Ciment ionomeric din sticlă

5.4.1 Ciment ionomeric din sticlă

Cimenturile ionomerice din sticlă (GIC) sunt utilizate pe scară largă în domeniul dentar ca și cimenturi de lipire, cimenturi de bază și ca materiale de obturație în restaurările dentare cu încărcătură redusă. Recent, GIC-urile au fost, de asemenea, sugerate pentru aplicații în alte domenii medicale datorită biocompatibilității și capacității lor de a se lega direct de os. Aceste aplicații includ oscioare artificiale pentru urechi, plăci de substituție osoasă pentru reconstrucția cranio-facială și chirurgia ortopedică ca ciment osos (Gu et al., 2005).

GIC-urile au capacitatea inerentă de a adera la smalț și dentină și pot fi plasate în cavitățile dentare cu o pregătire minimă și fără a fi nevoie de un agent de lipire. După cum s-a menționat anterior, ele sunt biocompatibile și nu sunt afectate atât de mult de umiditate precum materialele pe bază de rășină. De asemenea, coeficientul de dilatare termică pentru GIC este apropiat de cel al structurii dentare. În ciuda faptului că sunt de culoarea dintelui, acestea prezintă o calitate estetică inferioară în comparație cu cele mai contemporane rășini compozite, dar dezavantajul lor major este reprezentat de proprietățile mecanice, rezistența și tenacitatea lor. GIC-urile convenționale sunt fixate printr-o reacție acido-bazică între un acid poliacrilic și o pulbere de sticlă aluminosilicată. Chimia și formularea sticlei de bază și a acidului poliacrilic influențează atât reacția de polimerizare, cât și proprietățile GIC-urilor. De exemplu, o creștere a greutății moleculare a acidului poliacrilic duce la îmbunătățirea proprietăților mecanice, dar reduce proprietățile de manipulare (Wilson et al., 1989). De asemenea, atunci când se utilizează particule de sticlă produse prin topire-încălzire, se obțin rezistențe mai mari la compresiune și la flexiune biaxială, precum și timpi de priză și de lucru reduși, în comparație cu cimenturile care conțin particule de sticlă procesate pe cale sol-gel, chiar dacă particulele de sticlă au aceeași compoziție și diferă doar în ceea ce privește calea de procesare (Wren et al., 2009). Proprietăți mecanice mai bune sunt obținute prin adăugarea de monomeri și polimeri hidrofili precum HEMA la acidul poliacrilic și ionomerul de sticlă modificat cu rășină și-a făcut apariția comercială. Unele sunt fotopolimerizabile, dar acest lucru este suplimentar față de reacția acido-bazică de bază prin adăugarea de fotoinițiatori și, de obicei, este necesară o etapă suplimentară de lipire a dentinei și a smalțului (Coutinho et al., 2009). GIC-urile conțin fluorură. Fluorul scade temperatura de topire a sticlei, scade indicele de refracție al sticlei, dând naștere unor cimenturi optic translucide și, mai presus de toate, are un rol de inhibitor al cariei. Fluorul este încorporat în sticla aluminosilicată (Griffin și Hill, 2000). Conform lui Dhondt et al. (2001) și Xu și Burgess (2003), un rezervor important de fluorură se formează în matricea cimentului în timpul întăririi, iar GIC-urile prezintă eliberare de fluorură pe termen lung, deși cimentul a fost întărit, și poate fi parțial reîncărcat din produse fluorurate.

Pe lângă compoziția chimică a sticlei și a acidului poliacrilic, zona de contact dintre aceste componente controlează, de asemenea, întărirea și proprietățile mecanice ale GIC-urilor. Prin utilizarea nanotehnologiei, au fost propuse mai multe modificări ale pulberii de ionomer de sticlă, în principal pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice ale cimentului. Înlocuirea a 10% sau 20% din particulele de sticlă microgranulară din pulbere cu același procent de sticlă nanogranulară, deși particulele nanogranulare sunt încorporate prin măcinarea ulterioară a particulelor macrogranulare și au aceeași compoziție, afectează proprietățile fizice și mecanice ale ionomerilor de sticlă. Pe măsură ce nanoparticulele de sticlă prezintă o reactivitate mai mare, timpul de priză al cimentului devine mai scurt, iar rezistența la compresiune și modulul Young cresc. Dacă nanoparticulele de sticlă conțin fluorură, timpul de priză, rezistența la compresiune și modulul Young cresc și mai mult, dar eliberarea de fluorură scade. De asemenea, aceste cimenturi prezintă o scădere suplimentară a rezistenței la compresiune prin termociclare în comparație cu cimenturile cu particule de sticlă microgranulare (De Caluwe et al., 2014).

