos para uso dental.

Desde la aparición del Bis-GMA en los años sesenta, este monómero ha destacado

dentro del mercado de las resinas dentales debido a que se usa entre el 80 y 90 % de

las formulaciones para resinas dentales (Anusavice & Phillips 2004). El Bis-GMA y el

2. ANTECEDENTES

9

UDMA son muy viscosos por consecuencia dificultan la incorporación de la carga a la

matriz, por lo que es necesario agregar diluyentes a base de dimetacrílatos para darle

más fluidez al sistema y facilitar su manipulación en la clínica. Los diluyentes más

comunes son el TEG-DMA y EDMA, sin embargo, su empleo promueve más la

contracción en la polimerización de las resinas compuestas, recomendando su uso en

bajas concentraciones.

2.1.2 Partículas de carga (Relleno)

Las partículas de carga poseen un papel importante dentro de las resinas dentales ya

que éstas proporcionan estabilidad dimensional a la matriz polimérica y mejoran sus

propiedades. La adición de relleno a la matriz ayuda a reducir la contracción durante la

polimerización o curado, la absorción de agua y el coeficiente de expansión térmica,

proporcionando un aumento de la resistencia a la tensión, a la compresión y a la

abrasión, aumentando el módulo de elasticidad, es decir rigidez. (McCabe & Kagi 1991).

De los rellenos usados destacan: el cuarzo, feldespato, caolín, talco, boro silicatos, oxido

de titanio, sílica (SiO2) y algunos derivados de estaño (Sn), estroncio (Zr), aluminio (Al),

bario (Ba), cesio (Ce), cinc (Zn) y antimonio (Sb). Los cuales se utilizan en

concentraciones desde 10 hasta 90% en peso. Para formulaciones dentales el relleno

más usado es sílica (SiO2), el cual puede ser usando como microsílica en un rango de

31.12 a 62.24 % en peso y también se usa como nanosílica en una relación de 3 a 20 %

en peso.

Algunos otros rellenos más comunes son los de cuarzo o vidrio de bario y son

obtenidos de diferentes tamaños a través de diferentes procesos de fabricación

(pulverización, trituración, molido). Las partículas de cuarzo son dos veces más duras y

menos susceptibles a la erosión, que el vidrio, además de que proporcionan mejor

2. ANTECEDENTES

10

adhesión con los agentes de conexión como los silanos. También son utilizadas

partículas de sílice de un tamaño aproximado de 0.04 µm (micropartículas), las cuales

son obtenidas a través de procesos pirolíticos (quema) o de precipitación, sílice coloidal,

(Martínez Rus et al. 2007). La tendencia actual es la disminución del tamaño de las

partículas, haciendo que la distribución sea lo más cercana posible, en torno a 0.05 µm

(Sabbagh et al. 2004).

2.1.3 Agente de unión a base de sílanos

Para conseguir una mejor compatibilidad entre la matriz-carga, es necesario que las

partículas de carga estén unidas de manera estable a la matriz.

Los sílanos son compuestos que tienen la capacidad de unirse químicamente tanto a la

la matriz orgánica como a la carga, proporcionando una interface adhesiva muy sólida

y confiable. El sílano comúnmente usado en formulaciones dentales y que fue

reportado por Matinlinna en 2007, es el metacril-oxipropil trimetoxisilano (MPS) el cual

se muestra en la Figura 2 (Matinlinna & Vallittu 2007), esté compuesto al hidrolizarse

mediante puentes de hidrógeno se une a las partículas de relleno y por otro extremo su

estructura posee grupos metacrilatos los cuales forman enlaces covalentes con la matriz

durante la reacción de fotopolimerización.

Figura 2. Agente de unión3-metacriloxipropil trimetoxisilano (TMPS).

2. ANTECEDENTES

11

Es importante resaltar que cuanto mayor sea la incorporación de relleno a la matriz

orgánica, mejores serán las propiedades de la resina, ya que produce menor

contracción en la polimerización y en consecuencia una baja filtración a través de

grietas marginales, argumento en el cual se basa el surgimiento de las resinas

condensables. (Willems et al. 1993)

2.1.4 Iniciadores

Son agentes que cuando se activan desencadenan la reacción de fotopolimerización en

las resinas compuestas mediante un mecanismo de formación de radicales libres donde

se da lugar a una iniciación, propagación y terminación.

La mayoría de los materiales compuestos para restauraciones dentales, se curan o

fotopolimerizan con luz visible en el intervalo de 400-500 nm. La mayoría de estos

materiales utiliza canforquinona (CQ) como fotoiniciador, la cual presenta un máximo

de absorción a 468 nm. Como coiniciadores o aceleradores se usan aminas, el más

comúnmente usado es el p-dimetilamino benzoato de etilo (DEAB), un sólido cuya

estructura se muestra en la Figura 3. En esta misma figura se muestran otros iniciadores

que también son utilizados. En este caso la iniciación se produce por transferencia de

electrón y de protón.

2. ANTECEDENTES

12

Figura 3. Estructuras químicas de fotoiniciadores usados en resinas dentales.

2.2 Propiedades de las resinas dentales

Las resinas compuestas deben poseer ciertas propiedades, las cuales brinden seguridad

y estabilidad, en este caso que asimilen a las propiedades físicas de un diente. Entre las

propiedades más importantes se mencionan las siguientes:

• Resistencia al desgaste

• Resistencia a la compresión y

tensión

• Coeficiente de expansión térmica

• Textura superficial

• Sorción acuosa (adsorción y

absorción)

• Resistencia a la fractura

• Módulo de elasticidad

• Estabilidad de color

• Radio opacidad

• Contracción de polimerización

Actualmente las resinas más utilizadas muestran las siguientes propiedades según la

literatura y que se presentan en la Tabla 1.

2. ANTECEDENTES

13

Tabla 1. Propiedades de polímeros más utilizados en resinas dentales. (Shalaby & Salz 2007)

Monómero PM (g/mol) Viscosidad

mPas

%

Conversión

de dobles

enlaces

Cambio de

Volumen

ΔV (%)

TEGDMA 286 100 68.2 -14.3

TCDMA 332 110 - -7.1

UDMA 470 5000-10000 65 -6.7

Bis-GMA 512 5x105- 8x105 41.7 -6.1

2.3 Clasificación de resinas

Las resinas compuestas se pueden clasificar en función de diversos parámetros, entre las que

más destacan son por su tamaño de partícula, la forma de activación (iniciación) y su viscosidad.

Entre las resinas dentales más utilizadas se encuentran las resinas epoxi-acrílicas. El 85%

de éstas, son derivadas del monómero diglicidil éter del bisfenol A (Bis-GMA). A pesar

de ser ampliamente utilizadas tienen ciertas deficiencias, entre las cuales se

mencionanan: a) alta viscosidad del Bis-GMA, lo que requiere el uso de un co-

monómero (reactivo diluyente) de más baja viscosidad, que facilita su manejo y

aplicación, b) moderada absorción de agua, lo que altera las propiedades del material

compuesto a largo plazo, c) un carácter aromático que pone en duda su toxicidad, d)

niveles de contracción volumétrica entre 3-6% que ocasionan problemas de caries

recurrente debido a que el estrés producido por -la contracción, que a su vez provoca

que la resina dental se desprenda parcialmente de la cavidad dental, originando micro

conductos entre el diente y la resina dental provocando que facilite el ingreso de

residuos de alimentos o bebidas que conducen a la formación de caries secundarias.

2. ANTECEDENTES

14

2.4 Fotopolimerización

Para poder comprender de una mejor manera como se lleva a cabo la

fotopolimerización en resinas dentales hay que considerar los procesos básicos de la

fotoquímica, la cual ha tenido un gran desarrollo en los últimos treinta años.

2.4.1 Ventajas de la fotopolimerización

Se ha demostrado que las fotopolimerizaciones en resinas dentales, presentan diversas

ventajas sobre las polimerizaciones tradicionales, siendo una, los costos, que son

relativamente bajos, debido a que es mínima la energía de las lámparas requeridas para

su funcionamiento o fotocurado. Otra de sus ventajas, es la nula contaminación al

ambiente durante su procedimiento, ya que las polimerizaciones tradicionales necesitan

de compuestos orgánicos volátiles para llevar a cabo su polimerización, resultando ser

muy dañino. Cabe resaltar que las fotopolimerizaciones no requieren de ningún tipo de

disolventes, ya que polímero es obtenido a partir de la irradiación y el efecto de los

iniciadores presentes (Fouassier 2006; Abadie & Yu Voytekunas 2004). Un esquema del

proceso de fotopolimerización se presenta en la Figura 4.

Figura 4. Esquema de fotopolimerización (FI= Fotoiniciador)

Existen aplicaciones industriales de la fotopolimerización en diversos sectores.

Principalmente encontramos en los recubrimientos, revestimiento, artes gráficas, micro

y nanoelectrónica, compuestos dentales y compositos.

Las fotopolimerizaciones se pueden clasificar principalmente en dos categorías:

2. ANTECEDENTES

15

• Fotopolimerizaciones por radicales libres

• Fotopolimerizaciones catiónicas

2.4.2 Fotopolimerización por radicales libres

Las fotopolimerizaciones radicálicas, se han estudiado ampliamente y en la actualidad

son las que mayor participación tienen dentro de la industria de los recubrimientos

fotocurables, así como en electrónica. Generalmente usan monómeros del tipo acrílicos

y vinílicos. Los iniciadores para este tipo de fotopolimerizaciones son compuestos

químicos generalmente del tipo cetona aromática que absorben luz UV y generan

radicales libres al fotolizarse. Estos radicales libres primarios, al estar en contacto con

monómeros con dobles enlaces generan una reacción en cadena de polimerización.

De acuerdo a los mecanismos mediante los cuales se forman los radicales iniciadores,

Allen y colaboradores clasificaron a los fotoiniciadores de tipo radical en dos clases

(Allen 1996):

Tipo I. Fotoiniciadores que sufren una división de enlace unimolecular bajo

irradiación para producir radicales libres.

Tipo II: Fotoiniciadores que sufren una reacción bimolecular donde los

fotoiniciadores en su estado excitado interactúan con una segunda molécula (un

coiniciador) para generar radicales libres.

Los fotoiniciadores radicalícos por fragmentación (Tipo I), son compuestos cetoalquil

aromáticos, los cuales al ser irradiados con luz UV sufren la hemólisis del enlace β al

carbonilo para generar un radical benzoilo, que es el responsable de la iniciación de la

fotopolimerización radicálica y que se representa mediante la Figura 5.

2. ANTECEDENTES

16

C

O

C

OMe

OMe

hC

O

C

OMe

OMe

+. .

Fotoiniciadores de fragmentaciónFigura 5. Generación de radicales libres primarios debido al fotólisis de los fotoiniciadores tipo I

por la acción de la luz UV.

En los sistemas bimoleculares de fotoiniciación (Tipo II, Figura 6), se usan cetonas

aromáticas como la benzofenona, tioxantona, cumarinas, canforquinona y otras, las

cuales al ser irradiadas con luz UV generan un biradical cetilo, que es altamente reactivo

y capaz de extraer hidrógenos lábiles de un segundo compuesto, ya sea un alcohol

secundario como el isopropanol o aminas terciarias con hidrógenos unidos al átomo de

nitrógeno. Una vez que se extrae el átomo de hidrógeno se genera un radical

secundario, el cual es la especie que inicia la polimerización radicálica. Estos sistemas se

ven afectados por la viscosidad, ya que es necesario que ambas especies tengan

movilidad. Este tipo de sistemas son menos eficientes que aquellos que operan a través

del mecanismo por fragmentación.

Figura 6. Mecanismo de acción de los fotoiniciadores tipo II.

C

Oh

C

O

.

.

diradical cet ilo

+ N CH

H

CH3

(CH2CH3)2

C

OH

. + N CH CH3

(CH2CH3)2

.

monómero

polímero

sistema bimolecular de fotoiniciación

2. ANTECEDENTES

17

Una vez que se generan los radicales primarios, la polimerización se da de la misma

manera que una polimerización clásica, con los pasos de propagación y terminación. En

la Figura 7 se muestra el esquema de una polimerización radicálica, (Odian 2004)

donde una vez que se generan los radicales a partir del fotoiniciador, estos reaccionan

con el compuesto insaturado para generar un macro-radical, este a su vez puede

reaccionar con una nueva molécula de monómero para generar una especie

propagante y la terminación de la polimerización se da cuando la concentración de

radicales libres es muy alta y empiezan a reaccionar entre sí, desactivando de esta

manera el proceso de propagación.

Figura 7. Mecanismo de un fotopolimerización radicálica.

2. ANTECEDENTES

18

2.4.3 Fotopolimerización en resinas dentales

La fotopolimerización se induce por irradiación con lámparas de halógeno, que emiten

luz en el intervalo de 380-500 nm (Davidson & de Gee 2000). Actualmente se usan

lámparas de tipo LED con luz azul y también lámparas de arco de plasma (Peutzfeldt et

al. 2000). El endurecimiento en el material dental resulta de las reacciones de

polimerización de los monómeros dimetacrílato especialmente del entrecruzamiento

que ocurre durante la polimerización.

Sin embargo, todas las polimerizaciones están acompañadas por un fenómeno llamado

contracción, que se refiere a un cambio volumétrico al pasar de monómero a polímero,

el cual puede perjudicar su desempeño según la aplicación requerida. A continuación,

se explica el fenómeno de la contracción durante la polimerización.

2.5 Contracción en polimerizaciones (Estrés)

El encogimiento durante la fotopolimerización es un fenómeno muy complejo, donde

ocurre un cambio dimensional durante la transformación de moléculas pequeñas de

bajo peso molecular (monómeros) en moléculas grandes tridimensionales de alto peso

molecular (polímeros). Este cambio volumétrico se lleva a cabo por las distancias

intramoleculares en el monómero que pasa desde la distancia de Van de Walls 2.4 Ǻ a

una distancia covalente en el polímero formado de 1.54 Ǻ. Esta contracción se produce

en el orden de 1.5 - 5% (Ferracane et al. 2005) se determina por la conversión de

dobles enlaces presentes en los monómeros, así como por el tamaño de las moléculas

(Alvarez-Gayosso 2004) . Se ha calculado que esta distancia de Van der Waals entre las

moléculas de monómero es tres veces más grande que la distancia del doble enlace

(van Krevelen 1997), esto se representa en la Figura 8.

2. ANTECEDENTES

19

Figura 8. Cambios en las distancias de enlaces durante una polimerización.

La contracción de las resinas es un problema importante en la restauración dental ya

que causa que el diente quede expuesto a problemas de caries recurrente (Davidson &

Feilzer 1997).

2.5.1 La contracción en resinas dentales

La fotopolimerización de una resina dental va acompañada de un cambio dimensional

que resulta en encogimiento.

La contracción durante la fotopolimerización es considerada como uno de los

principales inconvenientes en cuanto a la aplicación de resinas dentales. Debido a que

las resinas llegan a desproteger, a causa de la contracción, la zona que inicialmente

estaba cubierta, produciendo microfiltraciones entre las interfaces del diente y resina

que posteriormente pueden originar caries recurrente y manchas marginales.

Hoy en día no existe un método que asegure un sellado completo en las restauraciones

dentales. Sin embargo, se han realizado diferentes intentos para poder tratar de

comprender el complejo fenómeno de contracción-estrés, generado durante la

polimerización, específicamente en resinas dentales de las cuales dependen tres

factores principales: composición de la resina dental, propiedades de los materiales y

condiciones de restauración en la cavidad.

Distancia Van der Waals

0.340 nm

Distancia Enlace covalente

R-R (0.154 nm)

2. ANTECEDENTES

20

La composición de la resina. La resina dental es una combinación de partículas

inorgánicas (micro/nano) inmersas en una matriz orgánica, las cuales están unidas por

un agente de acoplamiento de tipo silano. La composición química de la resina

orgánica (matriz) es en gran parte la responsable de la magnitud de la contracción en la

resina dental. Un compuesto formulado con una matriz orgánica de alto peso

molecular (Mw) dará lugar a compuestos con menor contracción y a la inversa, una

matriz con bajo peso molecular conducirá a una mayor contracción.

