Skleněné ionomerní cementy

5.4.1 Skleněné ionomerní cementy

Skleněné ionomerní cementy (GIC) se v zubním lékařství hojně používají jako lutingové cementy, základní cementy a jako výplňové materiály v zubních náhradách s nízkou nosností. V poslední době se GIC navrhují pro použití i v jiných lékařských oborech, a to díky své biokompatibilitě a schopnosti vázat se přímo na kost. Tyto aplikace zahrnují umělé ušní boltce, kostní náhradní desky pro kraniofaciální rekonstrukce a ortopedickou chirurgii jako kostní cement (Gu et al., 2005).

GIC mají přirozenou schopnost přilnout ke sklovině a dentinu a mohou být umístěny do zubních dutin s minimální přípravou a bez nutnosti použití pojiva. Jak již bylo zmíněno, jsou biokompatibilní a nejsou tolik ovlivňovány vlhkostí jako materiály na bázi pryskyřice. Také koeficient tepelné roztažnosti GIC se blíží koeficientu tepelné roztažnosti struktury zubu. Přestože mají barvu zubu, představují horší estetickou kvalitu ve srovnání s většinou současných kompozitních pryskyřic, ale jejich hlavní nevýhodou jsou jejich mechanické vlastnosti, pevnost a houževnatost. Konvenční GIC se vytvářejí acidobazickou reakcí mezi polyakrylovou kyselinou a práškovým hlinitokřemičitým sklem. Chemie a složení základního skla a polyakrylové kyseliny ovlivňují reakci tuhnutí i vlastnosti GIC. Například zvýšení molekulové hmotnosti polyakrylové kyseliny vede ke zlepšení mechanických vlastností, ale snižuje manipulační vlastnosti (Wilson et al., 1989). Také při použití skleněných částic vyrobených metodou melt-quench se dosahuje vyšších pevností v tlaku a dvouosém ohybu a zkracuje se doba tuhnutí a opracování ve srovnání s cementy, které obsahují skleněné částice zpracované sol-gelovou cestou, a to i v případě, že skleněné částice mají stejné složení a liší se pouze způsobem zpracování (Wren et al., 2009). Lepších mechanických vlastností se dosahuje přidáním hydrofilních monomerů a polymerů, jako je HEMA, k polyakrylové kyselině a pryskyřicí modifikovanému skelnému ionomeru, které se objevily na trhu. Některé z nich jsou vytvrzovány světlem, což však doplňuje základní acidobazickou reakci přídavkem fotoiniciátorů a obvykle je nutný další krok spojování dentinu a skloviny (Coutinho et al., 2009). GIC obsahují fluoridy. Fluorid snižuje teplotu tání skla, snižuje index lomu skla, což dává vzniknout opticky průsvitným cementům, a především má úlohu inhibitora zubního kazu. Fluorid je součástí hlinitokřemičitého skla (Griffin a Hill, 2000). Podle Dhondta et al. (2001) a Xu a Burgesse (2003) se v matrici cementu během tuhnutí vytváří důležitý rezervoár fluoridů a GIC vykazují dlouhodobé uvolňování fluoridů, přestože cement byl již vytvrzen, a lze jej částečně doplnit z fluoridových produktů.

Kromě chemického složení skla a kyseliny polyakrylové řídí tuhnutí a mechanické vlastnosti GIC také kontaktní plocha mezi těmito složkami. Pomocí nanotechnologií bylo navrženo několik modifikací práškového skloionomerního materiálu, většinou za účelem zlepšení mechanických vlastností cementu. Nahrazení 10 % nebo 20 % mikrogranulárních skleněných částic prášku stejným procentem nanogranulárního skla, přestože nanogranulární částice jsou začleněny dalším mletím makrogranulárních částic a mají stejné složení, ovlivňuje fyzikální a mechanické vlastnosti skelných ionomerů. Protože nanočástice skla vykazují větší reaktivitu, zkracuje se doba tuhnutí cementu a zvyšuje se pevnost v tlaku a Youngův modul. Pokud skleněné nanočástice obsahují fluoridy, doba tuhnutí, pevnost v tlaku a Youngův modul se ještě zvýší, ale uvolňování fluoridů se sníží. Také tyto cementy vykazují další pokles pevnosti v tlaku při termocyklaci ve srovnání s cementy s mikrogranulárními skleněnými částicemi (De Caluwé et al., 2014).

