Glasionomercement

5.4.1 Glasionomercementer

Glasionomercementer (GIC) anvendes i vid udstrækning inden for tandplejen som fastgørelsescementer, basiscementer og som fyldningsmaterialer i lavt belastede tandrestaurationer. For nylig er GIC’er også blevet foreslået til anvendelse inden for andre medicinske områder på grund af deres biokompatibilitet og deres evne til at binde sig direkte til knoglen. Disse anvendelser omfatter kunstige øreknogler, knogleerstatningsplader til kraniofacial rekonstruktion og ortopædkirurgi som knoglecement (Gu et al., 2005).

GIC’er har den iboende evne til at klæbe til emalje og dentin og kan placeres i tandhuller med minimal præparation og uden brug af et bindemiddel. Som tidligere nævnt er de biokompatible og påvirkes ikke så meget af fugt som resinbaserede materialer. Desuden er den termiske udvidelseskoefficient for GIC tæt på den samme som for tandstruktur. På trods af at de er tandfarvede, har de en ringere æstetisk kvalitet sammenlignet med de mest moderne kompositresiner, men deres største ulempe er deres mekaniske egenskaber, styrke og sejhed. Konventionelle GIC’er hærdes ved en syre-base-reaktion mellem en polyakrylsyre og et aluminosilikatglaspulver. Kemien og formuleringen af det basiske glas og polyacrylsyren påvirker både hærdningsreaktionen og GIC’ernes egenskaber. F.eks. resulterer en forøgelse af polyakrylsyrens molekylvægt i forbedrede mekaniske egenskaber, men reducerer håndteringsegenskaberne (Wilson et al., 1989). Når der anvendes glaspartikler fremstillet ved smelteblødning, opnås der også højere styrke ved kompression og biaxial bøjning og kortere hærdnings- og forarbejdningstider sammenlignet med cementer, der indeholder glaspartikler, som er behandlet ved sol-gel-metoden, selv om glaspartiklerne har samme sammensætning og kun adskiller sig fra hinanden ved forarbejdningsmetoden (Wren et al., 2009). Der opnås bedre mekaniske egenskaber ved at tilsætte hydrofilt monomerer og polymerer som HEMA til polyakrylsyre og harpiks-modificeret glasionomer, som er kommet på markedet. Nogle er lyshærdede, men dette er et supplement til den basiske syre-base-reaktion ved tilsætning af fotoinitiatorer, og normalt er der behov for et ekstra trin med binding af dentin og emalje (Coutinho et al., 2009). GIC’er indeholder fluorid. Fluorid sænker glassets smeltetemperatur, sænker glassets brydningsindeks, hvilket giver optisk gennemskinnelige cementer, og frem for alt har det en carieshæmmende funktion. Fluorid er inkorporeret i aluminosilikatglas (Griffin og Hill, 2000). Ifølge Dhondt et al. (2001) og Xu og Burgess (2003) opbygges der et vigtigt fluoridreservoir i cementmatrixen under hærdningen, og GIC’er udviser langtidsfrigivelse af fluorid, selv om cementen er hærdet, og den kan delvist genoplades fra fluoridprodukter.

Afhængigt af den kemiske sammensætning af glasset og polyakrylsyren styrer kontaktområdet mellem disse komponenter også hærdningen og de mekaniske egenskaber af GIC. Ved hjælp af nanoteknologi er der blevet foreslået adskillige modifikationer af glasionomerpulveret, hovedsagelig for at forbedre cementens mekaniske egenskaber. Udskiftning af 10 % eller 20 % af de mikrogranulære glaspartikler i pulveret med den samme procentdel nanogranulært glas, selv om de nanogranulære partikler er indarbejdet ved yderligere formaling af de makrogranulære partikler og har samme sammensætning, påvirker glasionomerens fysiske og mekaniske egenskaber. Da glasnanopartikler udviser større reaktivitet, bliver cementens hærdningstid kortere, og trykstyrken og Young-modulet øges. Hvis glasnanopartikler indeholder fluorid, øges hærdetiden, trykstyrken og Young-modulet endnu mere, men fluoridfrigivelsen falder. Desuden viser disse cementer et yderligere fald i deres trykstyrke ved termocykling sammenlignet med mikrogranulære glaspartikelcementer (De Caluwé et al., 2014).