Propiedades físicas de los materiales. La mayoría de los autores consideran algunas

propiedades físicas como cruciales sobre la magnitud del estrés y encogimiento en una

resina dental. Hay tres propiedades, principales, entre las cuales destacan: módulo

elástico (rigidez), grado de conversión de dobles enlaces y cambio volumétrico

(contracción volumétrica). Al mismo tiempo, estas propiedades están correlacionadas

entre sí, por lo que resulta difícil de identificar y conocer la contribución de cada una de

ellas sobre el estrés y contracción final en la resina dental. Por ejemplo, para el caso de

cuando una resina presenta un alto nivel de conversión del doble enlace (C=C), esto

dará lugar a un aumento del módulo elástico, debido a una mayor cantidad de

unidades que forman el polímero final, mayor entrecruzamiento, como consecuencia

más área rígida. Sin embargo, la contracción también aumentará debido al alto nivel de

conversión, a partir de la formación de los nuevos enlaces covalentes.

Condiciones de margen en la cavidad para restaurar. Este factor va acompañado de la

cantidad de material utilizado y puede variar según la situación clínica y la cantidad de

caries eliminada, es decir del tamaño y forma de la cavidad. De acuerdo con la

literatura, el "Factor C" corresponde a la proporción de cubrir y descubrir áreas de

paredes entre los dientes y la restauración, en mayores cantidades de áreas de

cobertura, mayor es el nivel de estrés (Feilzer et al. 1987).

2. ANTECEDENTES

21

El proceso de la contracción es un proceso complejo, en el cual se generan fuerzas

internas en la estructura del material que se transforman en tensiones cuando el

material está adherido a las superficies dentarias. Estas tensiones, a su vez producen

microfallas y microfracturas, lo que propicia una disminución de las propiedades

mecánicas. En los materiales compuestos dentales, el problema más serio que ocasiona

el encogimiento, es que la resina implantada no queda adherida por completo a la

superficie de la pieza dental, lo que conduce a microfiltración marginal en la pieza

restaurada, esto se representa como muestra la Figura 9.

Figura 9. Efectos del encogimiento sobre materiales dentales.

Las tensiones generadas en la superficie dental pueden provocar:

• Deformación externa del material sin afectar la interface adhesiva.

• Brechas en la interface diente-restauración

• Fractura cohesiva del material restaurador

• Filtración de bebidas o alimentos

• Caries secundaria

2. ANTECEDENTES

22

Las tendencias actuales en investigaciones para resinas dentales, es tratar de usar

monómeros que polimerizan con apertura de anillo, al reaccionar entre sí, cuando se

abran y se extienden para generar una cadena polimérica más larga.

2.6 Monómeros cíclicos para polimerizaciones por apertura de anillo.

Una polimerización por apertura de anillo, es cuando un monómero cíclico se convierte

en un polímero el cual ya no contiene esos ciclos, es decir el anillo se abre y se junta

con otro monómero cíclico el cual también es abierto, estas aperturas provocan en la

mayoría de los casos una expansión a lo largo de la cadena tal como se observa en la

Figura 10. (Billmeyer 2004)

Figura 10. Polimerización por apertura de anillo.

Como se aprecia en la Figura 10, los monómeros cíclicos por apertura de anillo

producen menos contracción que aquellos monómeros lineales. Estos monómeros

están directamente influenciados por el tipo de anillo, es decir por el tamaño, número

de anillos que estén presentes en el esqueleto del monómero y efecto del anillo en la

apertura del mismo. Podemos decir que entre más grande sea al anillo, más pequeña

será la contracción. Existen varios tipos de monómeros cíclicos siendo uno de ellos los

espiroortocarbonatos.

2. ANTECEDENTES

23

2.6.1 Fotopolimerizaciones catiónicas.

Este tipo de reacciones pueden ser consideradas como vivientes y no se ven inhibidas

por el oxígeno como las de tipo radical. Además, los monómeros utilizados en estas

polimerizaciones no son tan tóxicos, volátiles o irritantes como los monómeros

polimerizables por radicales libres. Las fotopolimerizaciones catiónicas, se inician

mediante la generación in situ o mediante la adición de un ácido de Lewis o un ácido

fuerte de Brønsted a monómeros polimerizables catiónicamente como los epóxidos,

vinil éteres y compuestos heterocíclicos. (Nalwa 2003) A mediados de los 70´s,

investigadores de las empresas GE (J Crivello 1979) y 3M (Smith 1975) encontraron que

las sales de diarilidonio y triarilsulfonio podían actuar como catalizadores de la

fotopolimerización de monómeros polimerizables catiónicamente. Este logro tuvo

amplias repercusiones tanto a nivel industrial como científico ya que de esta manera fue

posible polimerizar formulaciones principalmente de monómeros epóxicos, a partir de

sales de iodonio. Una vez que éstas eran irradiadas con luz UV, la propagación ocurría

de manera rápida y controlada. Las sales de diarilyodonio pueden iniciar la

polimerización catiónica de monómeros epóxicos en virtud de su habilidad de generar

súper ácidos de tipo Brønsted al ser fotolizadas. Al realizarse estudios de fotólisis de las

sales de diarilyodonio se postuló el mecanismo que se presenta en el esquema de la

Figura 11 (Dektar & Hacker 1990)(Crivello 1999).

2. ANTECEDENTES

24

Figura 11. Mecanismo de fotopolimerización catiónica usando sales de diarilyodonio.

Al absorber la luz de longitudes de onda entre 190 y 400 nm la sal de diarilyodonio

pasa a un estado excitado a partir del cual pueden suceder dos tipos de eventos:

desactivación del estado excitado por transferencia de energía a un segundo

compuesto y/o reacción química. En este último evento, la sal de diarilyodonio puede

sufrir la ruptura tanto homolítica como heterolítica del enlace C-I, generando un

radical-catión en el primer caso y un catión arenio en el segundo. Las especies

catiónicas reaccionan inmediatamente con el solvente o el monómero para generar un

ácido de Brønsted. Una vez que se genera el ácido, éste es capaz de protonar una

molécula de monómero en una reacción “obscura”. El subsiguiente ataque de nuevas

moléculas de monómero resulta en la formación de polímero.

En términos del tipo de monómeros que pueden ser polimerizados, la

fotopolimerización catiónica es la más versátil de las polimerizaciones por adición. La

cantidad de monómeros polimerizables por un mecanismo catiónico abarca

polimerizaciones vinílicas y de apertura de anillo, esto permite la síntesis de una amplia

variedad de monómeros con heteroátomos en la cadena principal. Todos los tipos de

Ar2I+MtXn

- hAr2I

+MtXn

- * Ar .+ MtXn-+ Ar .

Ar+

MtXn-+ ArI

ArI+MtXn-

Ar+

Ar+MtXn-+.Ar

HMtXn

HMtXn + O O+

H

O+

H + OnO

+ O Hn

solvente

monomero

o

2. ANTECEDENTES

25

monómeros cationicamente polimerizables pueden ser fotopolimerizados con

fotoiniciadores catiónicos.

2.6.2 Monómeros expandibles de tipo espiroortocarbonato

El descubrimiento de que los compuestos denominados espiroortocarbonatos

polimerizaban con expansión de volumen, propició numerosas investigaciones

tendientes a reducir el encogimiento en recubrimientos, materiales compuestos y

resinas dentales.

Los espiroortocarbonatos (SOCs por sus siglas en inglés que significan Spiro Ortho

Carbonate), son compuestos en los cuales se tiene un carbono cuaternario unido a

cuatro átomos de oxígeno y este carbono es común a dos anillos (ver Figura 12).

Figura 12. Estructura básica de los espiroortocarbonatos.

La expansión que se produce al polimerizar estos compuestos se debe a la doble

apertura de anillo resultando en el rompimiento de dos enlaces covalentes para formar

un nuevo enlace, formando un poliéter carbonato.

La Figura 13, muestra que existen dos procesos los cuales podrían conducir a la

contracción del polímero; un enlace pasa de una distancia de Van der Waals a una

distancia de enlace covalente y otro enlace pasa de un enlace simple a uno doble. Esta

contracción se ve balanceada por los dos enlaces que pasan de la distancia de enlace

2. ANTECEDENTES

26

covalente a una distancia cercana a la de Van der Waals en el polímero final (Bailey

n.d.).

O O

O

R Distancia de

Van der WaalsEnlace Covalente

Enlace SencilloEnlace Covalente

O O

O

REnlace CovalenteDistancia de

Van der Waals

Doble Enlace

Distancia de Van der Waals

O

Figura 13. Ruptura de enlace covalente C-O y formación de los dobles enlaces y Van der Waals

presentes en la fotopolimerización del monómero 1,4,6- trioxaespiro [4,4] nonano.

Para que se dé una polimerización con un cambio positivo en volumen o cero

encogimiento, se mencionan ciertos requerimientos que deben cumplir los monómeros

cíclicos espiro, tales como:

o Los anillos han de tener como mínimo un átomo en común.

o Cada anillo ha de contener como mínimo un heteroátomo.

o Los anillos no se han de abrir simétricamente.

Existen investigaciones en el área de restauraciones dentales en las cuales se trató de

obtener una matriz homogénea entre SOCs y Bis-GMA, pero esto no se logró, debido a

la polimerización incompleta del SOC (Thompson et al. 1979). Sin embargo, otros

estudios reportaron que era posible obtener mezclas más homogéneas con otros SOCs

y Bis-GMA (Stansbury 1992). Posteriormente Byerley y colaboradores estudiaron la

fotopolimerización catiónica de SOCs alicíclicos y su uso potencial en materiales

dentales, estos compuestos alicíclicos incluyen isómeros configuracionales que incluyen

los isómeros cis/cis, cis/trans y trans/trans del 2,3,8,9-di(tetrametilen 1,5,7,11-tetraoxo

[5.5] espiro undecano como se muestra en la Figura 14, logrando que estos SOCs al

2. ANTECEDENTES

27

polimerizar alcanzan un nivel de expansión de 3.5 % durante la homopolimerización de

los mismos (Byerley et al. 1992).

Figura 14. Isómeros SOC estudiados por Byerley.

De los primeros trabajos reportados en resinas dentales empleando los

espiroortocarbonatos, reportado por Thompson, está el compuesto (3,9-dimetilen-

1,5,7,1 1-tetraoxaespiro [5.5] undecano) que se muestra en la Figura 15, éste compuesto,

fue utilizado como aditivo en las formulaciones a base de Bis-GMA y TEGDMA, lo cual

dió mejoras de las propiedades fisicomecánicas, debido a la reducción del

encogimiento durante el curado (Thompson et al. 1979).

Figura 15. Monómero tipo espiroortocarbonato con dobles enlaces exocíclicos, sintetizado por

Thomsom.

2. ANTECEDENTES

28

Otras investigaciones han reportado otros tipos de espiroortocarbonatos con dobles

enlaces exocíclicos, (Stansbury & Bailey 1990) donde fue estudiada la efectividad de

estos compuestos como agentes de antiencogimiento de diferentes SOCs en resinas

dentales. Sin embargo, estos estudios concluyeron que los SOCs solo polimerizaban

por el doble enlace y no por la apertura del anillo biciclo.

Figura 16. SOCs con dobles enlaces exocíclicos sintetizados por Stanbury.

Recientemente Acosta y colaboradores prepararon un SOC de 5 y 6 miembros con

dobles enlaces (SOC-DA) tal como se presenta en la Figura 17 (Acosta Ortiz et al. 2013).

El SOC-DA se utilizó como aditivo en formulaciones dentales a base de Bis-GMA-

UDMA-TEGDMA y en este estudio, la apertura del anillo SOC fue catalizada por una sal

de diariliodonio, reportando una disminución de hasta un 50% en encogimiento en el

polímero obtenido, además de observar un efecto positivo incrementando el porciento

la conversión en los monómeros, cuando se midió la reactividad en tiempo real por

espectroscopia FTIR.

2. ANTECEDENTES

29

Figura 17. SOCs con grupos alílicos sintetizados por Acosta y colaboradores.

Otros componentes dentro de las formulaciones dentales es el co-monómero TEDGMA

(diluyente) que causa mutaciones genéticas in vitro, según lo reportado por (Schweikl et

al. 2006). Así mismo se ha encontrado que la saliva humana puede hidrolizar (Finer &

Santerre 2004) o degradar monómeros tipo metacrílatos y otros del tipo Bis-GMA

modificado (Hagio et al. 2006).

Como todos los materiales que se usan en la actualidad, las resinas acrílicas son

materiales biocompatibles. Sin embargo, como casi todos ellos, tienen un problema de

biocompatibilidad que consiste en la acción estrogénica que puede tener el Bisfenol A

que forma parte del BIS-GMA. También la abrasión y erosión provocan la liberación de

sustancias, tales como monómeros no polimerizados a los cuales se les pueden atribuir

algunos otros efectos como: inflamación en los tejidos blandos, algunos efectos

microbianos que podrían contribuir indirectamente a la caries recurrente e irritación de

la pulpa.

Por estas razones, las nuevas investigaciones en el área de las resinas dentales están

enfocadas a sintetizar nuevos monómeros que puedan sustituir al Bis-GMA como

matriz en la resina compuesta, los cuales no muestren algún tipo de riesgo a la salud

(baja toxicidad) o de ser posible producir materias primas que provengan de fuentes

naturales.

2. ANTECEDENTES

30

2.7 Nuevos monómeros para resina dentales

Actualmente el desarrollo de nuevos monómeros, está enfocado a tratar de resolver

algunos de los principales defectos en las resinas compuestas ya mencionados

previamente. Desde que Bowen, introdujo el Bis-GMA, actualmente ha sido el principal

monómero usado en resinas compuestas desde los 60ś hasta la fecha. El Bis-GMA y sus

derivados han sido centro de estudio en recientes investigaciones.

Algunos nuevos monómeros propuestos en años recientes, la mayoría de ellos

derivados del Bis-GMA son estudiados con base a la estructura de la Figura 18.

Figura 18. Derivados del Bis-GMA.

Dónde: R1 pueden ser distintos grupos funcionales como uretanos (Khatri et al. 2003),

como lo muestra la Figura 19, los cuales sustituyen al grupo OH del Bis-GMA mediante

la reacción de isocianatos n-alquilos con el Bis-GMA, usando el dilaurato de dibutil

estaño como catalizador. Estos uretanos pueden poseer diferentes longitudes de

cadena y poseer los grupos acrilatos en la posición terminal en la molécula (Academy

2009) (Figura 19). Este tipo de monómeros con uretanos a partir del Bis-GMA

modificado, fueron estudiados en diversos aspectos como: la contracción volumétrica,

la absorción de agua, el grado de conversión del doble enlace, el índice de refracción y

la viscosidad de los monómeros obtenidos. Sin embargo, los uretanos fueron menos

viscosos comparados con la viscosidad que presenta el BIS-GMA, pero en las

fotopolimerizaciones de los nuevos monómeros modificados, las conversiones

resultaron ser un poco más altas para el doble enlace vinílico, también los polímeros

2. ANTECEDENTES

31

obtenidos presentaron baja contracción y en cuanto a las propiedades de flexión

resultaron ser menores comparadas a las del Bis-GMA.

Figura 19. Bis-GMA modificado con grupos uretano.

En la Figura 18, (n) también se puede variar las longitudes de cadena (Andreani et al.

2013) que pueden presentar los monómeros. Y A, pueden ser grupos como el sulfonilo

o fenilos que sustituyan a un metilo, y de igual forma se pueden introducir los grupos

acrilatos a los anillos aromáticos (Jing et al. n.d.).

También existen otros derivados del Bis-GMA y son aquellos que únicamente

mantienen la parte de los acrilatos como grupos terminales, sin embargo éstos, ya no

poseen la parte del Bis-fenol, tal como se muestra en la Figura 20.

Figura 20. Otro derivados del Bis-GMA.

La letra B, en la Figura 20, se ha reportado que puede contener compuestos triazenos y

nitrobencenos metacrilados con el fin de ser utilizados en el ámbito dental (Gaud, Roug,

Gnanou, & Desvergne, 2012). Otros sustituyentes de esta misma figura, también

reportados para R, son grupos uretanos que pueden ser cíclicos o alifáticos (Khatri et al.