Cercetătorii au testat, de asemenea, efectul adaosului de alte nanoparticule. Adăugarea de nanoparticule de TiO2 de 3% și 5% w/w a îmbunătățit rezistența la fractură, rezistența la flexiune și rezistența la compresiune, dar s-a constatat o scădere a proprietăților mecanice pentru ionomerii de sticlă care conțin 7% TiO2. Microduritatea suprafeței a fost compromisă prin adăugarea de nanoparticule de TiO2 de 5% și 7% g/g. Timpul de priză, rezistența de aderență și eliberarea de fluorură nu au fost compromise. De asemenea, activitatea antibacteriană a fost mai bună. Autorii presupun că nanoparticulele, datorită dimensiunilor lor mici, umplu spațiile goale dintre particulele mari și acționează ca situsuri de legătură suplimentare pentru polimerul poliacrilic, întărind astfel materialul de sticlă ionomer. Atunci când procentul de nanoparticule este prea mare, este posibil ca acidul poliacrilic să fie insuficient pentru a se lega eficient de cantitatea crescută de nanoparticule de TiO2 și, astfel, să slăbească legătura interfacială dintre particule și matricea ionomerică (Elsaka et al., 2011). Particulele nanobioceramice în procent de 5% g/g pot fi încorporate în pulberea de ionomer de sticlă din comerț. Cimenturile cu adaos de nanohidroxiapatită și fluoroapatită au prezentat o rezistență mai mare la compresiune, rezistență la tracțiune diametrală, rezistență la flexiune biaxială și o rezistență mai mare de aderență la dentină după 7 și 30 de zile de depozitare în apă distilată. Rezistența la demineralizare este menționată ca fiind mai bună, dar timpul de priză este supraîncărcat (Moshaverinia et al., 2008). Rezistența de aderență este, de asemenea, mai bună prin adăugarea a 10% nanohidroxiapatită (Lee et al., 2010). S-a examinat, de asemenea, adăugarea de hidroxiapatită nanocristalină cu deficit de calciu. Prin creșterea procentului de nanoparticule (5, 10 și 15 % în greutate) s-a observat o creștere a rezistenței la compresiune, a procentului de eliberare ionică, a pierderii în greutate și o scădere a microdurității suprafeței. Cimentul rezultat prezintă proprietăți îmbunătățite pentru aplicații ortopedice și ortodontice (Goenka et al., 2012). Bioglass este, de asemenea, încorporat în GIC, dar până în prezent au fost utilizate microparticule de bioglass.

Nanotehnologia vizează fabricarea și utilizarea nanoparticulelor sintetice nanomerice și nanoclusterice modificate la suprafață din zirconiu și siliciu. Este important de menționat faptul că nanoparticulele care sunt utilizate în rășinile compozite sunt în mod inerent incompatibile în soluție apoasă și dau naștere la formulări opace din punct de vedere vizual. Este necesară o tratare diferită a nanoparticulelor cu un amestec de silani care să contribuie la menținerea unui echilibru optim hidrofil/ hidrofob (Falsafi et al., 2014). Înlocuirea parțială a particulelor de sticlă de fluoroaluminosilicat cu materiale de umplutură din sticlă modificate la suprafață a îmbunătățit luciul (Bala et al., 2012), rezistența la abraziune, eliberarea de fluorură și comportamentul de reîncărcare a GIC-urilor din rășină (Mitra et al., 2011). Pe de altă parte, alți cercetători susțin că eliberarea cumulativă de fluorură a GIC-urilor modificate cu rășină nanoumplută a fost mai mică în comparație cu GIC-urile convenționale și cu cele modificate cu rășină, care au fost foarte asemănătoare între ele, iar nanoionomerul prezintă o eliberare mai mică, dar constantă, de fluorură (Upadhyay et al., 2013). Nano-rezina GIC, ca și cimentul de sticlă convențional, interacționează cu dentina și smalțul într-un mod foarte superficial, fără dovezi de demineralizare și/sau hibridizare. Blocarea micromecanică este limitată și o interacțiune chimică joacă rolul principal (Coutinho et al., 2009). Hidroxiapatita dintelui interacționează cu acidul metacrilat policarboxilic al cimentului, formând o legătură ionică (Falsafi et al., 2014). Din păcate, rezistența de legătură a nanoionomerului cu dentina și smalțul, deși eficientă, este mai puțin eficientă în comparație cu GIC-ul modificat cu rășină de legătură (Coutinho et al., 2009). De asemenea, proprietățile mecanice ale materialelor nanoionomerice se degradează în timp atunci când sunt scufundate în soluții (Moreau și Xu, 2010), iar nanofillerii nu au îmbunătățit rezistența la degradare a nanoionomerului (de Paula et al., 2014).

Deși GIC-urile posedă proprietăți antimicrobiene într-o anumită măsură (Herrera et al., 1999; Magalhães et al., 2012), nanoparticulele antibacteriene sunt, de asemenea, încorporate pentru o acțiune antibacteriană sporită. Nanoparticulele antimicrobiene compuse din hexametafosfat de clorhexidină în mai multe procente au fost încorporate într-un GIC comercial. Datorită nanoparticulelor, eliberarea de clorhexidină a fost treptată și a durat cel puțin 33 de zile. Această perioadă este mai lungă decât alte forme de clorhexidină, cum ar fi diacetatul de clorhexidină, care au fost utilizate în trecut. Eliberarea de fluor nu a fost afectată în mod semnificativ, dar rezistența la tracțiune diametrală a scăzut, dar nu într-un mod semnificativ din punct de vedere statistic. Prin urmare, înlocuirea pulberii de sticlă, până la 20 % din nanoparticulele de clorhexidină, este adecvată și benefică pentru utilizarea clinică (Hook et al., 2014). Adăugarea de nanoparticule de QA-PEI, încorporate la o concentrație scăzută (1% p/p), prezintă un puternic efect antibacterian care durează cel puțin 1 lună. Faptul că nu există nicio zonă de inhibiție la testul de difuzie în agar, deși testul de contact direct prezintă inhibiție bacteriană, indică faptul că nanoparticulele sunt stabilizate în matricea de ciment și nu există o leșiere a nanoparticulelor (Beyth et al., 2012). Vitrebond a prezentat o activitate bactericidă sporită prin încorporarea de nanoparticule de argint (Magalhães et al., 2012).

.