Glass Ionomer Cement

5.4.1 Glass Ionomer Cements

Az üvegionomer cementeket (GIC) széles körben használják a fogászatban rögzítőcementként, alapcementként és alacsony terhelésű fogpótlásokban tömőanyagként. A közelmúltban a GIC-eket más orvosi területeken is javasolták alkalmazásra, mivel biokompatibilisek és képesek közvetlenül a csonthoz kötődni. Ezek az alkalmazások közé tartoznak a mesterséges fülkagylók, csontpótló lemezek a koponyacsont-rekonstrukcióhoz és az ortopédiai sebészetben csontcementként (Gu és mtsai., 2005).

A GIC-ek eredendően képesek megtapadni a zománcon és a dentinben, és minimális előkészítéssel és kötőanyag nélkül helyezhetők el a fogászati üregekben. Mint korábban említettük, biokompatibilisek, és a nedvesség nem befolyásolja őket annyira, mint a műgyanta alapú anyagokat. Emellett a GIC hőtágulási együtthatója közel áll a fogszerkezetéhez. Annak ellenére, hogy fogszínűek, a legtöbb korszerű kompozitgyantához képest rosszabb esztétikai minőséget mutatnak, de a legnagyobb hátrányuk a mechanikai tulajdonságaik, szilárdságuk és szívósságuk. A hagyományos GIC-eket egy poliakrilsav és egy aluminoszilikát üvegpor közötti sav-bázis reakcióval kötik meg. A bázikus üveg és a poliakrilsav kémiai összetétele és formulája egyaránt befolyásolja a kötési reakciót és a GIC-ek tulajdonságait. Például a poliakrilsav molekulatömegének növelése jobb mechanikai tulajdonságokat eredményez, de csökkenti a kezelhetőségi tulajdonságokat (Wilson és mtsai., 1989). Továbbá, ha olvasztással-olvasztással előállított üvegrészecskéket használnak, nagyobb szilárdság érhető el nyomó- és biaxiális hajlításban, valamint csökkentett szilárdulási és megmunkálási idő érhető el a szol-gél eljárással feldolgozott üvegrészecskéket tartalmazó cementekhez képest, még akkor is, ha az üvegrészecskék összetétele azonos, és csak a feldolgozási útvonalban különböznek (Wren és mtsai., 2009). Jobb mechanikai tulajdonságok érhetők el hidrofil monomerek és polimerek, például HEMA hozzáadásával a kereskedelmi forgalomba került poliakrilsavhoz és a gyantával módosított üvegionomerhez. Egyesek fénykeményednek, de ez az alapvető sav-bázis reakciót fotoiniciátorok hozzáadásával egészíti ki, és általában a dentin és a zománc kötésének egy további lépése szükséges (Coutinho és mtsai., 2009). A GIC-ek fluoridot tartalmaznak. A fluorid csökkenti az üveg olvadási hőmérsékletét, csökkenti az üveg törésmutatóját, ami optikailag áttetsző cementeket eredményez, és legfőképpen kariesgátló szerepe van. A fluorid beépül az aluminoszilikát üvegekbe (Griffin és Hill, 2000). Dhondt és mtsai (2001), valamint Xu és Burgess (2003) szerint a cementmátrixban a megkötés során fontos fluoridraktár épül fel, és a GIC-ek hosszú távú fluoridfelszabadulást mutatnak, annak ellenére, hogy a cement már megszilárdult, és részben fluoridtermékekből feltölthető.

Az üveg és a poliakrilsav kémiai összetétele mellett az e komponensek közötti érintkezési felület is szabályozza a GIC-ek megkötését és mechanikai tulajdonságait. A nanotechnológia alkalmazásával az üvegionomer por számos módosítását javasolták, főként a cement mechanikai tulajdonságainak javítása érdekében. A por mikroszemcsés üvegrészecskék 10%-ának vagy 20%-ának helyettesítése ugyanilyen arányú nanogránumos üveggel, bár a nanogránumos részecskék a makroszemcsés részecskék további őrlésével kerülnek beépítésre és összetételük azonos, befolyásolja az üvegionomerek fizikai és mechanikai tulajdonságait. Mivel az üveg nanorészecskék nagyobb reaktivitást mutatnak, a cement szilárdulási ideje rövidebb lesz, a nyomószilárdság és a Young-modulus pedig nő. Ha az üveg nanorészecskék fluoridot tartalmaznak, a dermedési idő, a nyomószilárdság és a Young-modulus még inkább megnő, de a fluoridfelszabadulás csökken. Emellett ezek a cementek a mikrogranuláris üvegszemcsés cementekhez képest termociklikusan tovább csökken a nyomószilárdságuk (De Caluwé és mtsai., 2014).