2. ANTECEDENTES

32

2003) o parcialmente aromáticos (Moszner et al. 2008), otros son algunos olígomeros

uretanos dimetacrilados y sales de amonio cuaternarias (Buruiana, Melinte, et al. 2009).

Nuevos productos químicos de origen biobasado como los carbohidratos se pueden

utilizar como base para producir nuevos monómeros, polímeros y aditivos para

plásticos de uso comercial y la industria. Un ejemplo de estos carbohidratos es el

Isosorbide, el cual tiene varias ventajas y químicamente resulta ser atractivo.

2.7.1 Isosorbide

El Isosorbide, es un compuesto heterocíclico derivado de la glucosa, también conocido

como 1,4:3,6-dianhidro-D-glucitol y 1,4:3,6-dianhidro-D-sorbit, el cual se muestra en la

Figura 21.

Figura 21. Isosorbide (1,4:3,6-dianhydrohexitol).

El compuesto isosorbide posee dos grupos hidroxilos secundarios en las posiciones 2- y

5-, fue reportado por primera vez en el año 1927 y fue hasta en 1946 que se demostró

evidencia de su estructura química (Hockett et al. 1946). Es un sólido incoloro con un

peso molecular de 146.14 g-mol-1 (C6H10O4), cuyo punto de fusión es de 60-63 °C.

2. ANTECEDENTES

33

2.7.2 Síntesis del Isosorbide

La producción del isosorbide proviene de la biomasa renovable, la cual consiste en

varios pasos de síntesis que incluyen diferentes intermediarios de reacción, como se

muestra en el esquema de la Figura 22. Se pueden emplear distintos polisacáridos para

la obtención de la glucosa, la cual se hace reaccionar mediante una hidrogenación para

la obtención del sorbitol, después el sorbitol es sometido a una doble deshidratación

catalítica para finalmente obtener el isosorbide.

Figura 22. Proceso de obtención del isosorbide.

En la actualidad el isosorbide y todos sus intermediarios se encuentran disponibles

comercialmente hablando. De tal forma que el isosorbide se encuentra ampliamente

disponible a bajo costo, además su alta estabilidad y dos grupos funcionales hidroxilo

en su estructura que le permiten ser químicamente modificados, lo cual resulta ser una

plataforma para preparar distintos tipos de compuestos a través de reacciones de

esterificación o eterificación. Por otra parte, los grupos funcionales hidroxilo pueden

servir de plataforma para una gran variedad de monómeros, tal es el caso que puede

incorporar una gran variedad de monómeros como: policarbonatos (BRACK HANS-

2. ANTECEDENTES

34

PETER [CH]; 2009) o poliésteres, poliéter-uretano (Beldi et al. 2007), poliésteres,

poliesteramidas (Keigo Aoi 202AD) y poliésteres quirales.

Hoy en día, ciertos derivados del isosorbide están disponibles comercialmente y han

ganado importancia en distintas aplicaciones. Cabe mencionar el mono y dinitrato de

isosorbide en el campo de la medicina, que es empleado como vaso dilatador, es decir,

relaja los vasos sanguíneos e incrementa el suministro de sangre y oxígeno al corazón.

En el 2013, Jan Łukaszczyk y Bartosz Janicki introdujeron en el Isosorbide-GMA

(ISDGMA, Figura 23), el cual posee alto potencial para ser usado como sustituyente del

Bis-GMA, sin embargo, en cuanto a propiedades como viscosidad, módulo elástico y

densidad, resultaron ser ligeramente menores a las que presenta el Bis-GMA. El

ISDGMA en cuanto al encogimiento reporta un valor de 11%, mientras que el Bis-GMA

posee un 13% y en cuanto el porciento conversión de los dobles enlaces fue mayor el

del ISDGMA.

Figura 23. Estructura del Isosorbide-GMA (ISDGMA).

Las propiedades mecánicas resultaron estar por debajo del valor de referencia, por lo

cual la tendencia sería encontrar materiales que ayuden a fortalecer las propiedades

tanto físicas como mecánicas del Isosorbide, es decir mejorar las propiedades de un

material que provenga de fuentes renovables. Como es el caso de los isocianatos, los

cuales al ser fotopolimerizados podrían aportar materiales con excelentes propiedades

físicas y mecánicas.

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0

3. OBJETIVO, JUSTIFICACIÓN E HIPÓTESIS

34

3. Objetivos, Justificación e Hipótesis

3.1 Objetivo principal

Preparar nuevas formulaciones para resinas dentales, mediante la síntesis de nuevos

monómeros provenientes de una fuente natural como el isosorbide y compuestos tipo

espiroortocarbonato y evaluar su efectividad como material restaurativo dental.

3.1.1 Objetivos Secundarios:

• Obtener tres nuevos monómeros de tipo uretano dimetacrilato, a partir del

isosorbide y compuestos tipo espiroortocarbonato, con el fin de sustituir al Bis-

GMA como monómero principal en una resina dental.

• Determinar la reactividad de los nuevos monómeros por medio de

espectroscopia de FT IR en tiempo real.

• Obtener nuevas formulaciones dentales, usando como matriz los nuevos

monómeros acrílicos sintetizados, usando nano y microsílica como relleno, como

fotoiniciador la canforquinona y el 3- mercapto propil acrilato trimetoxisilano como

agente de acoplamiento, en los nuevos compositos dentales.

• Evaluar su desempeño como material restaurativo dental, mediante pruebas de

absorción y solubilidad en agua, además propiedades mecánicas y viscoelásticas

de los materiales compuestos obtenidos a partir de los monómeros preparados,

mediante la Norma ISO 4049.

• Determinar la citotoxicidad de los nuevos monómeros diacrílicos.

• Aplicar los nuevos monómeros en órganos dentales, para evaluar su

desempeño, en colaboración con investigadores de la Facultad de odontología

de la UA de C.

3. OBJETIVO, JUSTIFICACIÓN E HIPÓTESIS

35

3.2 Justificación

Las resinas dentales actuales presentan diferentes inconvenientes, por los cual no

desempeñan en su totalidad su función principal, de proteger el área o diente en su

totalidad. Esto se debe a tres principales factores como lo es su toxicidad, bajas

propiedades físicas y su encogimiento. A continuación, se describen brevemente cada

uno de estos factores, así como sus efectos adversos.

Toxicidad

Desde que las resinas acrílicas tuvieron su auge en el mercado, han surgido muchas

dudas sobre su toxicidad. El Bis-GMA es el monómero base usado para la mayoría de

las restauraciones dentales, sin embargo, su esqueleto aromático pone en

cuestionamiento su toxicidad, además presenta alta viscosidad por lo cual es necesario

diluirlo con otros acrilatos de menor viscosidad, estos diluyentes son capaces de

hidrolizarse o degradarse con la saliva humana. También existe la liberación de

sustancias debido a la abrasión que existe en el consumo de alimentos, estas sustancias

liberadas pueden ser las causantes de la inflamación de algunos tejidos.

Propiedades Físicas

Debido a que las resinas dentales son un material compuesto, presentan buenas

propiedades, pero aun así están por debajo a las propiedades de una pieza dental. Las

propiedades dependen del tipo de relleno, de manera general podemos decir que a

mayor tamaño de partícula mayor carga, mayor resistencia, menor estética y mayor

desgaste. Es necesario buscar un material cuyas propiedades mecánicas sean similares a

las de la estructura dental para poder garantizar una restauración.

Contracción volumétrica

Otra de las problemáticas presentes en una resina dental es su encogimiento o

contracción, esto repercute negativamente en el desempeño de la resina en la cavidad

3. OBJETIVO, JUSTIFICACIÓN E HIPÓTESIS

36

dental, debido que, al contraerse, va desprotegiendo paulatinamente el área que había

protegido inicialmente, lo que ocasiona lo que es la caries recurrente, y en casos más

severos puede ocasionar hasta la pérdida de la pieza dental.

3.3 Hipótesis

Se espera obtener nuevas formulaciones dentales con propiedades iguales o mejores a

las resinas comerciales a base de Bis-GMA, incorporando nuevos monómeros

dimetacrilatos, a partir del isosorbide y compuestos tipo espiroortocarbonato (SOC-

Diol) con el fin de sustituir al Bis-GMA como monómero principal en una resina dental.

Debido al uso de materiales biobasados, se espera que las nuevas formulaciones

tengan baja o nula toxicidad, además mediante el empleo de monómeros tipo

espiroortocarbonato se logré reducir considerablemente el encogimiento producido

durante la fotopolimerización.

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0

4. PARTE EXPERIMENTAL

36

4. Parte Experimental

4.1 Reactivos.

Los reactivos utilizados en la síntesis de los monómeros acrílicos ISUDMA, SOC-UDMA y

SOC-IF-DMA así como los usados para la formulación dental, se enlistan a

continuación.

4.1.1 Reactivos empleados en la síntesis de los monómeros acrílicos.

Dianhidro-D-glucitol (isosorbide) (Is) [98%], isoforona diisocianato (IPDI) [98%],

metacrilato etil-2-isocianato (IEM) [99%], metacrilato-2-hidroxietilo (HEMA) [97%],

hidroquinona (HQ) [99%], dilaurato de dibutil estaño (DBTDL) [95%]. Todos los reactivos

se obtuvieron de Sigma Aldrich.

4.1.2 Reactivos empleados para la formulación dental.

Las formulaciones estudiadas se prepararon utilizando los siguientes reactivos: bisfenol

A glicerolato dimetacrilato (Bis-GMA), dimetacrilato de trietilen glicol (TEGDMA) [95%],

dimetacrilato-2-diuretano, (mezcla de isómeros) (UDMA), canforquinona (CQ) [99%], 4-

etil(dimetilamino)benzoato (DEAB), 3- mercapto propil acrilato trimetoxisilano (TMPS) y

dióxido de silicio (polvo de nanosílica) 10-20 nm, fueron adquiridos de Sigma/Aldrich. 4-

(deciloxifenil)fenil iodonio (DPPI)* este último fue sintetizado por el método reportado

por (Crivello & Lee 1989).

4.1.3 Solventes

Los solventes utilizados, fueron secados previamente según su naturaleza: metanol,

etanol, hexano, acetato de etilo, éter etílico, tolueno, cloroformo y acetona.

4. PARTE EXPERIMENTAL

37

4.1.4 Otros.

Cloroformo deuterado, (CDCl3) RMN, pureza 99.8% Aldrich; metanol deuterado

(CD3OD), hidruro de calcio (CaH2).

4.2 Equipos.

4.2.1 Análisis Dinámico Mecánico (DMA).

Para el análisis DMA se usó un equipo TA Instruments Q800 con sistema de

enfriamiento a base de nitrógeno líquido (tipo cantiliver). El equipo trabaja a una

frecuencia de 1 Hz y a una amplitud de 15 µm. El análisis consistió en programar un

método para calentar la muestra a una velocidad de 5°C/min con un intervalo de

temperatura -50 °C hasta 200 °C.

4.2.2 Lámpara dental

Para llevar a cabo las fotopolimerizaciones, fue utilizada una lámpara dental BluePhase

marca Ivoclar Vivadent con tecnología de LED (diodo emisor de luz) con un intervalo de

emisión de 380 a 515 nm. La intensidad máxima de esta lámpara es de 800 mW/cm2.

(Figura 24)

Figura 24. Lámpara dental.

4. PARTE EXPERIMENTAL

38

4.2.3 Resonancia Magnética Nuclear (RMN).

El equipo utilizado para RMN es marca Bruker de 400 MHz con sonda criogénica, cuya

técnica utilizada para identificar compuestos orgánicos y los desplazamientos de las

señales son expresados en partes por millón (ppm) en escala de δ, usando como

referencia la señal del tetrametilsilano (TMS). Se pesa una cantidad mínima de 10 a 20

mg, los cuales se disuelven en solventes deuterados.

4.2.4 Espectrofotómetro de FT-IR Nicolet Magna 6700.

El análisis por espectroscopia infrarrojo cuya técnica sirve para identificar los grupos

funcionales de los compuestos orgánicos se llevó a cabo en el equipo FTIR Nicolet

Magna 6700, provisto de un interferómetro de óptica de bromuro de potasio y opera

en un intervalo de 4000 a 400 números de onda.

4.2.5 Microscopio estereoscopio.

Se usó un microscopio estereoscopio marca Lyca modelo MZ6, de luz reflejada con

análisis de imágenes en tiempo real. Dispone de dos trayectorias paralelas de rayos y

de un objetivo principal común que está sincronizado de forma par focal. También

posee cinco posiciones de aumentos, lo que permite reproducir exactamente las

mismas condiciones de trabajo y escalas.

4.2.6 Tensilómetro.

Para determinar las pruebas mecánicas de compresión y tensión se utilizó un

tensilómetro marca Instron, modelo 43-01. Cuenta con un sistema electromecánico que

4. PARTE EXPERIMENTAL

39

le permite aplicar una amplia gama de fuerzas como: flexión, tensión, compresión,

fatiga, torsión, impacto y dureza.

4.3 Síntesis de los monómeros acrílicos

Para la síntesis de los monómeros, se utilizó un sistema de reacción similar para cada

uno de ellos, (Figura 25), el cual incluye un matraz bola de 250 mL de tres bocas 14/20,

acoplado con un condensador, al cual en la parte superior se le acondicionó una llave

de tres pasos para permitir el flujo de argón. Este sistema se colocó sobre una parrilla

de agitación magnética.

Figura 25. Sistema general de reacción para la síntesis de los monómeros acrílicos.

4.3.1 Síntesis del Is-UDMA.

El monómero Is-UDMA se sintetizó en dos etapas (Figura 26). (Liu et al. 2013)(Buruiana,

Buruiana, et al. 2009) Primera etapa: En un matraz de fondo redondo de tres bocas,

equipado con un condensador de reflujo, embudo de goteo y atmósfera de argón, se

introdujeron 7.30 g (0.05 moles) de diisocianato de isoforona y 25 ml de acetona seca.

4. PARTE EXPERIMENTAL

40

A continuación, se añadieron gota a gota 2.22 g (0.01 mol) de isosorbide, previamente

disueltos en 10 ml de acetona. El sistema de reacción se agitó continuamente a

temperatura ambiente, hasta que el pico de absorción infrarroja correspondiente al

grupo -NCO (2270 cm-1) se redujo a la mitad de su área inicial. Segunda etapa: Se

añadieron a la mezcla de reacción 13.27 g (0.102 moles) de 2-hidroxietil metacrilato

(HEMA) y una pequeña cantidad (punta de espátula) de hidroquinona como inhibidor.

El sistema se calentó a 40 º C y fue monitoreado continuamente por FTIR hasta que la

señal de isocianato del compuesto intermedio (2270 cm-1) desapareció por completo.

Una vez finalizada la reacción, la acetona se eliminó a presión reducida. Con el fin de

separar el catalizador, hidroquinona y HEMA sin reaccionar, el líquido restante se lavó

con éter dietílico y se centrifugó. El producto final se obtuvo como un líquido

transparente con rendimiento del 90%.

Figura 26. Esquema de síntesis para el monómero biobasado Is-UDMA.

4. PARTE EXPERIMENTAL

41

4.3.2 Síntesis de los monómeros acrílicos espiroortocarbonato

Los monómeros acrílicos SOC-UDMA y SOC-IPDMA se sintetizaron como se representa

en el esquema de las Figura 27 y 28. Los monómeros de SOC fueron obtenidos de SOC

DIOL, descrito previamente en una investigación previa por Acosta y Colaboradores

(Acosta Ortiz et al. 2013).

4.3.2.1 Síntesis del monómero SOC-UDMA.

Figura 27. Síntesis para el monómero SOC-UDMA.

El monómero SOC-UDMA se sintetizó como describe el esquema de la Figura 27. En un

matraz de tres bocas, con agitación magnética, equipado con un condensador de

reflujo, un embudo de adición y atmósfera de argón. Se colocaron 4.291 g (0.022

moles) de SOC DIOL, 50 ml de acetona seca y 8.932 g (0.223 moles) de 2-

isocianatoetil-metacrilato (IEM). La reacción fue catalizada con DBTL (5-10 gotas). El

sistema se agitó continuamente a temperatura ambiente, hasta que se consumió el pico

de absorbancia infrarroja del grupo diisocianato -NCO (2270 cm-1). 1H RMN (400 MHz,

Cloroformo d): 6.12 (s, 1H), 5.60 (dt, J = 3.8, 1.8 Hz, 1H), 4.36 – 4.08 (m, 4H), 3,90 (dt, J =

17,0, 7,0 Hz, 1H), 3,50 (q, J = 5,5 Hz, 2H), 1,95 (s, 3H). FTIR (ventana KBr, cm-1: 1637 (vC =

C), 1042,1250, 1295 (vC-O, SOC), 1552 y 3367 (NH).

