Glass Ionomer Cement

5.4.1 Glass Ionomer Cements

Les ciments ionomères de verre (GIC) sont largement utilisés dans le domaine dentaire comme ciments de lutage, ciments de base et comme matériaux d’obturation dans les restaurations dentaires à faible charge. Récemment, les CPG ont également été proposés pour des applications dans d’autres domaines médicaux en raison de leur biocompatibilité et de leur capacité à se lier directement à l’os. Ces applications comprennent les osselets d’oreille artificiels, les plaques de substitution osseuse pour la reconstruction cranio-faciale et la chirurgie orthopédique comme ciment osseux (Gu et al., 2005).

Les CPG ont la capacité inhérente d’adhérer à l’émail et à la dentine et peuvent être placés dans les cavités dentaires avec une préparation minimale et sans avoir besoin d’un agent de liaison. Comme il a été mentionné précédemment, ils sont biocompatibles et ne sont pas aussi affectés par l’humidité que les matériaux à base de résine. De plus, le coefficient d’expansion thermique des CPG est proche de celui de la structure dentaire. Malgré le fait qu’ils soient de la couleur de la dent, ils présentent une qualité esthétique inférieure à celle des résines composites les plus contemporaines, mais leur principal inconvénient réside dans leurs propriétés mécaniques, leur résistance et leur ténacité. Les CPG conventionnels sont pris par une réaction acide-base entre un acide polyacrylique et une poudre de verre aluminosilicate. La chimie et la formulation du verre de base et de l’acide polyacrylique influencent la réaction de prise et les propriétés des CPG. Par exemple, une augmentation du poids moléculaire de l’acide polyacrylique entraîne une amélioration des propriétés mécaniques, mais réduit les propriétés de manipulation (Wilson et al., 1989). De même, lorsque des particules de verre produites par trempage à l’état fondu sont utilisées, on obtient des résistances plus élevées en compression et en flexion biaxiale, ainsi que des temps de prise et de travail réduits, par rapport aux ciments qui contiennent des particules de verre traitées par voie sol-gel, même si les particules de verre ont la même composition et ne diffèrent que par la voie de traitement (Wren et al., 2009). De meilleures propriétés mécaniques sont obtenues par l’ajout de monomères et de polymères hydrophiles comme l’HEMA à l’acide polyacrylique, et des verres ionomères modifiés par des résines ont fait leur apparition dans le commerce. Certains sont photopolymérisés, mais cela s’ajoute à la réaction acide-base de base par l’ajout de photo-initiateurs et, en général, une étape supplémentaire de collage de la dentine et de l’émail est nécessaire (Coutinho et al., 2009). Les CPG contiennent du fluorure. Le fluorure diminue la température de fusion du verre, abaisse l’indice de réfraction du verre, ce qui donne lieu à des ciments optiquement translucides, et surtout, il a un rôle inhibiteur de caries. Le fluorure est incorporé dans le verre d’aluminosilicate (Griffin et Hill, 2000). Selon Dhondt et al. (2001) et Xu et Burgess (2003), un important réservoir de fluorure est constitué dans la matrice du ciment pendant la prise et les CPG présentent une libération de fluorure à long terme, bien que le ciment ait fait sa prise, et il peut être partiellement rechargé à partir de produits fluorés.

A part la composition chimique du verre et de l’acide polyacrylique, la zone de contact entre ces composants contrôle également la prise et les propriétés mécaniques des CPG. Grâce à l’utilisation des nanotechnologies, plusieurs modifications de la poudre de verre ionomère ont été proposées, principalement pour améliorer les propriétés mécaniques du ciment. Le remplacement de 10% ou 20% des particules de verre microgranulaires de la poudre par le même pourcentage de verre nanogranulaire, bien que les particules nanogranulaires soient incorporées par un broyage supplémentaire des particules macrogranulaires et aient la même composition, affecte les propriétés physiques et mécaniques des ionomères de verre. Si les nanoparticules de verre présentent une plus grande réactivité, le temps de prise du ciment est plus court et la résistance à la compression et le module d’Young augmentent. Si les nanoparticules de verre contiennent du fluorure, le temps de prise, la résistance à la compression et le module de Young augmentent encore plus, mais la libération de fluorure diminue. De plus, ces ciments présentent une nouvelle diminution de leur résistance à la compression par thermocyclage par rapport aux ciments de particules de verre microgranulaires (De Caluwé et al., 2014).

