Glass Ionomer Cement

5.4.1 Glass Ionomer Cements

Glass Ionomer Cements (GIC) は、合着セメント、ベースセメント、低荷重歯科修復における充填剤として歯科分野で広く使用されている。 近年，GICはその生体適合性と骨への直接結合能から，医療分野への応用も示唆されている。 GICはエナメル質や象牙質に接着する性質があり、最小限の調製で接着剤を使用することなく虫歯に埋め込むことができます（Gu et al. また、前述したように生体適合性があり、レジン系材料ほど水分の影響を受けません。 また、GICの熱膨張係数は歯質の熱膨張係数に近い。 歯牙色であるにもかかわらず、最新のコンポジットレジンに比べて審美性は劣りますが、機械的特性、強度、靭性に大きな欠点があります。 従来のGICは、ポリアクリル酸とアルミノシリケートガラス粉末の酸塩基反応によって形成される。 塩基性ガラスとポリアクリル酸の化学組成や配合は、セット反応やGICの特性に影響を与える。 例えば、ポリアクリル酸の分子量が大きくなると、機械的特性が向上しますが、取り扱い性は低下します（Wilsonら、1989）。 また、溶融急冷法で製造したガラス粒子を用いた場合、ゾルゲル法で処理したガラス粒子を含むセメントと比較して、同じ組成で処理経路のみが異なる場合でも、圧縮強度および二軸曲げ強度が高く、硬化時間および作業時間が短くなります（Wrenら, 2009年）。 ポリアクリル酸にHEMAのような親水性モノマーやポリマーを添加することで、より優れた機械的特性が得られ、樹脂変性グラスアイオノマーが実用化されました。 光重合型のものもありますが、これは光重合開始剤の添加による基本的な酸塩基反応の補足であり、通常、象牙質とエナメル質の接着のステップが余分に必要です（Coutinhoら、2009年）。 GICはフッ化物を含む。 フッ化物はガラスの溶融温度を低下させ、ガラスの屈折率を低下させ、光学的に半透明のセメントを生じさせ、そして何よりも齲蝕抑制の役割を持つ。 フッ化物はアルミノケイ酸塩ガラスに含まれている（Griffin and Hill, 2000）。 Dhondtら（2001）およびXu and Burgess（2003）によると、硬化中にセメントマトリックス中に重要なフッ化物リザーバーが構築され、GICはセメントが硬化しているにもかかわらず、長期的にフッ化物を放出し、フッ化物製品から一部再チャージできる。

ガラスとポリアクル酸の化学組成以外に、これらの成分の接触領域もGICの硬化と機械的性質を支配している。 ナノテクノロジーの利用により，グラスアイオノマー粉末のいくつかの改良が提案されており，そのほとんどはセメントの機械的特性を改善するためのものである． ナノ粒子はマクロ粒子をさらに粉砕したものであり、組成は同じであるが、粉末の10％または20％のミクロ粒状ガラスを同じ割合のナノ粒状ガラスで置換すると、グラスアイオノマーの物理的および機械的性質に影響を与える。 ガラスナノ粒子がより大きな反応性を示すと、セメントの硬化時間が短くなり、圧縮強度とヤング率が増加する。 ガラスナノ粒子にフッ化物を含有させると、硬化時間、圧縮強さ、ヤング率はさらに増加するが、フッ化物の溶出量は減少する。 また、これらのセメントは、微粒ガラス粒子セメントと比較して、サーモサイクルによる圧縮強度のさらなる低下を示す（De Caluwéら、2014）