4. PARTE EXPERIMENTAL

42

4.3.2.2 Síntesis del monómero SOC-IFDMA

Figura 28. Síntesis para el monómero SOC-IF-DMA.

Similar a la síntesis del Is-UDMA, en la Figura 28, se muestra el esquema de síntesis para

el SOC-IF-DMA. Se colocaron 4.291 g (0,022 moles) de SOC DIOL, 50 ml de acetona

seca, y 4.932 g (0.223 moles) de diisocianato de isoforona (IPDI). La reacción se catalizó

con DBTL (5-10 gotas), la mezcla se mantuvo con agitación, la cual fue monitoreada

mediante FTIR, hasta que se observó el consumió del grupo -OH del SOC-DIOL y

después se añadió el HEMA hasta que se observó que se consumieron los grupos de

diisocianato (2270 cm-¹). El producto de reacción se purificó previamente por

cromatografía en columna y se caracterizó mediante FTIR y H1RMN. Finalmente se

obtuvo como un líquido transparente con un rendimiento del 75%. 1HRMN (400 MHz,

Cloroformo-d) \ delta 6,15 (d, J = 5.9 Hz, 1H), 5,61 (dt, J = 3,2, 1,6 Hz, 1H), 4,41-4,24 (m,

3H) 3,81 (m, 2H), 3,48 (s, 1H), 1,96 (d, J = 5,6 Hz, 3H), 1,10 - 0,90 (m, 7H). FTIR (ventana

KBr, cm-1): 3069, 1564 (NH), 1641 (vC = C), 1303 (vC - O), 1240, 1173, 1082 y 1035 (vC - O,

SOC).

4. PARTE EXPERIMENTAL

43

4.4 Elaboración de las formulaciones dentales

Las formulaciones dentales se prepararon mediante la mezcla conformada de una

resina matriz, una carga o relleno inorgánico, un agente de acoplamiento y un sistema

fotoiniciador.

Antes de hacer las diferentes formulaciones dentales, el relleno inorgánico fue

previamente silanizado (modificación superficial) con el agente de acoplamiento para

asegurar una buena unión entre la fase orgánica (matriz) y la inorgánica (relleno a base

de silica).

4.4.1 Silanización del relleno inorgánico (carga) usado en la formulación dental

Los materiales de relleno microsílica (0.2-0.3 μm) y nanosílica (10-20nm), se silanizaron

de acuerdo con el procedimiento descrito por Chen y Colaboradores (Chen & Brauer

1982). Se colocaron cantidades de 5 g de sílica de tamaño micrométrico o nanométrico

en 100 ml de metanol, posteriormente se adicionó 0.1 g de dietilamina y 0.44 g de 3-

trimetoxisilil propil metacrilato, en un matraz de fondo redondo. La mezcla se agitó a

temperatura ambiente durante 30 min y después fue calentada a 60 ºC durante otros

30 min. La mezcla obtenida a partir de la reacción se colocó en un ratavapor a 65 °C

durante 15 min ya continuación a 95 °C durante 1 h. Finalmente, el sólido obtenido se

secó en un horno de vacío durante 18 h a 80 ºC.

4.4.2 Elaboración de las formulaciones dentales a base Bis-GMA

Para obtener una formulación dental óptima, necesaria, para ser utilizada en las

diferentes resinas dentales, es necesario conocer las relaciones apropiadas de todos los

componentes que la conforman, por lo que se realizó un diseño experimental,

4. PARTE EXPERIMENTAL

44

utilizando como matriz principal el Bis-GMA, en este diseño se variaron cantidades de

matriz/relleno (Bis-GMA/Sílica, nano y micro), usando una mezcla de dos diluyentes

(TEGDMA, UDMA) a diferentes concentraciones y haciendo uso de una mezcla de dos

iniciadores (CQ y DEAB) estos a la misma concentración en las diferentes formulaciones

a ser evaluadas, todo para obtener una formulación final que sería usada como base

para todas las pruebas. Los componentes y concentraciones utilizadas se muestran en

la Tabla 2. Para seleccionar la formulación óptima se fotopolimerizaron y fueron

evaluadas dos pruebas principales como: resistencia a la flexión en tres puntos y la

prueba de absorción y solubilidad en agua, las cuales se realizaron en base a la Norma

ISO 4049. Una vez que fueron evaluadas se seleccionó la formulación que presentó los

mejores valores en las pruebas y fue la que se consideró como la mejor formulación.

El orden de adición de los componentes para las diferentes formulaciones fue como se

describe, primero se mezclaron los monómeros Bis-GMA, UDMA y TEGDMA en

diferentes porcentajes, ver Tabla 2, posteriormente se añadió el sistema de

fotoindicadores, por último, se agregó el relleno, hasta su completa incorporación,

obtenido la mezcla en forma de pasta.

4. PARTE EXPERIMENTAL

45

Tabla 2. Formulaciones estudiadas a base de Bis-GMA para encontrar la mejor relación de los

componentes principales para la óptima formulación dental. Grupo A

30/69 % en peso (matriz/relleno)

Matriz Diluyentes Sistema iniciador Relleno (90/10)

No Bis-GMA UDMA TEGDMA CQ DEAB Micro Nano

1 20 5 5 0.1 0.9 62.1 6.9

2 15 5 10 0.1 0.9 55.2 13.8

3 15 10 5 0.1 0.9 48.3 20.7

Grupo B

35/64 % en peso (matriz/relleno)

Matriz Diluyentes Sistema iniciador Relleno (90/10)

No Bis-GMA UDMA TEGDMA CQ DEAB Micro Nano

1 25 5 5 0.1 0.9 57.6 6.4

2 20 5 10 0.1 0.9 51.2 12.8

3 20 10 5 0.1 0.9 44.8 19.2

Grupo C

40/59 % en peso (matriz/relleno)

Matriz Diluyente Sistema iniciador Relleno (90/10)

No Bis-GMA UDMA TEGDMA CQ DEAB Micro Nano

1 30 5 5 0.1 0.9 53.1 5.9

2 25 5 10 0.1 0.9 47.2 11.8

3 25 10 5 0.1 0.9 41.3 17.7

Una vez obtenida la óptima formulación, se procedió a utilizar los nuevos monómeros

sintetizados en este trabajo, para sustituirlos como matriz.

A continuación, se describen las formulaciones preparadas para cada uno de los

monómeros, Is-UDMA, SOC-UDMA, SOC-IF-UDMA.

4. PARTE EXPERIMENTAL

46

4.4.3 Elaboración de las formulaciones dentales a base Is-UDMA / Bis-GMA.

Las formulaciones dentales a base de Is-UDMA / Bis-GMA se prepararon como se

describió previamente. La resina matriz es una mezcla del Bis-GMA (material de control)

y del monómero Is-UDMA a diferentes proporciones en peso. Se utilizaron otros dos

monómeros (TEGMA y UDMA) como diluyentes y un relleno inorgánico (SiO2). La

composición de las formulaciones dentales se resume en la Tabla 3.

Tabla 3. Preparación de los compuestos dentales a base de Is-UDMA / Bis-GMA.

Relación

Matriz

Formulaciones Dentales (% en peso)

Bis-GMA Is-UDMA UDMA TEGDMA CQ DAB SiO2

Bis-GMA 40 0 10 10 0.1 1 38.9

25 % Is-UDMA 30 10 10 10 0.1 1 38.9

50 % Is-UDMA 20 20 10 10 0.1 1 38.9

75 % Is-UDMA 10 30 10 10 0.1 1 38.9

100 % Is-UDMA 0 40 10 10 0.1 1 38.9

El porcentaje de Is-UDMA / Bis-GMA se calculó considerando como la cantidad total la mezcla de ambos.

Nota: Únicamente en las formulaciones a base de Is-UDMA / Bis-GMA los porcentajes utilizados

son diferentes a los usados con las formulaciones a base de espiroortocarbonatos, (SOC-UDMA

/Bis-GMA) (SOC-IF-DMA / Bis-GMA), lo anterior debido a que en el primer año de

investigación, no se contaba con el estudio de optimización de la formulación y solo fueron

considerados trabajos previos ya realizados en nuestro laboratorio. (Medina 2012)

4.4.4 Formulaciones dentales a base SOC-UDMA / Bis-GMA.

Las formulaciones dentales a base de SOC-UDMA / Bis-GMA fueron preparadas como

se describió previamente. La resina matriz es una mezcla del Bis-GMA (material de

control) y del monómero SOC-UDMA a diferentes proporciones en peso. Se usaron

4. PARTE EXPERIMENTAL

47

otros dos monómeros (TEGMA y UDMA) como diluyentes y un relleno inorgánico

(SiO2). La composición de las formulaciones dentales para esta evaluación, se resume

en la Tabla 4.

Tabla 4. Preparación de las formulaciones dentales a base de SOC-UDMA / Bis-GMA.

Relación

Matriz

Formulaciones Dentales (wt %)

Bis-GMA SOCUDMA UDMA TEGDMA CQ/

DEAB DPPI

SiO2

Micro Nano

Bis-GMA 20 0 10 5 0.1 1 44.8 19.2

25 % SOC-UDMA 15 5 10 5 0.1 1 44.8 19.2

50 % SOC-UDMA 10 10 10 5 0.1 1 44.8 19.2

75 % SOC-UDMA 5 15 10 5 0.1 1 44.8 19.2

100 % SOC-UDMA 0 20 10 5 0.1 1 44.8 19.2

El porcentaje de SOC-UDMA / Bis-GMA se calculó considerando como la cantidad total la mezcla

de ambos.

4.4.5 Formulaciones dentales a base SOC-IF-DMA / Bis-GMA.

Los compuestos dentales a base de SOC-IFDMA/Bis-GMA se prepararon en forma

similar a las del SOC-UDMA descrita previamente. La resina matriz es una mezcla del

Bis-GMA (material de control) y del monómero SOC-IFDMA a diferentes proporciones

en peso. Así mismo se usaron otros dos monómeros (TEGMA y UDMA) como

diluyentes y un relleno inorgánico (SiO2). La composición de las formulaciones dentales

se resume en la Tabla 5.

4. PARTE EXPERIMENTAL

48

Tabla 5. Preparación de los compuestos dentales a base de SOC-IFDMA / Bis-GMA.

Relación

Matriz

Formulaciones Dentales (wt %)

Bis-GMA SOCIF-DMA UDMA TEGDMA CQ/

DEAB DPPI

SiO2

Micro Nano

Bis-GMA 20 0 10 5 0.1 1 44.8 19.2

25 % SOC-IF.DMA 15 5 10 5 0.1 1 44.8 19.2

50 % SOC-IF.DMA 10 10 10 5 0.1 1 44.8 19.2

75 % SOC-IF.DMA 5 15 10 5 0.1 1 44.8 19.2

100 % SOC-IF.DMA o 20 10 5 0.1 1 44.8 19.2

El porcentaje de SOC-IFDMA / Bis-GMA se calculó considerando como la cantidad total la mezcla

de ambos.

4.5 Evaluación de las resinas dentales

Las evaluaciones realizadas a los polímeros obtenidos de las formulaciones dentales

preparadas con los nuevos monómeros acrílicos, considerando como resina control el

Bis-GMA son las que se mencionan a continuación y se describe cada una de ellas:

• Determinación de la reactividad mediante cinéticas de fotopolimerización por la

técnica espectroscópica FTIR de tiempo real (RT-FTIR)

• Determinación del encogimiento o contracción durante la fotopolimerización.

• Determinación de propiedades físico mecánicas mediante Análisis Dinámico

Mecánico (DMA) y pruebas de resistencia a la flexión en tres puntos.

• Estudio absorción y solubilidad en agua de los compositos o formulaciones

dentales, obtenidas con los nuevos monómeros acrílicos.

• Análisis de la microfiltración de las resinas dentales formuladas cuando son

aplicadas en piezas dentales.

4. PARTE EXPERIMENTAL

49

4.5.1 Determinación de las cinéticas de fotopolimerización mediante la técnica de tiempo

real (RT-FTIR)

Las cinéticas de fotopolimerización se realizaron en un equipo infrarrojo marca

ThermoScientific Nicolet 6700 FTIR spectrometer (Middleton, WI). Las formulaciones

fueron preparadas pesando en un vial la cantidad determinada de la mezcla de

monómeros Bis-GMA, Is-UDMA, SOC-UDMA, SOC-IFDMA en base a la Tabla 2.

Después de tener las formulaciones listas se preparó el equipo de espectroscopia

infrarroja (FT-IR) de la siguiente manera: al equipo se le acopló una lámpara dental de

luz visible marca Ivoclar Vivadent modelo Bluephase, a través de un soporte universal

para que el haz de la luz proveniente de la lámpara llegara a la muestra en un ángulo

de 45 °. La configuración del sistema se muestra en la Figura 29.

Figura 29. Equipo FTIR utilizado para el análisis de la reactividad de los monómeros acrílicos

acoplado con una lámpara dental.

Una vez instalado el equipo, se determinó el background, utilizando un par de películas

de PP con tratamiento corona, en lugar de aire, ya que en estas películas de PP se

corrieron las muestras y fue necesario restar las bandas correspondientes a las películas

4. PARTE EXPERIMENTAL

50

de PP. Después se manipuló el programa Series del software OMNIC para poder utilizar

la técnica de tiempo real en el espectrómetro de luz infrarroja.

Una vez logrado lo anterior se depositaron 2 a 3 gotas de la formulación sobre la

película de PP y se colocó encima otra película con el fin de obtener un sándwich, el

cual se sujetó al porta muestras metálico del equipo de FT-IR, mediante un imán. El

porta muestras ya con el sándwich que contenía la formulación, se colocó en la cámara

del equipo y se inició el barrido con el rayo IR del FT-IR, al mismo tiempo que se

encendió la lámpara dental. Se realizaron barridos a la muestra cada segundo por

espacio de 60 segundos.

Por medio del software Series de OMNIC se obtuvo un perfil de disminución de la

absorbancia correspondiente a los picos de interés, el cual al graficarlo en Excel

produce la curva cinética de fotopolimerización del monómero. Se dió el seguimiento a

la banda a 1646 cm-1, correspondiente al doble enlace de los grupos acrílicos de los

diferentes monómeros evaluados. Cabe señalar que para esta prueba se omitió el uso

de relleno, para evitar interferencia en la prueba ya que ésta, se lleva a cabo por

transmitancia.

4.5.2 Flexión.

Para llevar a cabo la prueba de flexión se elaboraron probetas con las formulaciones

dentales. La formulación se vertió a un molde de acero inoxidable de medidas de 10 x

40 x 2 mm. Una vez lleno el molde se irradió con la lámpara dental por espacio de 30

segundos en tres puntos. Al término de este tiempo se obtuvo la probeta de polímero

acrílico, tal como se muestra en la Figura 30.

4. PARTE EXPERIMENTAL

51

Figura 30. Molde y preparación de las probetas para la prueba de flexión en tres puntos.

La probeta con forma rectangular es colocada del tensilómetro como se indica en la

Figura 31, de manera que la carga sea aplicada en el centro de la probeta. Los soportes

están a una distancia L, la cual es definida por el espesor de la muestra a una relación

16:1, es decir la L es igual a 16 veces el espesor de la probeta. El método fue

programado con una velocidad de desplazamiento del cabezal 0.01 mm/min hasta que

el espécimen es fracturado, según el método ISO-4049.

Figura 31. Esquema del tensilómetro para la prueba de flexión.

