Glasjonomercement

5.4.1 Glasjonomercement

Glasjonomercement (GIC) används i stor utsträckning inom tandvården som fästcement, bascement och som fyllnadsmaterial i lågbelastade dentala restaurationer. På senare tid har GIC också föreslagits för tillämpningar inom andra medicinska områden på grund av sin biokompatibilitet och sin förmåga att binda direkt till benet. Dessa tillämpningar omfattar konstgjorda hörselben, benersättningsplattor för kraniofacial rekonstruktion och ortopedisk kirurgi som bencement (Gu et al., 2005).

GIC har den inneboende förmågan att fästa vid emalj och dentin och kan placeras i tandhålor med minimal förberedelse och utan behov av ett bindemedel. Som tidigare nämnts är de biokompatibla och påverkas inte lika mycket av fukt som resinbaserade material. Dessutom är den termiska expansionskoefficienten för GIC nära den för tandstrukturen. Trots att de är tandfärgade uppvisar de en sämre estetisk kvalitet jämfört med de mest moderna komposithartserna, men deras största nackdel är deras mekaniska egenskaper, styrka och seghet. Konventionella GIC:er bildas genom en syra-basreaktion mellan en polyakrylsyra och ett aluminosilikatglaspulver. Kemin och formuleringen av det basiska glaset och polyakrylsyran påverkar både härdningsreaktionen och egenskaperna hos GIC:erna. En ökning av polyakrylsyrans molekylvikt leder till exempel till förbättrade mekaniska egenskaper, men minskar hanteringsegenskaperna (Wilson et al., 1989). När glaspartiklar som framställs genom smältkänning används uppnås också högre hållfasthet vid kompression och biaxial böjning samt kortare härdnings- och bearbetningstider jämfört med cement som innehåller glaspartiklar som bearbetats genom sol-gelmetoden, även om glaspartiklarna har samma sammansättning och endast skiljer sig åt i fråga om bearbetningsmetoden (Wren et al., 2009). Bättre mekaniska egenskaper uppnås genom tillsats av hydrofila monomerer och polymerer, t.ex. HEMA, till polyakrylsyra och hartsmodifierad glasjonomer som kom ut på marknaden. Vissa är ljushärdade, men detta är ett komplement till den grundläggande syra-basreaktionen genom tillsats av fotoinitiatorer och vanligtvis krävs ett extra steg för att binda dentin och emalj (Coutinho et al., 2009). GIC innehåller fluorid. Fluorid sänker glasets smälttemperatur, sänker glasets brytningsindex vilket ger upphov till optiskt genomskinliga cement och har framför allt en karieshämmande roll. Fluorid ingår i aluminosilikatglas (Griffin och Hill, 2000). Enligt Dhondt et al. (2001) och Xu och Burgess (2003) byggs en viktig fluoridreservoar upp i cementmatrisen under härdningen och GIC uppvisar långvarig fluoridfrisättning, även om cementen har härdats, och den kan delvis återladdas från fluoridprodukter.

Avser man från den kemiska sammansättningen av glaset och polyakrylsyran, så styr kontaktytan mellan dessa komponenter också härdningen och de mekaniska egenskaperna hos GIC. Genom användning av nanoteknik har flera modifieringar av glasjonomerpulvret föreslagits, främst för att förbättra cementets mekaniska egenskaper. Om 10 eller 20 % av de mikrogranulära glaspartiklarna i pulvret ersätts med samma andel nanogranulärt glas, även om de nanogranulära partiklarna införlivas genom ytterligare malning av de makrogranulära partiklarna och har samma sammansättning, påverkas glasjonomerernas fysikaliska och mekaniska egenskaper. Eftersom glasnanopartiklar visar större reaktivitet blir cementets härdningstid kortare och tryckhållfastheten och Young-modulen ökar. Om glasnanopartiklar innehåller fluorid ökar avhärdningstiden, tryckhållfastheten och Young-modulen ännu mer, men fluoridavgivningen minskar. Dessutom visar dessa cement en ytterligare minskning av sin tryckhållfasthet vid termocykling jämfört med mikrogranulära glaspartikelcement (De Caluwé et al., 2014).