A kutatók más nanorészecskék hozzáadásának hatását is vizsgálták. A 3 és 5 tömegszázalékos TiO2 nanorészecskék hozzáadása javította a törési szívósságot, a hajlítószilárdságot és a nyomószilárdságot, de a 7% TiO2-t tartalmazó üvegionomerek esetében a mechanikai tulajdonságok csökkenését tapasztalták. A felületi mikrokeménységet veszélyeztette az 5 és 7 tömegszázalékos TiO2 nanorészecskék hozzáadása. A szilárdulási idő, a kötésszilárdság és a fluoridfelszabadulás nem változott. Az antibakteriális aktivitás is jobb volt. A szerzők feltételezik, hogy a nanorészecskék kis méretüknek köszönhetően kitöltik a nagy részecskék közötti üres tereket, és további kötőhelyként működnek a poliakril polimer számára, ezáltal megerősítve az üvegionomer anyagot. Ha a nanorészecskék százalékos arányát túlságosan megnöveljük, előfordulhat, hogy nem lesz elegendő poliakrilsav a megnövekedett mennyiségű TiO2 nanorészecskékkel való hatékony kötődéshez, és így gyengül a részecskék és az ionomer mátrix közötti határfelületi kötés (Elsaka és mtsai., 2011). A nanobiokerámia részecskék 5% m/m%-os arányban beépíthetők a kereskedelmi forgalomban kapható üvegionomer porba. A nanohidroxiapatit- és fluoroapatit-adalékolt cementek 7 és 30 napos desztillált vízben való tárolás után nagyobb nyomószilárdságot, diametrális szakítószilárdságot, biaxiális hajlítószilárdságot és dentinhez való nagyobb kötésszilárdságot mutattak. A demineralizációval szembeni ellenállást jobbnak nevezik, de a dermedési időt túlságosan megnövelték (Moshaverinia és mtsai., 2008). A kötési szilárdság szintén jobb 10% nanohidroxiapatit hozzáadásával (Lee és mtsai., 2010). Nanokristályos kalciumhiányos hidroxiapatit hozzáadását is vizsgálták. A nanorészecskék százalékos arányának növelésével (5, 10 és 15 tömegszázalék) a nyomószilárdság, az ionfelszabadulási százalék, a tömegveszteség növekedését és a felületi mikrokeménység csökkenését tapasztalták. Az így kapott cement jobb tulajdonságokat mutat ortopédiai és fogszabályozási alkalmazásokhoz (Goenka és mtsai., 2012). A bioglaszt is beépítik a GIC-be, de eddig a bioglas mikroszemcséit használták.

A nanotechnológia célja a cirkónium-dioxid és a szilícium-dioxid szintetikus nanoméretű és nanoklaszter felületmódosított nanorészecskéinek előállítása és felhasználása. Fontos megemlíteni, hogy a kompozitgyantákban használt nanorészecskék vizes oldatban eleve inkompatibilisek, és vizuálisan átlátszatlan formulákat eredményeznek. A nanorészecskék eltérő kezelése szükséges szilánok keverékével, amelyek segítenek fenntartani az optimális hidrofil/hidrofób egyensúlyt (Falsafi és mtsai., 2014). A fluoroaluminoszilikát üvegrészecskék részleges helyettesítése felületmódosított üveg töltőanyagokkal javította a gyanta GIC-ek fényesedését (Bala és mtsai., 2012), kopásállóságát, fluoridfelszabadulását és feltöltődési viselkedését (Mitra és mtsai., 2011). Másrészt más kutatók alátámasztják, hogy a nanotöltésű gyantával módosított GIC-ek kumulatív fluoridfelszabadulása kisebb volt a hagyományos és a gyantával módosított GIC-ekhez képest, amelyek nagyon hasonlóak voltak egymáshoz, és a nanoionomer kevesebb, de egyenletes fluoridfelszabadulást mutat (Upadhyay és mtsai., 2013). A nanogyanta GIC, a hagyományos üvegcementhez hasonlóan, nagyon felületes kölcsönhatásba lép a dentinnel és a zománccal, demineralizáció és/vagy hibridizáció jelei nélkül. A mikromechanikai interlocking korlátozott, és a kémiai kölcsönhatás játssza a főszerepet (Coutinho és mtsai., 2009). A fog hidroxiapatitja kölcsönhatásba lép a cement metakrilát polikarbonsavával, ionos kötést képezve (Falsafi és mtsai., 2014). Sajnos a nanoionomer kötésszilárdsága a dentinnel és a zománccal, bár hatékony, kevésbé hatékony a kötőgyantával módosított GIC-hez képest (Coutinho és mtsai., 2009). Emellett a nanoionomer anyagok mechanikai tulajdonságai idővel degradálódnak, amikor oldatokba merítik őket (Moreau és Xu, 2010), és a nanotöltőanyagok nem javították a nanoionomer degradációs ellenállását (de Paula és mtsai., 2014).

Noha a GIC-ek bizonyos mértékben rendelkeznek antimikrobiális tulajdonságokkal (Herrera és mtsai., 1999; Magalhães és mtsai., 2012), a fokozott antibakteriális hatás érdekében antibakteriális nanorészecskéket is beépítenek. Klórhexidin-hexametafoszfátból álló antimikrobiális nanorészecskéket több százalékos arányban építettek be egy kereskedelmi forgalomban kapható GIC-be. A nanorészecskéknek köszönhetően a klórhexidin felszabadulása fokozatos volt, és legalább 33 napig tartott. Ez az időtartam hosszabb, mint a klórhexidin más formái, például a korábban használt klórhexidin-diacetát. A fluorid felszabadulását nem befolyásolta szignifikánsan, de a diametrális szakítószilárdság csökkent, de nem statisztikailag szignifikáns módon. Ezért az üvegpor, legfeljebb 20%-os klórhexidin nanorészecskékkel való helyettesítése alkalmas és előnyös a klinikai használatra (Hook és mtsai., 2014). A QA-PEI nanorészecskék hozzáadása, alacsony koncentrációban (1% w/w) beépítve, erős antibakteriális hatást mutat, amely legalább 1 hónapig tart. Az a tény, hogy az agar-diffúziós teszten nincs gátlási zóna, bár a közvetlen kontakt teszt bakteriális gátlást mutat, azt jelzi, hogy a nanorészecskék stabilizálódnak a cementmátrixban, és nincs a nanorészecskék kimosódása (Beyth et al., 2012). A Vitrebond fokozott baktericid aktivitást mutatott ezüst nanorészecskék beépítésével (Magalhães et al., 2012).