4. PARTE EXPERIMENTAL

52

4.5.3 Análisis Dinámico Mecánico (DMA)

Para elaborar las probetas necesarias para correr los análisis de DMA, con los diferentes

monómeros acrílicos, utilizó las composiciones de las Tablas 2, 3 y 4. Una vez

preparada cada formulación, se adiciona a un molde de acero inoxidable de medidas

de 12 x 35 x 2 mm, el cual es colocado sobre un portaobjetos, tal como se observa en la

Figura 32. Una vez cubierto el molde con la resina dental, éste se cubrió con otro

portaobjetos y se sujetó con pinzas para evitar que se derramara la resina y se irradió

por arriba con la lámpara dental por espacio de 15 segundos. Pasado este tiempo se

invirtió la muestra y se irradió nuevamente por 15 segundos. Al término de este tiempo

se obtuvo una probeta de polímero acrílico. La cual fue analizada en un equipo TA

Instrument Q800 provisto de sistema de enfriamiento con nitrógeno líquido, y equipado

con mordaza tipo cantiliver simple. Se empleó una frecuencia de 1Hz y una amplitud de

15 m. El análisis se realizó con velocidad de calentamiento de 5°C/ min en un rango de

30 a 200°C.

Figura 32. Molde utilizado para análisis por DMA.

4. PARTE EXPERIMENTAL

53

4.5.4 Absorción y solubilidad en agua de las formulaciones dentales.

La absorción y solubilidad fue evaluada de acuerdo a los métodos de la Norma ISO

4049-2000. Las probetas para absorción y solubilidad en agua, se elaboraron mediante

un molde de plástico, con porta objetos de vidrio colocando uno de ellos en la parte

superior e inferior del molde. Las dimensiones de los círculos en el molde, son:

diámetro de 15.0 ± 0.1 mm y 1.0 ± 0.1 mm de profundidad. Para elaborar las probetas

primero se aplicó antiadherente al molde y a las cubiertas de vidrio (porta objetos).

Posteriormente se coloca la resina dentro del molde y con porta objetos se aplicó

fuerza para acomodar perfectamente la resina. Después se aplicó luz con la lámpara

dental, para fotopolimerizar el material durante 60 segundos por cada lado de la

probeta. Por último, se obtuvo la muestra y se cortaron manualmente los excedentes y

se regularizó el disco con una lija de agua. (Figura 33).

Figura 33. Preparación de muestras para prueba de absorción y solubilidad.

Para realizar la prueba de absorción y solubilidad de agua se transfirieron los discos a

un desecador y después se colocaron en una estufa a (37 ± 2) C durante 22 horas.

Después se volvieron a poner en el desecador a una temperatura de 23 ± 1 C por dos

horas y seguido fueron pesados con un ayuda de una báscula con precisión de 0.1 mg.

(Figura 34) Este procedimiento se repitió hasta alcanzar una masa constante en que la

muestra no pierda más de 0.1 mg y se considera esta medida como m1 en base a las

Ecuaciones 1 y 2.

4. PARTE EXPERIMENTAL

54

Figura 34. Muestras en el proceso de secado.

Después del secado final, se midió el diámetro del disco en dos mediciones en ángulos

rectos y así fue calculado el promedio. Se hizo lo mismo para el grosor tomando el

grosor en cuatro puntos diferentes y así se obtiene un promedio. Para esto se utilizó un

vernier con precisión de 0.01 mm. Se calculó el volumen del disco con estos dos

promedios. El siguiente paso es sumergir los discos en agua y mantener durante siete

días a una temperatura de 37 ± 1 C, en posición vertical y con separación de al menos

3 mm entre cada disco. Pasados los 7 días, los discos se lavaron y se secaron

ligeramente quitando el agua superficial, después se les aplicó aire de uno a cinco

segundos. Al minuto de haberlos sacado del agua se pesaron y se registró su masa

como m2. Para obtener el último peso m3, los discos se colocan en un desecador hasta

que alcance un peso constante.

La absorción de agua (Wsp) se calcula con la Ecuación 1 y la solubilidad (Wsl) con la

Ecuación 2. Dónde: Wsp y Wsl son reportados en µg/mm3.

𝑊𝑠𝑝 =𝑚2−𝑚3

𝑉 ………………….. Ecuación 1

𝑊𝑠𝑙 =𝑚1−𝑚3

𝑉 …………….. Ecuación 2

4. PARTE EXPERIMENTAL

55

4.5.5 Determinación de la contracción

Para esta prueba se utilizó un equipo “polymerization Stress Tester”, el cual consiste en

una celda de carga de 200 N que es capaz de detectar la tensión generada durante la

polimerización. La muestra sin polimerizar es colocada en tubos cilíndricos de acrílico

con un espesor de 2mm entre ellos, donde los cilindros son sujetados directamente a la

celda de carga. Se registra la carga máxima cuando se irradia simultáneamente en

ambos lados durante un periodo de hasta 160 segundos. La Figura 35, representa el

equipo y el procedimiento de esta prueba.

Figura 35. Equipo y procedimiento para la prueba de encogimiento.

4.5.6 Análisis de la microfiltración de las resinas formuladas aplicadas en piezas dentales

La prueba de microfiltración es basada en la Norma ISO/TS 11405 y sirve para probar la

eficacia de la adhesión de un material o una combinación de materiales hacia la dentina

y el esmalte. Se utilizaron dientes humanos extraídos para las pruebas. Los dientes

fueron lavados con agua corriente y después se colocaron en viales estériles con

4. PARTE EXPERIMENTAL

56

solución fisiológica hasta el momento de su utilización. Se utilizaron dientes premolares

extraídos por razones ortodónticas o por razones periodontales. Todas las

formulaciones dentales se estudiaron en base a las Tablas 2, 3 y 4, considerando como

referencia una resina comercial con el fin de hacer una comparación.

Cabe señalar que los especímenes dentales no presentaban cavidades cariosas o

restauraciones previas mayores al tamaño estandarizado de las preparaciones, el cual

se realizó con un instrumento de fresa de bola No 4 y 330 de carburo de tungsteno a

alta velocidad, tratando de estandarizar las siguientes medidas: ancho vestíbulo lingual

2 mm aproximadamente, profundidad de la cavidad oclusal 2mm, altura de la pared

axial hasta a pared pulpar 1.5mm y pared gingival 1mm, tal como se muestra la Figura

36 a. Los dientes fueron extraídos en pacientes que recibirían tratamiento de ortodoncia

o de pacientes con problema periodontal.

Figura 36. a) Dientes premolares antes del relleno dental b) Dientes premolares rellenados con

la resina

4. PARTE EXPERIMENTAL

57

Las restauraciones de la Figura 36 b, se realizaron con la técnica de obturación en

bloque, de esta manera se obtendría la contracción del material sin ser modificada al

realizarla por incrementos. Una vez que se llevaron a cabo las restauraciones dentales,

colocando una doble capa de esmalte para uñas, las muestras fueron sumergidas en

una solución acuosa de azul de metileno, a una temperatura de 37°C, con el fin de que

se tiñeran las partes en las que hubo brecha, tal como muestra la Figura 37a. Después

de 48 horas en la solución, las muestras se retiraron y se lavaron en el chorro de agua

corriente y se procedió a hacer un corte longitudinal mesio-distal de la pieza (ver Figura

37b) con un disco diamantado de dos luces corte interno y externo de KG de Sorensen

a baja velocidad y con abundante irrigación. Una vez seccionadas las piezas dentales

éstas, se observaron en el microscopio estereoscopio a una resolución de 8X y 10X.

a) b)

Figura 37. a) Dientes teñidos con el azul de metileno b) Dientes con el corte longitudinal

mesio-distal.

4. PARTE EXPERIMENTAL

58

4.5.7 Ensayo de citotoxicidad del Is-UDMA

Este ensayo se basa en la reducción metabólica del Bromuro de 3-(4,5- dimetiltiazol-2-

ilo)-2,5-difeniltetrazol (MTT) realizada por la enzima mitocondrial succinato-

deshidrogenasa en un compuesto coloreado de color azul (formazan), permitiendo

determinar la funcionabilidad mitocondrial de las células tratadas. Este método ha sido

muy utilizado para medir supervivencia y proliferación celular. La cantidad de células

vivas es proporcional a la cantidad de formazán producido. Este método fue

desarrollado por Mosmann en 1983 siendo modificado en 1986 por Francois Denizot y

Rita Lang.

Consiste en determinar el efecto citotóxico de un agente sobre las líneas celulares

tumorales o cultivos primarios de células. Para esta muestra se utilizó la línea celular

HeLa (Adenocarcinoma de Cérvix ATTC CCL-2) y se utilizaron placas de 96 pozos. Las

células se incubaron con diferentes concentraciones de Is-UDMA de 1.47, 0.8, 0.74 y

0.42 mg / mL a 37°C con 5% de CO2 en medio de cultivo RPMI (del inglés: Roswell Park

Memorial Institute) más antibiótico y 10 % de suero bovino fetal (FBS, Gibco), glutamina,

piruvato de sodio (Gibco) y bromuro de etiltiazolil difenil tetrazolio (MTT, Sigma-

Aldrich), para determinar los valores de la dosis letal media (LD-50). Después de 24

horas se midió la viabilidad celular mediante un ensayo MTT.

El porcentaje de Viabilidad se obtiene de la siguiente forma:

% 𝑉𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 Ó𝑝𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 Ó𝑝𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑥 100 ……………… Ecuación 3

i

|

0

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

59

5. Resultados y Discusión

En el presente capítulo, la discusión de los resultados se presenta considerando tres

secciones principalmente:

• Síntesis y caracterización de los tres monómeros acrílicos

• Formulaciones dentales

• Evaluación de las resinas dentales

5.1 Síntesis y caracterización del monómero Is-UDMA

La obtención del Is-UDMA se llevó mediante la reacción entre la IPDI, el Isosorbide y

DBTL como catalizador, con el fin de separar el catalizador, hidroquinona y HEMA sin

reaccionar, el líquido restante se lavó con éter dietílico y se centrifugó. El producto final

se obtuvo como un líquido transparente con rendimiento del 90%. Sin embargo, esta

reacción puede conducir a la formación de oligómeros, por lo que se llevó a cabo de

tal forma como se mencionó previamente en la parte experimental para que se

favoreciera la formación del producto deseado.

La estructura química del monómero acrílico Is-UDMA que se muestra en la Figura 38

se confirmó por espectroscopia FTIR (Figura 39) y 1H-RMN (Figura 40).

Figura 38. Estructura del monómero Is-UDMA

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

60

5.1.1 Caracterización del monómero acrílico Is-UDMA, por espectroscopia FTIR y 1H-RMN.

Las bandas de absorción FTIR específicas para el monómero Is-UDMA se muestran

como dos señales de absorción en 3337 y 1540 cm-1 correspondientes a los modos de

absorción de vibración de estiramiento y flexión de uretano N-H, respectivamente. Una

señal muy relevante en 1712 cm-1 es asignada al grupo carbonilo de uretano (v C= O).

Otras señales características se presentan en 1639 cm-1, la cual corresponde al grupo

doble enlace (v C=C) y 1240 cm-1 para grupo éter (v C-O-C). Además, la ausencia de la

banda de absorción a 2270 cm-1 evidenció la ausencia del grupo -NCO de IPDI lo que

comprueba que este grupo químico había reaccionado completamente.

Figura 39. FTIR del monómero biobasado Is-UDMA.

Por otra parte, el espectro de 1H-RMN de la Figura 40, muestra los desplazamientos

químicos esperados para el nuevo monómero bioasado Is-UDMA. Los dos dobletes

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

61

centrados en 6.15 y 5.61 ppm corresponden a los protones del grupo CH2=C. Las

señales en 5.12, 4.76, 4.50, 4.01 y 3.71 ppm, están asociadas con los protones de los

grupos CH y CH2 de los anillos del isosorbide, esto fue confirmado mediante la RMN en

dos dimensiones de diferentes experimentos como COSY, HMBC y HSQC Anexo 1. El

singulete a 4.35 ppm se atribuye a los protones del grupo CH2 del precursor HEMA. Las

señales entre 2.94 y 0.89 ppm corresponden a los protones del ciclo de isoforona los

cuales, fueron asignados con ayuda de la literatura (Wang et al. 2015; Cheng et al. 2015;

Najafi et al. 2014)(Wang et al. 2015; Cheng et al. 2015; Najafi et al. 2014). Los protones

de los grupos NH2 no fueron percibidos en absoluto, probablemente porque están

sobrelapados con otras señales.

Figura 40. Espectro de 1H RMN del monómero biobasado Is-UDMA.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

62

Considerando que la metodología de síntesis podría conducir a la formación de

moléculas de alto peso molecular, el producto obtenido fue caracterizado mediante

cromatografía de permiación en gel. A partir del cromatograma obtenido, se calculó un

peso molecular medio de 1100 Da y con un índice de polidispersidad de 1.25. Esta

diferencia de 1100 Da con respecto al teórico calculado, se debe principalmente al

estándar de poliestireno que se usó para determinar el peso molecular. Este peso

molecular bajo es cercano con el calculado teóricamente (851 Da); lo cual indica que el

producto obtenido se aproxima al monómero acrílico biobasado Is-UDMA.

5.2 Síntesis de monómeros espiroortocarbonato SOCs

El compuesto SOC DIOL utilizado como materia prima para la preparación de ambos

monómeros acrílicos, SOC-UDMA y SOC-IFDMA, ha sido previamente caracterizado

por FTIR y H1 NMR, C13 RMN (Acosta Ortiz et al. 2009).

5.2.1 Caracterización del monómero acrílico SOC-UDMA

La obtención del SOC-UDMA se llevó mediante la reacción entre el SOC-DIOL con él

dimetacrílato de 2-isocianato y DBTL como catalizador. El líquido resultante se filtró con

acetona. Una vez terminada la reacción, la acetona se eliminó a presión reducida. El

producto final se obtuvo como un líquido transparente con rendimiento del 90%, fue

purificado por cromatografía en columna.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

63

Figura 41. Estructura del monómero SOC-UDMA.

El monómero SOC-UDMA cuya estructura se muestra en la Figura 41, fue caracterizado

por espectroscopia FTIR (Figura 42) cuyas señales de absorción FTIR específicas son las

siguientes: una banda de absorción amplia a 3367 cm-1 y otra a 1552 cm-1, ambas

corresponden al estiramiento de N-H del grupo uretano. Una banda ancha y fuerte a

1716 cm-1 es asignada al carbonilo del uretano (vC=O). Otras bandas características de

absorción aparecen a 1637 cm-1 (vC=C) y 1295 cm-1 (vC-O), ambas corresponden a

señales para el grupo acrilato. Otras bandas características a 1250, 1165 y 1042 cm-1 (vC-

O-C) corresponden al grupo espiro de SOC UDMA. Además, la ausencia de la banda

de absorción a 2270 cm-1, evidencia la ausencia del grupo -NCO disocianato di

metacrilato, lo que sugiere que este grupo químico ha reaccionado completamente.

C21H30N2O12

Mw=502.47

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

64

Figura 42. FTIR del monómero SOC-UDMA.

Para este compuesto SOC-UDMA, el espectro de 1H-RMN de la Figura 43, muestra los

cambios químicos esperados. Los dos singuletes centrados en 6.12 y 5.60 ppm [B,C],

corresponden a los protones del grupo CH2=C. Las señales en 4.36 - 4,08 ppm [D,H] se

asociaron a los protones del CH2 del anillo espiro y CH2 de las cadenas terminales (m,

4H). El multiplete en 3.9 ppm [G] corresponde al protón CH del ciclo espiro. El

desplazamiento entre, 3.50 ppm [E] corresponde a CH2- NH2 (2H). El singulete a 1.95

ppm [A] es asignado a los protones del grupo CH3 del acrilato (s, 3H).

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

65

Figura 43. Espectro de 1H RMN del monómero SOC-UDMA.

5.2.2 Caracterización del monómero acrílico SOC-IF-DMA

La obtención del SOC-IF-DMA se llevó mediante la reacción entre la IPDI con el SOC-

DIOL y DBTL como catalizador, con el fin de separar el catalizador, hidroquinona y

HEMA sin reaccionar, el líquido restante se lavó con éter dietílico y se centrifugó. El

producto final se obtuvo como un líquido transparente con rendimiento del 90%. Sin

embargo, esta reacción puede conducir a la formación de oligómeros, por lo que la

adición de los reactivos se llevó a cabo de tal manera para que se favoreciera la

formación del producto deseado.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

66

Figura 44. Estructura del monómero SOC-IF-UDMA.