Výzkumníci také testovali vliv přídavku dalších nanočástic. Přídavek 3 % a 5 % hm. nanočástic TiO2 zlepšil lomovou houževnatost, pevnost v ohybu a pevnost v tlaku, ale u skloionomerů obsahujících 7 % TiO2 byl zjištěn pokles mechanických vlastností. Povrchová mikrotvrdost byla zhoršena přídavkem 5 % a 7 % w/w nanočástic TiO2. Doba tuhnutí, pevnost vazby a uvolňování fluoridů nebyly narušeny. Rovněž antibakteriální aktivita byla lepší. Autoři předpokládají, že nanočástice díky své malé velikosti vyplňují prázdné prostory mezi velkými částicemi a působí jako další vazebná místa pro polyakrylový polymer, čímž zpevňují skloionomerní materiál. Při nadměrném zvýšení podílu nanočástic může dojít k tomu, že kyselina polyakrylová se nebude dostatečně účinně vázat se zvýšeným množstvím nanočástic TiO2, a tím se oslabí mezifázová vazba mezi částicemi a ionomerní matricí (Elsaka et al., 2011). Nanobiokeramické částice v podílu 5 % hm. mohou být inkorporovány do komerčního práškového skloionomerního materiálu. Cementy s přídavkem nanohydroxyapatitu a fluoroapatitu vykazovaly vyšší pevnost v tlaku, diametrální pevnost v tahu, biaxiální pevnost v ohybu a vyšší pevnost vazby k dentinu po 7 a 30 dnech skladování v destilované vodě. Odolnost vůči demineralizaci je uváděna lepší, ale doba tuhnutí je nadměrně prodloužena (Moshaverinia et al., 2008). Pevnost vazby je lepší také při přídavku 10% nanohydroxyapatitu (Lee et al., 2010). Zkoumal se také přídavek nanokrystalického hydroxyapatitu s nedostatkem vápníku. Zvýšením podílu nanočástic (5, 10 a 15 % hm.) bylo zaznamenáno zvýšení pevnosti v tlaku, procenta uvolňování iontů, úbytku hmotnosti a snížení povrchové mikrotvrdosti. Výsledný cement vykazuje lepší vlastnosti pro ortopedické a ortodontické aplikace (Goenka et al., 2012). Do GIC se také začleňuje biosklo, ale dosud se používaly mikročástice bioskla.

Nanotechnologie je zaměřena na výrobu a použití syntetických nanomerních a nanoklastrových nanočástic zirkonia a oxidu křemičitého s upraveným povrchem. Je důležité zmínit, že nanočástice, které se používají v kompozitních pryskyřicích, jsou ve vodném roztoku ze své podstaty nekompatibilní a dávají vzniknout vizuálně neprůhledným formulacím. Je nutná odlišná úprava nanočástic směsí silanů, které pomáhají udržovat optimální hydrofilní/hydrofobní rovnováhu (Falsafi et al., 2014). Částečná náhrada fluoroaluminosilikátových skleněných částic povrchově modifikovanými skleněnými plnivy zlepšila leštění (Bala et al., 2012), odolnost proti otěru, uvolňování fluoridů a chování pryskyřic GIC při dobíjení (Mitra et al., 2011). Na druhou stranu jiní výzkumníci potvrzují, že kumulativní uvolňování fluoridů u GIC s nanovrstvou modifikovanou pryskyřicí bylo menší ve srovnání s konvenčními a pryskyřicí modifikovanými GIC, které si byly navzájem velmi podobné, a nanoionomer vykazuje menší, ale stabilní uvolňování fluoridů (Upadhyay et al., 2013). GIC s nanopryskyřicí, stejně jako konvenční skleněný cement, interaguje s dentinem a sklovinou velmi povrchově, bez známek demineralizace a/nebo hybridizace. Mikromechanické propojení je omezené a hlavní roli hraje chemická interakce (Coutinho et al., 2009). Hydroxyapatit zubu interaguje s metakrylátovou polykarboxylovou kyselinou cementu a vytváří iontovou vazbu (Falsafi et al., 2014). Bohužel pevnost vazby nanoionomeru s dentinem a sklovinou je sice účinná, ale ve srovnání s vazbou GIC modifikovanou pryskyřicí je méně účinná (Coutinho et al., 2009). Také mechanické vlastnosti nanoionomerních materiálů časem degradují, když jsou ponořeny do roztoků (Moreau a Xu, 2010), a nanoplniva nezlepšila odolnost nanoionomerů vůči degradaci (de Paula a kol., 2014).

Ačkoli GIC mají do určité míry antimikrobiální vlastnosti (Herrera a kol., 1999; Magalhães a kol., 2012), pro zvýšení antibakteriálního účinku se do nich začleňují také antibakteriální nanočástice. Antimikrobiální nanočástice složené z chlorhexidin-hexametafosfátu v několika procentech byly začleněny do komerčního GIC. Díky nanočásticím bylo uvolňování chlorhexidinu postupné a trvalo nejméně 33 dní. Tato doba je delší než u jiných forem chlorhexidinu, jako je chlorhexidin diacetát, které se používaly v minulosti. Uvolňování fluoridu nebylo významně ovlivněno, ale snížila se diametrální pevnost v tahu, ale ne statisticky významným způsobem. Proto je náhrada skleněným práškem, až do 20 % nanočástic chlorhexidinu, vhodná a přínosná pro klinické použití (Hook et al., 2014). Přídavek nanočástic QA-PEI, inkorporovaných v nízké koncentraci (1 % hm.), vykazuje silný antibakteriální účinek, který trvá nejméně 1 měsíc. Skutečnost, že při agarovém difuzním testu nevzniká žádná inhibiční zóna, ačkoli přímý kontaktní test vykazuje inhibici bakterií, naznačuje, že nanočástice jsou stabilizovány v cementové matrici a nedochází k jejich vyplavování (Beyth et al., 2012). Vitrebond vykazoval zvýšenou baktericidní aktivitu inkorporací nanočástic stříbra (Magalhães et al., 2012).