Les chercheurs ont également testé l’effet de l’ajout d’autres nanoparticules. L’ajout de 3 % et 5 % p/p de nanoparticules de TiO2 a amélioré la ténacité à la rupture, la résistance à la flexion et la résistance à la compression, mais une diminution des propriétés mécaniques a été constatée pour les ionomères de verre contenant 7 % de TiO2. La microdureté de surface a été compromise par l’ajout de nanoparticules de TiO2 à 5 % et 7 % p/p. Le temps de prise, la force de liaison et la libération de fluorure n’ont pas été compromis. De plus, l’activité antibactérienne était meilleure. Les auteurs supposent que les nanoparticules, en raison de leur petite taille, remplissent les espaces vides entre les grandes particules et agissent comme des sites de liaison supplémentaires pour le polymère polyacrylique, renforçant ainsi le matériau verre ionomère. Lorsque le pourcentage de nanoparticules est trop élevé, l’acide polyacrylique peut être insuffisant pour se lier efficacement à la quantité accrue de nanoparticules de TiO2 et ainsi affaiblir la liaison interfaciale entre les particules et la matrice ionomère (Elsaka et al., 2011). Les particules de nanobiocéramique à un pourcentage de 5% p/p peuvent être incorporées dans la poudre de verre ionomère commerciale. Les ciments additionnés de nanohydroxyapatite et de fluoroapatite ont présenté une résistance à la compression, une résistance à la traction diamétrale, une résistance à la flexion biaxiale et une résistance d’adhésion à la dentine plus élevées après 7 et 30 jours de stockage dans l’eau distillée. La résistance à la déminéralisation est considérée comme meilleure, mais le temps de prise est sur-augmenté (Moshaverinia et al., 2008). La force de liaison est également meilleure par l’ajout de 10% de nanohydroxyapatite (Lee et al., 2010). L’ajout d’hydroxyapatite nanocristalline déficiente en calcium a également été examiné. En augmentant le pourcentage de nanoparticules (5, 10 et 15 % en poids), une augmentation de la résistance à la compression, du pourcentage de libération ionique, de la perte de poids et une diminution de la microdureté de surface ont été constatées. Le ciment obtenu présente des propriétés améliorées pour des applications orthopédiques et orthodontiques (Goenka et al., 2012). Le bioglass est également incorporé dans le CPG, mais jusqu’à présent, des microparticules de bioglass ont été utilisées.

La nanotechnologie vise la fabrication et l’utilisation de nanoparticules synthétiques nanomériques et nanocluster modifiées en surface de zircone et de silice. Il est important de mentionner que les nanoparticules qui sont utilisées dans les résines composites sont intrinsèquement incompatibles en solution aqueuse et donnent lieu à des formulations visuellement opaques. Un traitement différent des nanoparticules avec un mélange de silanes qui aident à maintenir un équilibre hydrophile/hydrophobe optimal est nécessaire (Falsafi et al., 2014). Le remplacement partiel des particules de verre de fluoroaluminosilicate par des charges de verre modifiées en surface a amélioré le polissage (Bala et al., 2012), la résistance à l’abrasion, la libération de fluorure et le comportement de recharge des CPG en résine (Mitra et al., 2011). D’autre part, d’autres chercheurs soutiennent que la libération cumulée de fluorure des CPG modifiés par de la résine nano chargée était moindre par rapport aux CPG conventionnels et modifiés par de la résine, qui étaient très similaires les uns aux autres, et le nanoionomère présente une libération de fluorure moindre, mais régulière (Upadhyay et al., 2013). Les CPG à base de nano résine, comme le ciment verre conventionnel, interagissent avec la dentine et l’émail de manière très superficielle, sans signe de déminéralisation et/ou d’hybridation. L’emboîtement micromécanique est limité et une interaction chimique joue le rôle principal (Coutinho et al., 2009). L’hydroxyapatite de la dent interagit avec l’acide polycarboxylique méthacrylate du ciment en formant une liaison ionique (Falsafi et al., 2014). Malheureusement, la force d’adhérence du nanoionomère avec la dentine et l’émail, bien qu’efficace, est inférieure à celle du CPG modifié par la résine de liaison (Coutinho et al., 2009). De plus, les propriétés mécaniques des matériaux nanoionomères se dégradent avec le temps lorsqu’ils sont immergés dans des solutions (Moreau et Xu, 2010) et les nano-charges n’ont pas amélioré la résistance à la dégradation des nanoionomères (de Paula et al., 2014).

Bien que les CPG possèdent des propriétés antimicrobiennes dans une certaine mesure (Herrera et al., 1999 ; Magalhães et al., 2012), des nanoparticules antibactériennes sont également incorporées pour renforcer l’action antibactérienne. Des nanoparticules antimicrobiennes composées d’hexamétaphoshate de chlorhexidine à plusieurs pourcentages ont été incorporées dans un CPG commercial. Grâce aux nanoparticules, la libération de la chlorhexidine a été progressive et a duré au moins 33 jours. Cette période est plus longue que d’autres formes de chlorhexidine, comme le diacétate de chlorhexidine, qui étaient utilisées dans le passé. La libération de fluorure n’a pas été affectée de manière significative, mais la résistance à la traction diamétrale a diminué, mais pas de manière statistiquement significative. Par conséquent, la substitution de la poudre de verre, jusqu’à 20% de nanoparticules de chlorhexidine, est appropriée et bénéfique pour une utilisation clinique (Hook et al., 2014). L’ajout de nanoparticules QA-PEI, incorporées à une faible concentration (1% p/p), présente un fort effet antibactérien qui dure au moins 1 mois. Le fait qu’il n’y ait pas de zone d’inhibition au test de diffusion agar, bien que le test de contact direct montre une inhibition bactérienne, indique que les nanoparticules sont stabilisées dans la matrice du ciment et qu’il n’y a pas de lixiviation des nanoparticules (Beyth et al., 2012). Vitrebond a montré une activité bactéricide accrue par l’incorporation de nanoparticules d’argent (Magalhães et al., 2012).