El monómero SOC-IF-DMA, presenta por FTIR, Figura 45, las bandas de absorción

específicas, ya que aparecen dos bandas de absorción a 3369 y 1564 cm-1 que

corresponden a los modos de vibración de estiramiento y flexión de N-H de uretano,

respectivamente. Una banda intensa a 1718 cm-1 es asignada al grupo carbonilo (vN-

C=O) del uretano. Otras bandas características de absorción aparecen a 1641 (vC=C) y

1303 cm-1 (vC-O) ambas corresponden al grupo acrilato. Otras bandas características en

1240, 1173, 1082 y 1035 cm-1 (vC-O-C) corresponden al grupo espiro de SOC-IF-DMA.

Aparecen también dos bandas simétricas en 1390 y 1368 cm-1 que corresponden a

grupos gem dimetilo de la isoforona (CH3). Además, la ausencia de la banda de

absorción a 2270 cm-1, evidencia la ausencia del grupo -NCO del IPDI, lo que sugiere

que este grupo químico ha reaccionado completamente.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

67

Figura 45. Espectro infrarrojo del monómero SOC-IF-DMA.

El análisis por espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protón (1H-RMN)

para el SOC-IF-UDMA, en base a la Figura 46, muestra dos dobletes en 6.15 y 5.61 ppm

[B, C] corresponde a los protones del grupo CH2=C. El multiplete entre 4.2 – 4.5 ppm

[D, E] corresponde a grupos O-CH2-CH2-O. La señal entre 3.94 – 3.82 ppm [N] indica la

presencia de CH2 y 3.48 ppm para CH en el anillo del espiroortocarbonato. Las señales

entre 2.49 y 0.89 ppm son atribuidas a los protones del ciclo de isoforona.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

68

Figura 46. Espectro de 1H RMN del monómero SOC-IF-UDMA.

5.3 Conversión del doble enlace (CDE) por espectroscopia en infrarrojo en tiempo

real (RT-FTIR)

La conversión del doble enlace en tiempo real, es una medición en porcentaje de

dobles enlaces carbono-carbono (C=C) que se han convertido en enlaces simples (C-C)

para formar un polímero. La CDE es una característica del material muy importante

debido a que está estrechamente relacionada con otras propiedades del material, tales

como: resistencia a la flexión, contracción, resistencia al desgaste y elusión del

monómero (Sideridou et al. 2002). El análisis CDE fue determinado en las diferentes

formulaciones dentales que contenían los tres monómeros acrílicos sintetizados pero sin

relleno para evitar que éste, interfiriera en la prueba, ya que se lleva a cabo por

espectroscopia de infrarrojo en tiempo real.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

69

5.3.1 Conversión del doble enlace para las formulaciones a base de Is-UDMA/Bis-GMA

Resinas compuestas con matrices poliméricas que presentan monómeros bifuncionales

como el Bis-GMA, Bis-EMA y TEGDMA, cuya reacción de polimerización genera

polímeros vítreos con densas redes reticuladas(Silva et al. 2008). Sin embargo, los

polímeros de dimetacrilato presentan una baja conversión mediante una cantidad

considerable de monómero residual en el producto final, con un grado de conversión

(CDE) que oscila entre 55 y 75% (Imazato et al. 2001).

La literatura muestra que el mecanismo de formación por radicales libres en el polímero

varía con el sistema fotoiniciador utilizado. Las curvas de CDE obtenidas de las

formulaciones que contienen Is-UDMA y Bis-GMA a diferentes concentraciones en un

tiempo de irradiación de 60 s, se muestran en la Figura 47. La señal de estiramiento

situada a 1635 cm-1, (v C=C) fue monitoreada para las diferentes formulaciones

dentales, obteniendo que todas mostraron un comportamiento similar durante la

fotopolimerización. Un incremento significativo de las curvas CDE con respecto al

tiempo se produjo durante los primeros 15 s de irradiación, esto fue seguido por un

incremento lento pero constante hasta 60 s de irradiación. La CDE más alta, se obtuvo

para el sistema con 100% Is-UDMA, que alcanzó un valor CDE de hasta 82%. Este

sistema mostró la conversión inicial más baja, debido al efecto de inhibición de la HQ

que contenía el monómero cuando fue preparado. Por el contrario, se obtuvo el valor

CDE más bajo para el sistema Bis-GMA puro, que alcanzó sólo el 60%. Los valores de

CDE intermedios se observaron para las otras formulaciones dentales (Is-UDMA/Bis-

GMA al 25,50 y 75%). La ausencia de anillos aromáticos en el monómero Is-UDMA

permitió la una velocidad mayor de difusión en las cadenas en el polímero, debido a

que en una resina acrílica la reacción de polimerización por radicales libres implica que

los dobles enlaces C = C alifáticos terminales se rompen y se convierten en enlaces

covalentes primarios (C-C) entre monómeros de metacrilato, por lo que se asume que,

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

70

los enlaces dobles se acercaron entre ellos y esto incrementó la conversión de doble

enlace. Comparado con el Bis-GMA mostró una conversión baja debido que, a medida

que avanza la polimerización, la velocidad de difusión de los radicales libres que se

propagan experimenta una disminución, de este modo, la conversión del Bis-GMA no

es completa y, al final de la reacción, parte de los monómeros sin reaccionar atrapados

en la matriz polimérica.

Además, este comportamiento fue favorecido debido al alto peso molecular del

monómero Is-UDMA (mw=851). Se redujo la concentración de dobles enlaces en las

resinas compuestas dentales debido al aumento del peso molecular del monómero,

esto condujo a mayores tasas de conversión (Herrera-González et al. 2014). En relación

a los resultados obtenidos en este estudio, se han reportado valores de CDE cercanos al

100% para compositos dentales basados en monómeros con grupos flexibles UDMA´s

(Anseth et al. 1995; Peutzfeldt 1997; Ruyter & S. A. Svendsen 1978).

Para confirmar los resultados obtenidos en un lapso de 60 s de prueba, no se observó

diferencia significativa en la conversión de los dobles enlaces al pasar de 60 s hasta 120

s, lo anterior cuando fue analizada solo una de las formulaciones que contenía

unicamente IS-UDMA, con lo cual se deduce que en las formulaciones evaluadas no

hay cambios relevantes en los resultados que se muestran en la Figura 47, aun cuando

se incrementa el tiempo de irradiación.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

71

Figura 47. Conversión del doble enlace con relación al tiempo de irradiación de los compuestos

dentales a base de Bis-GMA / Is-UDMA.

5.3.2 Conversión del doble enlace para las formulaciones dentales a base de SOC-UDMA/

/Bis-GMA por espectroscopia RT-FTIR.

Las curvas CDE evaluadas por RT-FTIR de las formulaciones dentales a base de SOC-

UDMA / Bis-GMA se muestran en las Figura 48. Estas formulaciones se corrieron a un

tiempo de 120 s de irradiación, lo anterior para verificar si a tiempos mayores de 60 s se

presentaban cambios relevantes en la prueba, con este sistema. Se puede observar que

la cinética de fotopolimerización determinada por RT-FTIR a las diferentes

concentraciones del monómero SOC-UDMA mejoró significativamente la conversión de

en las diferentes formulaciones. En formulaciones comparadas con el material de

referencia Bis-GMA que mostró solo un 45% de conversión. Con base a estudios

relacionados se encontró que uno de los principales problemas en las resinas dentales

es su baja conversión que se obtienen después de la polimerización con luz visible, lo

que resulta en propiedades mecánicas deficientes (Ferracane & Condon 1992; Ferracane

& Condon 1990). Las propiedades físicas y mecánicas de los compuestos fotocurados

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

72

están directamente influenciadas por el nivel de conversión alcanzado durante la

polimerización (Moraes et al. 2008). Un menor grado de conversión propicia la

formación de compuestos con propiedades mecánicas inferiores y una mayor

decoloración y degradación. (Schneider et al. 2008)

Figura 48. Conversión del doble enlace en relación al tiempo de irradiación de los compuestos

dentales Bis-GMA / SOC-UDMA.

5.3.2 Conversión del doble enlace para las formulaciones dentales a base de SOC-IF-DMA/

/Bis-GMA por espectroscopia RT-FTIR.

En el estudio por RT-FTIR se encontró para la formulación a base de SOC-IF-DMA / Bis-

GMA, (Figura 49) cuando es evaluado el SOC-IF-DMA puro, mostró una conversión de

71.9% con un incremento en la conversión del doble enlace de 26.5%, en comparación

con Bis-GMA, que solo alcanzó una CDE de 45.4%, siendo que los dobles enlaces de la

fase acrílica en este monómero tipo uretano permiten la inserción de los grupos SOC

en la red polimérica. El incremento en la CDE se debe a la presencia de los grupos

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

73

uretano o grupos flexibles, éstos grupos promueven altas conversiones de dobles

enlaces y promueven mejores propiedades mecánicas del compuesto generado (Pfeifer

et al. 2011; Peutzfeldt 1997; Ruyter & S. a Svendsen 1978). Además, la presencia de

policarbonatos formados durante la apertura del anillo SOC, ayuda a incrementar las

propiedades mecánicas del compósito final como se observó en los resultados

obtenidos en la prueba de flexión para este monómero.

Figura 49. Conversión del doble enlace frente al tiempo de irradiación de los compuestos

dentales Bis-GMA / SOC-IF-DMA

Sin embargo, se estima que también altas CDE conducirán a un mayor encogimiento,

por lo que se esperaría que, durante la apertura del anillo del SOC en ambos

monómeros, contrarreste el efecto de contracción sin afectar las propiedades

mecánicas.

La Tabla 6, muestra todos los resultados en forma resumida del porciento en

conversión para los diferentes sistemas a las distintas concentraciones.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

74

Tabla 6. Resultados obtenidos del porciento en conversión para los monómeros sintetizados

Formulación Is-UDMA SOC-UDMA SOC-IF-DMA

Concentración % Conversión

0% Control 39.45 59.8 50.45

25% 60.20 51.6 64.33

50% 45.50 62.8 76.5

75% 59.62 68.28 72.34

100% 81.95 68.38 75

5.4 Estudio de absorción (Wsp) y solubilidad (Wsl) en agua para los polímeros de las

formulaciones dentales a base de (Is-UDMA/Bis-GMA), (SOC-UDMA / Bis-GMA) y

(SOC-IF-UDMA-Bis-GMA)

La absorción y solubilidad de agua en las redes poliméricas pueden desencadenar una

gran variedad de efectos adversos mediante procesos físicos y químicos que alteran las

propiedades finales de una resina dental. Estos efectos pueden incluir cambios, como:

expansión, cambios físicos (plastificación y ablandamiento) y cambios químicos

(oxidación e hidrólisis). Estos efectos adversos dan lugar a fallas o deterioro

permanentemente de la estructura del material polimérico y el desempeño final del

polímero (Ferracane 2006). Las pruebas de absorción (Wsp) y solubilidad en agua (Wsl),

fueron determinadas en las diferentes formulaciones dentales que contenían los tres

nuevos monómeros acrílicos sintetizados. Los valores de Wsp y Wsl para todas las

formulaciones se resumen en la Tabla 7.

Los resultados de las formulaciones a base de Is-UDMA / Bis-GMA al 25, 50 y 75% en

peso, mostraron menores valores tanto de absorción en agua, aún comparados con los

de las composiciones que contienen polímero puro Is-UDMA y Bis-GMA (100%), ambas

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

75

mostraron valores similares, pero por debajo de los valores que marca la Norma 4049.

Con respecto a la prueba de solubilidad, el valor obtenido para la formulación Bis-GMA

100%, fue de 1.3 µg/mm3, mientras que para la formulación Is-UDMA 100%, fue de 13.5

µg/mm3. Cabe señalar que estos valores obtenidos en ambas pruebas con respecto a

los que marca la Norma ISO 4049, en la prueba de solubilidad todos los valores son

superiores, pero comparados con el control Bis-GMA, éste fue menor a todas

incluyendo al valor que fija la ISO 4049, tal como se muestra en la Tabla 7.

Las formulaciones a base de SOC-UDMA / Bis-GMA muestran una solubilidad baja, con

valores de 1.6 µg/mm3 para el 25% de SOC-UDMA, y cuando se utiliza un 100% de

SOC-UDMA se obtuvo un valor de 6.7 µg/mm3. Los valores obtenidos están dentro de los

límites permisibles por la norma, ya que el máximo permitido para la solubilidad es de 7

µg/mm3. En cuanto a la absorción de agua de este mismo sistema, se encontró que a medida

que se incrementó la concentración del SOC-UDMA la absorción de agua es mayor, esto se

puede explicar a que, una vez que se lleva a cabo la apertura de estos anillos

espiroortocarbonato, estos generar volumen libre, lo cual el agua puede ocupar fácilmente,

penetrando el material polimérico. Aun así, los valores obtenidos en las diferentes

concentraciones de SOC-UDMA, están dentro del límite permisible para la absorción de agua

que es de 40 µg/mm3, solo la formulación al 100 % de SOC-UDMA sobrepasa ligeramente el

límite con 40.8 µg/mm3.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

76

Tabla 7. Resultados obtenidos para la absorción y solubilidad en agua para los monómeros

sintetizados

Formulación Is-UDMA SOC-UDMA SOC-IF-DMA Comercial

Concentración

Wsl

µg/mm3

Wsp

µg/mm3

Wsl

µg/mm3

Wsp

µg/mm3

Wsl

µg/mm3

Wsp

µg/mm3

Wsl

µg/mm3

Wsp

µg/mm3

0% Control 1.3 18 1.3 18 1.3 18 1.3 18

25% 15.54 5.71 1.6 31.49 1.7 25.8 - -

50% 14.00 4.80 1.74 32.61 3.4 32.71 - -

75% 8.75 9.88 5.2 35.11 5.64 34.11 - -

100% 13.51 17.12 6.7 40.8 4.48 33.08 6 17

*Valores Permisibles ISO-4049 Wsl≤ 7.5 µg/mm3 Wsp ≤40 µg/mm3

Por último, las formulaciones a base de SOC-IF-DMA / Bis-GMA, mostraron un

comportamiento similar al descrito para el SOC-UDMA. En cuanto a solubilidad, las

diferentes formulaciones poseen baja solubilidad con valores de 1.7 µg/mm3, hasta un

máximo de 5.64 µg/mm3. Sin embargo, estos valores son ligeramente más altos que la

referencia, pero todos están dentro de lo que permite la Norma ISO 4049.

En cuanto a la absorción de agua, de igual manera, al incrementar la concentración de

SOC-IF-DMA, la absorción de agua también incrementa, por lo que se puede decir que

la concentración se SOC es directamente proporcional a la absorción de agua, debido a

la apertura de los anillos tipo espiroortocarbonatos.

Investigaciones al respecto, mencionan que en este tipo de materiales de restauración

dental, la absorción de agua debe ser mínima, porque la absorción del agua produce

efectos adversos tales, como: hidrólisis del polímero, (Geurtsen 1998), propiedades

mecánicas pobres, (Sideridou et al. 2008), extracción del monómero sin reaccionar

(Ferracane & Condon 1990) y reducción de la estabilidad térmica. Así mismo la

solubilidad en agua de los materiales está directamente correlacionada con la

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

77

citotoxicidad, ya que esto generalmente causa inflamación de los tejidos (Lygre et al.

1999). Cabe señalar que el agua también promueve la propagación microbiana, lo que

puede contribuir a la caries recurrente y la irritación de la pulpa dental. Debe hacerse

énfasis que la capacidad de absorción del agua depende en gran parte de la estructura

de la red polimérica. Los valores de conversión de doble enlace altos en el monómero

Is-UDMA pueden significar la existencia de estructuras de polímero altamente

reticuladas que resulta en la obtención de valores reducidos de absorción y solubilidad

de agua.

5.5 Análisis Dinámico Mecánico (DMA)

Las propiedades viscoelásticas de los polímeros son obtenidas mediante el análisis

dinámico mecánico. En las gráficas de las Figuras 50-55 se muestra la dependencia de

la temperatura de los valores del módulo de almacenamiento y la tan δ, que indican la

temperatura de transición vítrea para las diferentes formulaciones dentales ya

fotopolimerizadas mostrando en todas, valores elevados para módulo elástico lo cual se

debe principalmente al alto contenido de carga (SiO2) en las diferentes formulaciones

dentales (aproximadamente 40-70% de carga o relleno).