Forskerne testede også effekten af tilsætning af andre nanopartikler. Tilsætning af 3 % og 5 % w/w TiO2-nanopartikler forbedrede brudstyrke, bøjningsstyrke og trykstyrke, men der blev fundet et fald i de mekaniske egenskaber for glasionomerer, der indeholdt 7 % TiO2. Overflademikrohårdheden blev forringet ved tilsætning af 5 % og 7 % w/w TiO2 nanopartikler. Hærdningstiden, bindingsstyrken og fluoridfrigivelsen blev ikke forringet. Den antibakterielle aktivitet var også bedre. Forfatterne formoder, at nanopartikler på grund af deres lille størrelse udfylder de tomme rum mellem de store partikler og fungerer som yderligere bindingssteder for polyakrylpolymeren og derved forstærker glasionomermaterialet. Når procentdelen af nanopartikler øges for meget, kan der være utilstrækkelig polyakrylsyre til at binde effektivt med den øgede mængde TiO2-nanopartikler og dermed svække grænsefladebindingen mellem partiklerne og ionomermatrixen (Elsaka et al., 2011). Nanobiokeramiske partikler i en procentdel på 5 % w/w kan inkorporeres i kommercielt glasionomerpulver. Nanohydroxyapatit- og fluoroapatittilføjede cementer udviste højere kompressionsstyrke, diametral trækstyrke, biaxial bøjningsstyrke og højere bindingsstyrke til dentin efter 7 og 30 dages opbevaring i destilleret vand. Modstandsdygtigheden over for demineralisering omtales som værende bedre, men hærdetiden er overforøget (Moshaverininia et al., 2008). Bindingsstyrken er også bedre ved tilsætning af 10 % nanohydroxyapatit (Lee et al., 2010). Nanokrystallinsk calciumfattig hydroxyapatittilsætning blev også undersøgt. Ved at øge nanopartikelprocenten (5, 10 og 15 vægtprocent) blev der bemærket en stigning i trykstyrke, procentdel af ionfrigivelse, vægttab og et fald i overflademikrohårdhed. Den resulterende cement viser forbedrede egenskaber til ortopædiske og ortodontiske anvendelser (Goenka et al., 2012). Bioglas er også inkorporeret i GIC, men indtil nu har man anvendt mikropartikler af bioglas.

Nanoteknologi sigter mod fremstilling og brug af syntetiske nanomer- og nanoklyngeoverflademodificerede nanopartikler af zirconiumoxid og silica. Det er vigtigt at nævne, at de nanopartikler, der anvendes i kompositharser, i sagens natur er uforenelige i vandig opløsning og giver anledning til visuelt uigennemsigtige formuleringer. Det er nødvendigt med en anden behandling af nanopartikler med en blanding af silaner, der bidrager til at opretholde en optimal hydrofil/hydrofobisk balance (Falsafi et al., 2014). Delvis udskiftning af fluoroaluminosilikatglaspartikler med overflademodificerede glasfyldstoffer forbedrede polering (Bala et al., 2012), slidstyrke, fluoridfrigivelse og genopladningsadfærd af GIC’er af harpiks (Mitra et al., 2011). På den anden side støtter andre forskere, at den kumulative fluoridfrigivelse af nanofyldte harpiks-modificerede GIC’er var mindre sammenlignet med de konventionelle og harpiks-modificerede GIC’er, som var meget lig hinanden, og nanoionomeren udviser mindre, men stabil fluoridfrigivelse (Upadhyay et al., 2013). Nanoharpiks-GIC interagerer ligesom konventionel glascement med dentin og emalje på en meget overfladisk måde, uden tegn på demineralisering og/eller hybridisering. Mikromekanisk interlocking er begrænset, og en kemisk interaktion spiller den vigtigste rolle (Coutinho et al., 2009). Hydroxyapatit i tanden interagerer med methacrylatpolycarbonsyren i cementen og danner en ionisk binding (Falsafi et al., 2014). Desværre er nanoionomerens bindingsstyrke med dentin og emalje, selv om den er effektiv, mindre effektiv sammenlignet med den bindingsharpiks-modificerede GIC (Coutinho et al., 2009). Desuden nedbrydes de mekaniske egenskaber af nanoionomer-materialer med tiden, når de nedsænkes i opløsninger (Moreau og Xu, 2010), og nanofyldstoffer forbedrede ikke nanoionomer-nedbrydningsmodstanden (de Paula et al., 2014).

Selv om GIC’er til en vis grad besidder antimikrobielle egenskaber (Herrera et al., 1999; Magalhães et al., 2012), er der også indarbejdet antibakterielle nanopartikler for at øge den antibakterielle virkning. Antimikrobielle nanopartikler bestående af klorhexidinhexametaphoshat i forskellige procenter blev inkorporeret i en kommerciel GIC. På grund af nanopartiklerne var frigivelsen af klorhexidin gradvis og varede i mindst 33 dage. Denne periode er længere end andre former for klorhexidin, som f.eks. klorhexidin diacetat, der tidligere er blevet anvendt. Fluoridfrigivelsen blev ikke signifikant påvirket, men den diametrale trækstyrke faldt, men ikke på en statistisk signifikant måde. Derfor er substitution af glaspulver, op til 20 % af klorhexidin-nanopartikler, egnet og fordelagtig til klinisk brug (Hook et al., 2014). Tilsætning af QA-PEI nanopartikler, inkorporeret i en lav koncentration (1 % w/w), udviser en stærk antibakteriel effekt, som varer i mindst 1 måned. Det faktum, at der ikke er nogen hæmningszone ved agardiffusionstesten, selv om den direkte kontakttest viser bakteriehæmning, indikerer, at nanopartiklerne er stabiliseret i cementmatrixen, og at der ikke sker nogen udvaskning af nanopartikler (Beyth et al., 2012). Vitrebond viste øget bakteriedræbende aktivitet ved inkorporering af sølvnanopartikler (Magalhães et al., 2012).