研究者はまた、他のナノ粒子の添加の効果も試験した。 3％および5％w／wのTiO2ナノ粒子の添加は、破壊靭性、曲げ強度、および圧縮強度を改善したが、7％のTiO2を含むグラスアイオノマーでは機械特性の減少が認められた。 5%および7%のTiO2ナノ粒子添加により，表面微小硬度は低下した． 硬化時間，接着強さ，フッ素徐放性は損なわれなかった． また，抗菌活性も良好であった． 著者らは，ナノ粒子がその小ささゆえに，大きな粒子間の空隙を埋め，ポリアクリルポリマーの追加の結合部位として作用し，それによってグラスアイオノマー材料を補強していると推測している． ナノ粒子の割合が増えすぎると、増加したTiO2ナノ粒子と効果的に結合するためのポリアクリル酸が不足し、粒子とアイオノマーマーマトリックスとの界面結合が弱まることがある（Elsakaら、2011）。 5%w/wの割合のナノバイオセラミック粒子は、市販のグラスアイオノマー粉末に組み込むことができます。 ナノハイドロキシアパタイトおよびフルオロアパタイトを添加したセメントは、蒸留水中で7日および30日間保存した後、高い圧縮強度、径方向引張強度、2軸曲げ強度、および象牙質に対する高い接着強度を示しました。 また，脱灰に対する抵抗性は良好であるが，硬化時間が長くなることが示唆された（Moshaverinia et al.） また、10%のナノハイドロキシアパタイトを添加すると、接着強度が向上する（Lee et al.、2010）。 ナノ結晶カルシウム欠損型ハイドロキシアパタイトの添加も検討した。 ナノ粒子の割合を増やす（5、10、15 wt%）ことによって、圧縮強度、イオン放出率、重量損失の増加、および表面の微小硬度の減少が認められた。 得られたセメントは、整形外科や歯列矯正の用途で改善された特性を示した（Goenka et al.） バイオガラスもGICに組み込まれているが、これまではバイオガラスの微粒子が使用されていた。

ナノテクノロジーは、ジルコニアとシリカの合成ナノマーおよびナノクラスター表面修飾ナノ粒子の作製と使用を目的としている。 複合樹脂に使用されるナノ粒子は、水溶液中で本質的に非相溶であり、視覚的に不透明な製剤を生じさせることを言及することが重要である。 最適な親水性/疎水性バランスを維持するのに役立つシランの混合物でナノ粒子の異なる処理が必要である（Falsafi et al.、2014）。 フルオロアルミノシリケートガラス粒子の一部を表面改質ガラスフィラーで置換することにより、研磨性（Balaら、2012）、耐摩耗性、フッ素放出、および樹脂GICの再充電挙動が改善された（Mitraら、2011）。 一方，他の研究者は，ナノフィルドレジン修飾GICの累積フッ化物放出量は，従来型GICとレジン修飾GICと比較して少なく，互いに非常に似ており，ナノイオノマーは少ないが安定したフッ化物放出を示すことを支持している（Upadhyayら，2013年）． ナノレジンGICは、従来のガラスセメントと同様に、脱灰やハイブリッド化を認めず、非常に表層的に象牙質やエナメル質と相互作用する。 マイクロメカニカルな相互作用は限定的であり、化学的な相互作用が主役である（Coutinho et al.、2009）。 歯のハイドロキシアパタイトは、セメントのメタクリル酸ポリカルボン酸と相互作用してイオン結合を形成する（Falsafiら、2014）。 残念ながら、ナノイオノマーの象牙質やエナメル質との結合強度は、有効ではあるが、ボンドレジン修飾GICと比較すると低い（Coutinhoら、2009）。 また、ナノイオノマー材料は溶液に浸漬すると機械的特性が経時的に劣化し（Moreau and Xu, 2010）、ナノフィラーはナノイオノマー劣化耐性を改善しなかった（de Paula et al., 2014）。

GICはある程度抗菌性を有するが（Erera et al., 1999; Magalhães et al., 2012）、抗菌作用を高めるために抗菌ナノ粒子も組み込んでいる。 クロルヘキシジン・ヘキサメタフォスフェートを数％混合した抗菌性ナノ粒子を市販のGICに配合した。 ナノ粒子により、クロルヘキシジンの放出は緩やかで、少なくとも33日間持続することが確認された。 この期間は、過去に使用された二酢酸クロルヘキシジンのような他の形態のクロルヘキシジンに比べて長い。 フッ素の放出には大きな影響はなかったが，ダイアメトラル引張強さは低下したが，統計的に有意な差はなかった． したがって、クロルヘキシジンナノ粒子の20％までのガラス粉末の置換は、臨床使用には適しており有益である（Hookら、2014）。 低濃度（1％w/w）で配合されたQA-PEIナノ粒子の添加は、少なくとも1ヶ月間持続する強い抗菌効果を示す。 直接接触試験では細菌の抑制が見られるものの、寒天拡散試験で抑制領域がないという事実は、ナノ粒子がセメントマトリックスに安定化し、ナノ粒子の溶出がないことを示しています（Beyth et al.） Vitrebondは、銀ナノ粒子の組み込みにより殺菌活性が向上した（Magalhães et al.、2012）

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