5.5.1 Análisis Dinámico Mecánico (DMA) para formulaciones con Is-UDMA

Para las formulaciones Is-UDMA al 25 y 50%, el módulo de almacenamiento fue mayor

(3450 y 3700 MPs) que la formulación que contiene la referencia Bis-GMA (3100 MPa).

Estos valores por el contrario, mostraron contenidos elevados de monómero Is-UDMA

que produjeron una caída en esta propiedad, mostrando valores inferiores a 2500 MPa.

Este comportamiento se explica en términos de reticulación y rigidez (o flexibilidad) de

las cadenas de polímero, considerando como referencia la formulación Bis- GMA, ya

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

78

que se observa que cuando existe un contenido bajo de monómero Is-UDMA, la

densidad de reticulación aumenta, debido a la elevada reactividad de este monómero,

mientras que la rigidez de las cadenas poliméricas también es elevada. Esto ciertamente

puede haber conducido a obtener un mayor módulo que el mostrado por el Bis-GMA.

Por otra parte, a un alto contenido de monómero Is-UDMA, la densidad de reticulación

obtenida fue mucho mayor, pero la flexibilidad de la cadena polimérica fue elevada, de

tal manera que el módulo se redujo, obteniendo valores de módulo inferiores al de Bis-

GMA.

Figura 50. Módulo de los polímeros obtenidos a partir de los compuestos dentales a base de Is-

UDMA / Bis-GMA.

En relación a la temperatura de transición vítrea de la Figura 51, obtenida por el tan

delta, mostró una tendencia similar, ya que valores de temperatura de transición vítrea

(Tg) más altos fueron para formulaciones con contenido bajo de Is-UDMA (25 y 50%) y

valores de temperatura de transición vítrea inferiores, fueron para los compuestos con

las formulaciones de alto contenido de Is-UDMA (75 y 100%), en comparación con el

Bis-GMA.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

79

Figura 51. Curvas Tan δ de los polímeros obtenidos de los compuestos dentales a base de Is-

UDMA / Bis-GMA.

Para las formulaciones SOC-UDMA al 50%, el módulo de almacenamiento fue mayor

(4150 MPs) que la formulación que contiene la referencia Bis-GMA (3900 MPa). Por el

contrario, se encontró que contenidos altos de SOC-UDMA (75 y 100%) produjeron una

caída en el módulo, inferiores a 1500 MPa. Esto se puede explicar debido a que los

grupos uretano presentes en el monómero, brindan más flexibilidad al sistema y por

otra parte, a que la apertura de los anillos espiroortocarbonato se esté llevando a cabo,

sin embargo, no con alta reticulación. También es probable que exista competencia

entre la polimerización radicálica y catiónica, siendo la polimerización radicálica más

factible, por lo que el entrecruzamiento por los grupos espiroortocarbonatos es más

bajo.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

80

Figura 52. Módulo de los polímeros obtenidos a partir de los compuestos dentales a base de

SOC-UDMA / Bis-GMA

En relación a la temperatura de transición vítrea de la Figura 53, mostró una tendencia

similar ya que valores de temperatura de transición vítrea (Tg) más altos fueron para

formulaciones con contenido bajo SOC-UDMA (25 y 50%) y valores de temperatura de

transición vítrea inferiores para los compuestos de SOC-UDMA se obtuvieron con las

formulaciones de alto contenido de Is-UDMA (75 y 100%), en comparación con el Bis-

GMA.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

81

Figura 53. Curvas Tan δ de los polímeros obtenidos de los compuestos dentales a base de

SOC-UDMA / Bis-GMA.

En la Figura 54 se observa el comportamiento del módulo con respecto a la

temperatura En cuanto a las diferentes concentraciones a base de SOC-IF-DMA, la

formulación a base de sólo Bis-GMA, resultó tener el módulo más alto, y a medida que

se agregó el SOC-IF-DMA se produjo una caída del módulo, hasta que al 100 % de

SOC-IF-DMA, la probeta resultó ser demasiado frágil, siendo incapaz de realizar la

evaluación por su alta fragilidad.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

82

Figura 54. Módulo de los polímeros obtenidos a partir de los compuestos dentales a base de

SOC-IF-DMA / Bis-GMA.

Lo mismo se cree que ocurrió en los datos obtenidos en temperatura de transición

vítrea (Tg) de la Figura 55 en estas formulaciones con SOC-IF-DMA. Sin embargo, los

valores de Tg para las diferentes formulaciones fueron similares entra las diferentes

concentraciones ubicándose entre 80 y 100°C.

Figura 55. Curvas Tan δ de los polímeros obtenidos de los compuestos dentales a base de

SOC-IF-DMA / Bis-GMA.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

83

5.6 Propiedades de Flexión

La prueba de flexión de tres puntos es la prueba mecánica más utilizada para evaluar

materiales con aplicación dental, debido a que combina los efectos de deformación

originados por compresión y tensión de tracción en una sola muestra. El rango de

valores para el módulo de flexión en una resina dental puede ser de 3 a 16 GPa y para

la resistencia a la flexión puede estar variando entre 50-150 Mpa. (Kim et al. 2002;

Leprince et al. 2010).

Los valores medios obtenidos de la resistencia a la flexión y del módulo elástico para

todos los compuestos dentales se presentan en la Tabla 8 y se evaluaron en base a la

Norma ISO 4049.

Se observó que el módulo de elasticidad (E) con el contenido de monómero Is-UDMA

al 25 y 50%, incrementó de manera constante, mostrando mejores propiedades. Esta

propiedad parecía depender de la CDE (reticulación) (Asmussen & Peutzfeldt 1998) y no

de la rigidez (o flexibilidad) de la cadena polimérica. El alto contenido de Bis- GMA en

estas formulaciones proporcionó rigidez a través de los grupos aromáticos, aunque la

elevada resistencia observada también podría reforzarse mediante interacciones

intermoleculares a través de los grupos OH de las unidades Bis-GMA (Barszczewska-

Rybarek 2009). Sin embargo, para las que contienen mayor contenido de Is-UDMA,

bajó la propiedad, debido a la elevada concentración de grupos flexibles derivadas de

los uretanos.

Se encontró que para las formulaciones a base de SOC-UDMA / Bis-GMA, la flexión

disminuía debido a la presencia de los grupos uretanos derivados del SOC-UDMA,

mientras que módulo se incrementa ligeramente, esto debido a que cuando se

incrementaba la concentración del SOC-UDMA, el material resultante se vuelve más

flexible, y el módulo es afectado, por la poca presencia de los grupos aromáticos del

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

84

Bis-GMA. La norma ISO 4049 establece como valor de flexión mínimo de 50 Mpa, por

lo que todas las formulaciones cumplen con este requisito.

Tabla 8. Resultados obtenidos de la resistencia a la flexión para los diferentes monómeros a las

distintas concentraciones.

Formulación Is-UDMA SOC-UDMA SOC-IF-DMA Comercial

Concentración Flexión

σ (MPa)

Módulo

E (MPa)

Flexión

σ (MPa)

Módulo

E (MPa)

Flexión

σ (MPa)

Módulo

E (MPa)

Flexión

σ (MPa)

Módulo

E (MPa)

0% Control 68.2 1323.5 101.3 3722.4 101.29 3722.4 - -

25% 65.4 1863.7 67.2 3913.6 55.138 3982.9 - -

50% 67.7 1926 78.3 3771.7 66.050 4492.8 - -

75% 33.4 1920.8 67 3279 47.116 5382.8 - -

100% 26 2259 77.4 3500.1 59.22 7161.3 44.7 4911.9

Valor mínimo para la flexión permitido por la Norma ISO-4049 ≥50 MPa

Para el caso de las formulaciones a base SOC-IF-DMA, resultó que al incrementar la

concentración de SOC-IF-DMA, el módulo aumentaba, obteniendo valores más altos

cuando se usa el monómero al 100% obteniendo 7161.30 Mpa y más bajas cuando se

usa solo el Bis-GMA. Esto puede ser debido a que el monómero SOC-IF-DMA es

altamente flexible, pero a la vez, la formación de grupos policarbonato (de Gee et al.

1993) derivados de la apertura de los anillos, resultan beneficiar la reticulación del

sistema, incrementando de esta manera el módulo obtenido. La norma internacional

ISO 4049, también hace referencia a que el valor mínimo de flexión requerido para este

tipo de material es 50MPa. Nótese que todos los compuestos formulados en las

condiciones establecidas en este estudio, superan este valor convencional.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

85

La resistencia a la flexión es una propiedad clave para los materiales de restauración y

puede determinarse antes de su selección en aplicaciones clínicas. La resistencia a la

flexión puede ser lo suficientemente alta para proporcionar resistencia a la fractura

(Haselton et al. 2002)..

5.6 Encogimiento

Algunos autores atribuyen que la contracción o encogimiento durante la polimerización

está relacionada con la conversión de los dobles enlaces (CDE) (Patel et al.

1987)(Stansbury et al. 2005), ya que se asume que la baja contracción durante la

polimerización está asociada con una baja conversión de los dobles enlaces. Así mismo

(Sideridou et al. 2002) refiere que la concentración de dobles enlaces presentes,

disminuye con el aumento del peso molecular del monómero. La contracción que

presentaron las diferentes formulaciones con monómeros evaluados como matriz, se

refleja en la Figura 56, donde se observa que los compuestos a base de Bis-GMA,

presentan la más alta contracción (19.2 N) debido a que este monómero tiene un peso

molecular de Mw= 512.59. Sin embargo, el SOC-UDMA mostró el comportamiento

esperado, reduciendo con éxito la contracción (8.8N) a pesar que estos compuestos

tienen un peso molecular de Mw=502.5. Mientras que el Is-UDMA posee un Mw= 851 y

el SOC-IF-DMA poseen un Mw=897, ambos con una contracción muy similar de 9 y 10

N, respectivamente, así mismo una resina comercial también evaluada a las mismas

condiciones presentó una contracción de 9.4 N.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

86

Este comportamiento se puede explicar por la expansión de volumen promovido por la

apertura del doble anillo del SOC-UDMA, lo que confirma que este monómero es

capaz de reducir hasta un 54.2%, cuando se comparó con Bis-GMA como referencia.

Para esta prueba la resina comercial alcanzó una reducción en el encogimiento de

hasta 51.1% con respecto al Bis-GMA y que es comparable este resultado al del SOC-

UDMA. Aun cuando se desconoce la composición de la resina comercial se puede

afirmar que algunas de las resinas preparadas en este estudio pudieran ser aplicadas

como material restaurativo haciendo competencia al Bis-GMA.

Figura 56. Valores obtenidos de encogimiento para las diferentes formulaciones.

5.7 Microfiltración de compuestos dentales en muestras dentales

Existen estudios y técnicas que referencian la evaluación de microfiltración directamente

en el esmalte dental in vitro(Singla et al. 2012; Baig et al. 2013). La técnica restaurativa

por incrementos o bloques, es la más utilizada debido a que permite una mejoría entre

02468

101214161820

Fuer

za (

N)

Contracción

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

87

el diente y la resina, resistiendo el estrés provocado por el encogimiento que proviene

de la resina dental (Hansen 1986; Lutz et al. 1991).

Los valores obtenidos para la filtración del indicador azul de metileno para cada una de

las formulaciones dentales se resumen en la Tabla 9. Se analizó la microfiltración de la

pared distal caja oclusal (PDCO) y el piso gingival de la caja proximal (PGCP). Cuando se

comparan ambas paredes, la caja proximal se obtiene el valor más alto.

Figura 57. Fotografías representativas obtenidas por el microscopio estereoscopio de las

diferentes formulaciones dentales.

Analizando los resultados obtenidos en la Tabla 9 en ensayos de microfiltración, fue

posible determinar que las formulaciones comerciales y Bis-GMA utilizadas, como

controles o referencias, mostraron altos valores de microfiltración cuando se

sumergieron en una solución de azul de metileno.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

88

Para el Is-UMDA y la resina comercial, resultaron ser similares en cuanto los valores

obtenidos, y los espiroortocarbonatos, mostraron la mínima filtración. Estos resultados

obtenidos concuerdan con los obtenidos en la prueba de contracción Dado que el

encogimiento es directamente proporcional a la microfiltración, si el polímero obtiene

una mayor contracción por lo que la filtración será mayor.

Tabla 9. Valores promedio de microfiltración obtenidos para las diferentes formulaciones

dentales.

Muestra

Promedios de la microfiltración en

órganos dentales

Pared (PDCO) Piso gingival (PGCP)

Resina Comercial 1.1 1.6

Bis-GMA 2.4 2.2

Is-UDMA 1.2 1.4

SOC-UDMA 0.6 0.8

SOC-IF-DMA 0.7 0.5

5.8 Ensayo de Citotoxicidad

En la Figura 58 podemos observar el % de viabilidad de cada uno de los monómeros y

los compósitos cuando son formulados. Si el porcentaje de viabilidad está por arriba del

70% la muestra es considerada como no tóxica. El Is-UDMA como monómero puro, fue

el único con un porcentaje de viabilidad del 100%, es decir no presenta ningún tipo de

toxicidad ni riesgo para la salud. Los monómeros Bis-GMA, SOC-UDMA y SOC-IF-DMA,

presentaron un porcentaje de viabilidad inferior al 50%, lo que indica que el monómero

sin polimerizar resulta ser tóxico.

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

89

Cuando fueron evaluadas las formulaciones como compósitos, es decir, con todos los

componentes de la formulación dental, los valores obtenidos del porcentaje de

viabilidad fueron diferentes, obteniendo para el Is-UDMA un valor de 92% de viabilidad,

resultando no ser tóxico como compósito. Para el SOC-IF-DMA se obtuvo un valor de

76 % de viabilidad, lo que significa que es no tóxico cuando se formula con el resto de

los componentes, ya que la concentración de SOC-IF-DMA, aporta una concentración

mínima al compósito final, restando toxicidad a la formulación dental. Sin embargo, el

Bis-GMA y SOC-UDMA, resultaron estar por debajo del 70% permitido, aunque están

muy cerca de este valor, ya que se obtiene el 68% de viabilidad para el SOC-UDMA y

65% para el Bis-GMA.

Figura 58. Gráfica del porciento de viabilidad para los diferentes monómeros como para los

compósitos obtenidos en las diferentes formulaciones dentales.

5.9 Comparación de los monómeros Is-UDMA, SOC-UDMA, SOC-IF-DMA.

Monómero

Compósito

0

25

50

75

100

Bis-GMA Is-UDMA SOC-UDMA SOC-IF-DMA

% d

e V

iab

ilid

ad

Citotoxicidad

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

90

Cada uno de los tres monómeros sintetizados, mostraron tener diferentes cualidades.

Sin embargo, podemos destacar principalmente al monómero Is-UDMA, ya que

presentó ser un compuesto con nula toxicidad, tanto como monómero como en el

compósito, además al ser formulado en conjunto con el Bis-GMA al 50%, promovió la

mejora en las distintas propiedades mecánicas, por lo que el Is-UDMA posee un alto

potencial para remplazar al Bis-GMA.

Por otra parte, los monómeros de tipo espiroortocarbonato, sus principales ventajas

resultaron ser la inhibición del encogimiento y al combinarse con el Bis-GMA, ambos

monómeros mostraron mejora en las propiedades evaluadas como compositos finales,

sobre todo cuando se utilizan relaciones de SOC´s/ Bis-GMA al 50%.

|

0

CONCLUSIONES

90

6. Conclusiones

• Se lograron sintetizar tres distintos monómeros del tipo uretano dimetacrilatos,

uno de ellos se obtuvo a partir de isosorbide como material biobasado (Is-

UDMA), los otros dos (SOC-UDMA y SOC-IF-DMA) fueron obtenidos a partir de

un dialcohol espiroortocarbonato (SOC-Diol). Los nuevos monómeros acrílicos

fueron utilizados para sustituir, parcial o totalmente, el monómero Bis-GMA

como una resina matriz en formulaciones dentales.

• Se logró obtener una formulación óptima a base de Bis-GMA, variando la

concentración matriz-relleno, donde se obtuvieron mejores valores de

resistencia a la flexión y módulo elástico.

• Nuevas formulaciones dentales fueron obtenidas a base de Is-UDMA, SOC-

UDMA y SOC-IF-DMA, a diferentes concentraciones (0, 25, 50 75 y 100%) de los

monómeros sintetizados.

• Se encontró que los valores de conversión de doble enlace más altos,

corresponden a las formulaciones de monómeros puros Is-UDMA, SOC-UDMA y

SOC-IF-DMA que en cualquier relación con Bis-GMA. Esto, debido a la presencia

de grupos uretano que incrementan el grado de conversión.

• La contracción volumétrica originada durante la polimerización, fue menor para

las formulaciones que contienen los monómeros espiroortocarbonato (SOC-

UDMA y SOC-IF-DMA) debido a la presencia de los grupos espiroortocarbonato

que ayudan a reducir la contracción por la doble apertura de anillos, durante la

fotopolimerización.

• La prueba de absorción y solubilidad de agua, en las diferentes formulaciones

dentales, resultaron estar dentro de los límites permisibles que establece la

Norma ISO 4049. Sin embargo, los nuevos monómeros sintetizados a base de

CONCLUSIONES

91

SOCs, presentaron valores de absorción de agua más altos, debido a la

naturaleza del monómero.

• Se encontró que al combinar el BisGMA con los monómeros sintetizados a un

50%, resultó en una mejora en la mayoría de las propiedades evaluadas. Tal

mejora se atribuye al grado de reticulación y la rigidez / flexibilidad de las

cadenas políméricas.

• En relación a la prueba de flexión en tres puntos, se encontró que todas las

formulaciones que contienen los monómeros sintetizados cumplen con los

parámetros establecidos dentro de la Norma ISO 4049 (≤ 50 MPa).

• La microfiltración en las resinas dentales formuladas con el monómero Is-UDMA,

resultó con valores muy similares al comparado con la resina comercial y los

mejores resultados se obtuvieron para las formulaciones a base de SOC´s

comparadas con las comerciales, por lo que se asume que estos materiales

tienen alto potencial para ser utilizados como restauradores dentales.

• La prueba de citotoxicidad confirma que el monómero biobasado Is-UDMA,

posee una nula toxicidad, de la misma manera resultó al ser evaluado como

compósito dental.

• Los monómeros a base de SOC´s resultaron ser tóxicos, sin embargo, al ser

evaluados como compósitos dentales, la toxicidad disminuyó

considerablemente, debido a que los monómeros son utilizados a una

concentración baja con respecto al resto de la formulación.

•

•

|

0

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resins and composites. In Dental Materials. pp. 56–67.

Stansbury, J.W., 1992. Synthesis and Evaluation of Novel Multifunctional Oligomers for

Dentistry. Journal of Dental Research, 71(3), pp.434–437. Available at:

http://jdr.sagepub.com/cgi/doi/10.1177/00220345920710030201 [Accessed March

16, 2017].

Stansbury, J.W. & Bailey, W.J., 1990. Evaluation of Spiro Orthocarbonate Monomers

Capable of Polymerization with Expansion as Ingredients in Dental Composite

Materials. In Progress in Biomedical Polymers. Boston, MA: Springer US, pp. 133–

139. Available at: http://link.springer.com/10.1007/978-1-4899-0768-4_14 [Accessed

March 14, 2017].

Thompson, V.P., Williams, E.F. & Bailey, W.J., 1979. Dental Resins with Reduced

Shrinkage During Hardening. Journal of Dental Research, 58(5), pp.1522–1532.

Available at: http://jdr.sagepub.com/content/58/5/1522.short.

Wang, S. et al., 2015. Synthesis of silsesquioxane urethane hybrid materials by a

modified sol–gel process. New J. Chem., 39(12), pp.9789–9799. Available at:

http://xlink.rsc.org/?DOI=C5NJ00960J [Accessed April 20, 2017].

Willems, G. et al., 1993. Hardness and young’s modulus determined by nanoindentation

technique of filler particles of dental restorative materials compared with human

enamel. Journal of Biomedical Materials Research, 27(6), pp.747–755.

•

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0

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

104

8. Productos de Investigación y Desarrollo derivados de la Tesis

Doctoral

8.1 Artículos originales de Investigación Publicadas en revistas de prestigio internacional

1. Biobased isosorbide methacrylate monomer as an alternative to bisphenol A

glycerolate dimethacrylate for dental restorative applications.

María Lydia Berlanga Duarte, Luis Alberto Reyna Medina, Patricia Torres Reyes, Sergio

Emmanuel Gonzalez Perez, Ana María Herrera González.

Revista: J. APPL. POLYM. SCI. 2017, DOI: 10.1002/APP.44591 (Accepted October 2016) y

publicado en linea en Nov 2016

2. Preparation and Study of Shape Memory in Epoxy Resins.

Berlanga Duarte M. Lydia*, Aranda Guevara Fernando, Reyna Medina Luis A.

Revista: Macromolecular Symposia.

Articulo aceptado para su publicación en 2017

8.2 Artículos nacionales de divulgación

1. Polímeros con memoria de forma y nuevos monómeros con aplicación dental.

Autores: Maria Lydia Berlanga Duarte, Luis Alberto Reyna Medina, Fernando Aranda

Revista Nacional: Plastics Technology México. Pags 74-75 marzo 2016

2.Nueva Formulación fotocurable a partir de una fuente renovable y su evaluación

como material restaurativo dental

Autores: Maria Lydia Berlanga Duarte, Fuentes Camacho Cesar, Luis Alberto Reyna

Medina, Torres reyes Patricia.

Revista: Contexto Odontologico. ISSN 2007-3461. Oct 2016

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

105

8.3 Artículos publicados en extenso en memorias de congresos internacionales con

arbitraje.

1. Maria Lydia Berlanga Duarte*, Luis Alberto Reyna Medina, Ricardo Acosta Ortiz; Aida

Esmeralda Garcia, Sergio Gonzales

Sintesis de un nuevo Monómero del Isosorbide (ISDIUDMA) para aplicaciones dentales

36 congreso internacional de metalurgia y materiales

Saltillo, Coahuila 5-7 noviembre del 2014.

2.- M.L. Berlanga Duarte*, L. A. Reyna Medina, D.Olivares Morales y P. Torres Reyes.

Nuevo composito dental fotopolimerizable empleando un monómero

espiroortocarbonato con propiedades de antiencogimiento.

37.5 Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales. Instituto tecnológico de Saltillo

Coahuila, Mexico.

ISSN: 2007-9540 pags 113-119. Edición especial. Diciembre 2016

8.4 Artículos publicadas en extenso en memorias de congresos nacionales con

arbitraje

Berlanga Duarte María Lydia*, Fuentes Camacho Cesar, Reyna Medina Luis Alberto,

Torres Reyes Patricia.

Nueva formulación fotocurable a partir de uma fuente renovable y su evaluación como

mateial restaurativo dental.

Revista: Contexto Odontológico (Revista Oficial de la Unidad académica de odontología

de la Univeridad Autonoma de Zacatecas

ISSN 2007-3461 Oct 2016 pags 357-365

8.5 Patentes Patentes Nacionales registradas

Proceso para la preparación de un monómero biobasado Is-UDMA y su uso en el

desarrollo de formulaciones dentales a base de Is-UDMA y Bis-GMA con propiedades

de antiencogimiento y baja microfiltración para aplicación en restauraciones dentales.

Autores: Maria Lydia Berlanga Duarte, Luis Alberto Reyna Medina

No. Expediente: MX/a/2016/017077

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

106

Folio: MX/E/2016/092593

Fecha: 19/Dic/2016

8.6 Divulgación Científica

Presentación en congresos Internacionales

1.Síntesis de un nuevo Monómero del Isosorbide (ISDIUDMA) para aplicaciones dentales

María Lydia Berlanga Duarte*, Luis Alberto Reyna Medina, Ricardo Acosta Ortiz, Aida

Esmeralda Garcia, Sergio Gonzales.

36 Congreso internacional de metalurgia y materiales

Saltillo, Coahuila 5-7 noviembre del 2014.

2.Preparación y Evaluación de un monómero tipo acrilato-uretano obtenido del

isosorbide (ISUDMA) como Fuente natural comparado con diferentes monómeros

empleados en resinas dentales

Torres Reyes Patricia*, Berlanga Duarte M.L, Reyna Medina L.A, Gonzalez Perez Sergio

XLVII Reunión Annual SAIO (Sociedad Argentina de Investigación Odontologica

International Association for Dental Research)

Llevó a cabo en Rosario, república de Argentina del 13 al 15 de noviembre de 2014

3. Preparación y evaluación de un monómero tipo acrilato-uretano obtenido del

isosorbide (ISUDMA) como fuente natural comparado con diferentes monómeros

empleados en resinas dentales

Berlanga Duarte ML, Reyna Medina L.A, Torres Reyes P, González Pérez S. E.

XLVII Reunión Anual de la Sociedad Argentina de Investigación Odontológica

13 al 15 de nov 2014

4. Synthesis of a novel and intelligent urethane spiroorthocarbonate acrylate monomer

(SOCUDMA) for application in dental resins

Fourth international conference on multifunctional, hybrid and nanomaterials

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

107

M. L Berlanga, Luis A. Reyna M, Torres Reyes, O. A. Aguirre Elizondo

9-13 MARCH 2015 IN SITGES, SPAIN (NEAR BARCELONA)

5. Síntesis de un monómero acrilato-uretano (ISUDMA) derivado de una fuente natural

“Isosorbide” y su aplicación en órganos dentales.

VII Encuentro Nacional de Cuerpos Académicos y III Encuentro Internacional de grupos

de Investigación en Odontología

Reyna Medina L. A., Berlanga Duarte María Lydia, Torres Reyes P, González Pérez S.E.

25-27 Marzo del 2015. Hotel Camino Real Saltillo Coahuila

(EL ESTUDIANTE OBTUVO PRIMER LUGAR EN CIENCIA BASICA)

6. Síntesis de un nuevo monómero inteligente fotocurable del tipo Ortoespirocarbonato

acrilato (SOC-IF-DMA) con propiedades de antiencogimiento y su estudio en la

microfiltración en órganos dentales.

Luis Alberto Reyna Medina, María Lydia Berlanga, Patricia Torres, Oscar A. Aguirre

Elizondo.

23 Congreso Internacional de Posgrados

Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Facultad de estomatología

27-29 de Agosto 2015

7. Preparación de formulaciones dentales fotocurables empleando como matriz un

monómero tipo acrilato uretano con memoria de forma (ISUDMA) y diferentes

evaluaciones comparativas con monómeros acrílicos dentales.

Maria Lydia Berlanga, Luis Alberto Reyna Medina, Karina Lizeth González,

Patricia Torres,

23 Congreso internacional de posgrados

Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Facultad de estomatología

27-29 de Agosto 2015.

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

108

8. Synthesis of a novel photocurable urethane spiroorthocarbonate acrylate monomer

(SOCUDMA) and their study of antishrinking properties in dental composite resins

Autores: Luis Alberto Reyna Medina, Maria Lydia Berlanga Duarte

Presentación Oral y cartel

Polymat Spotlight. 21 – 24 junio 2016

San Sebastian España.

9. A novel bio-based photocurable acrylate monomer (ISDHUDMA) for application in

restorative dental resins

Autores: Maria Lydia Berlanga Duarte, Luis Alberto Reyna Medina, Cesar Eduardo

Fuentes Camacho

Presentación:cartel

Polymat. 21 – 24 junio 2016

San Sebastian España.

10. Novel photocurable dental formulations derived from new acrylic

spiroorthocarbonates monomers and the study of their antishrinking properties in

restorative dental resins

Autores: Luis Alberto Reyna Medina, Maria Lydia Berlanga

XXV International Material Research Congress (IMRC)

14-19 August 2016/ Cancun México.

Presentación en Congresos Nacionales

1. “Evaluación de propiedades fisicomecanicas de un nuevo polímero acrílico con

memoria de forma derivado de una fuente natural para aplicación dental”

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

109

II Jornadas de Investigación Odontologica “Eugenio Mártinez Bravo”, Instituto de

investigaciones odontológicas INIVO, de la unidad académica de Odontología.

Zacatecas, México.

Maria Lydia Berlanga Duarte*, Luis Alberto Reyna Medina, Patricia Torres, Gonzales

Karina Lizeth

3 y 4 noviembre del 2015.

Modalidad: (CARTEL)

2. “Nueva Formulación fotocurable a partir de una Fuente renovable y su evaluación

como material restaurativo dental.”

Berlanga Duarte Maria Lydia, Fuentes Camacho Cesar, Reyna Medina Luis Alberto,

Torres reyes Patricia, Adrian delgado Arteaga.

III Jornadas de Investigación Odontologica

Universidad Autonoma de Zacatecas, unidad academica de odontología.

26-28 Octubre 2016 Zac. Mexico.

Modalidad: (CARTEL)

8.7 Dirección de Tesis de licenciatura y maestría

Tesis Maestria

1. “Evaluación de propiedades de un nuevo monómero inteligente fotocurable tipo

Ortoespirocarbonato uretano acrilato (SOCIFDMA) para aplicación en orgános

dentales”

Alumno: Oscar Abdiel Aguirre Elizondo

Asesor: Maria Lydia Berlanga Duarte

Coasesor: Luis Alberto Reyna Medina (estudiante Doctorado CIQA)

Fecha Titulación: 19 de junio de 2015

Grado: Maestría en ciencias odontológicas

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

110

Facultad de odontología de la UADEC

2. “Preparación de nuevas formulaciones dentales fotocurables con bajo encogimiento,

empleando un nuevo monómero Ortoespirocarbonato acrílico (SOCUDMA)”

Alumno: David Olivares Morales

Asesor: María Lydia Berlanga Duarte

Coasesor: Luis Alberto Reyna Medina (estudiante Doctorado CIQA)

Director UADEC: Patricia Torres

Fecha Titulación: 15 de junio del 2016

Grado: Maestría en ciencias odontológicas

Facultad de odontología de la UADEC

Tesis Licenciatura

1.” Síntesis y Evaluación de un nuevo monómero Uretano Acrilato a partir del Isosrbide

(ISUDMA) como fuente natural renovable para una aplicación en resinas dentales”

ALUMNO: Sergio Emmanuel González Pérez

Asesor: María Lydia Berlanga

Coasesor: Luis Alberto Reyna Medina (Estudiante de doctorado del CIQA)

Fecha de titulación: Diciembre 2014

Institución: Facultad de odontología. UADEC

Titulo con Mención Honorifica

2. “Evaluación de un nuevo monómero con memoria de forma comparado con

diferentes monómeros empleados actualmente en resinas dentales”

ALUMNO: Karina Janeth González Delgado

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

111

Asesor: María Lydia Berlanga

Coasesor: Luis Alberto Reyna Medina

Fecha de titulación: 17 de noviembre 2015

Institución: Facultad de odontología. UADEC

Grado: Cirujano dentista

Aprobada por Unanimidad

3. “Síntesis de un nuevo monómero fotocurable biobasado y su evaluación como material

restaurativo dental”

ALUMNO: Cesar Eduardo Fuentes Camacho

Asesor: María Lydia Berlanga

Coasesor: Luis Alberto Reyna Medina

Fecha de titulación: 2 de febrero 2017

Institución: Facultad de odontología. UADEC

Grado: Cirujano dentista

Aprobada por Unanimidad

8.8 Otros productos, obtenidos durante el periodo de investigación de la tesis

docotoral

Presentación en Congresos Nacionales

“Modificación química de una resina epoxica mediante nuevos agentes de curado tipo alil

amina para la obtención de nuevos polímeros con memoria de forma.”

4ª Reunión de jóvenes investigadores 2015. Instituto tecnológico de la Laguna

8. PODUCTOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

112

Fernando Aranda Guevara (estudiante licenciatura), María Lydia Berlanga Duarte*, Luis

Alberto Reyna Medina

Del 27 al 30 Octubre 2015 en la Cd. Torreón Coahuila, México.

(oral)

Nota: Obtención del 3er lugar en la presentación del proyecto