Forskarna testade också effekten av tillsats av andra nanopartiklar. Tillsatsen av 3 % och 5 % w/w TiO2-nanopartiklar förbättrade frakturhållfasthet, böjhållfasthet och tryckhållfasthet, men en minskning av de mekaniska egenskaperna konstaterades för glasjonomer som innehöll 7 % TiO2. Ytans mikrohårdhet försämrades genom tillsats av 5 % och 7 % w/w TiO2-nanopartiklar. Härdningstid, bindningsstyrka och fluoridavgivning försämrades inte. Dessutom var den antibakteriella aktiviteten bättre. Författarna antar att nanopartiklarna, på grund av sin ringa storlek, fyller de tomma utrymmena mellan de stora partiklarna och fungerar som ytterligare bindningsställen för polyakrylpolymeren, vilket förstärker glasjonomer-materialet. När andelen nanopartiklar ökar för mycket kan det finnas otillräcklig polyakrylsyra för att binda den ökade mängden TiO2-nanopartiklar på ett effektivt sätt och på så sätt försvaga gränssnittsbindningen mellan partiklarna och ionomermatrisen (Elsaka et al., 2011). Nanobiokeramiska partiklar med en procentsats på 5 % w/w kan inkorporeras i kommersiellt glasjonomerpulver. Cement med tillsats av nanohydroxyapatit och fluoroapatit uppvisade högre tryckhållfasthet, diametral draghållfasthet, biaxial böjhållfasthet och högre bindningsstyrka till dentin efter 7 och 30 dagars förvaring i destillerat vatten. Resistensen mot demineralisering hänvisas till att vara bättre, men härdningstiden är överdrivet ökad (Moshaverinia et al., 2008). Bindningsstyrkan är också bättre genom tillsats av 10 % nanohydroxyapatit (Lee et al., 2010). Tillsats av nanokristallin kalciumfattig hydroxyapatit undersöktes också. Genom att öka andelen nanopartiklar (5, 10 och 15 viktprocent) noterades en ökning av tryckhållfasthet, procentuell jonavgivning, viktförlust och en minskning av ytans mikrohårdhet. Det resulterande cementet visar förbättrade egenskaper för ortopediska och ortodontiska tillämpningar (Goenka et al., 2012). Bioglass ingår också i GIC, men hittills har mikropartiklar av bioglass använts.

Nanoteknik syftar till tillverkning och användning av syntetiska nanomeriska och nanokluster ytmodifierade nanopartiklar av zirkoniumoxid och kiseldioxid. Det är viktigt att nämna att de nanopartiklar som används i komposithartser är till sin natur inkompatibla i vattenlösning och ger upphov till visuellt ogenomskinliga formuleringar. En annan behandling av nanopartiklarna med en blandning av silaner som bidrar till att upprätthålla en optimal hydrofil/hydrofobisk balans är nödvändig (Falsafi et al., 2014). Partiell ersättning av fluoroaluminosilikatglaspartiklar med ytmodifierade glasfyllmedel förbättrade polering (Bala et al., 2012), nötningsbeständighet, fluoridfrisättning och uppladdningsbeteende hos GIC av harts (Mitra et al., 2011). Å andra sidan stöder andra forskare att den kumulativa fluoridfrisättningen av nanofyllda harts-modifierade GIC var mindre jämfört med konventionella och harts-modifierade GIC, som var mycket lika varandra, och att nanoionomeren uppvisar en mindre, men stadig, fluoridfrisättning (Upadhyay et al., 2013). Nanoharts-GIC, liksom konventionellt glascement, interagerar med dentin och emalj på ett mycket ytligt sätt, utan tecken på demineralisering och/eller hybridisering. Mikromekanisk interlocking är begränsad och en kemisk interaktion spelar huvudrollen (Coutinho et al., 2009). Tandens hydroxyapatit interagerar med cementets metakrylatpolykarboxylsyra och bildar en jonisk bindning (Falsafi et al., 2014). Tyvärr är nanoionomerens bindningsstyrka med dentin och emalj, även om den är effektiv, mindre effektiv jämfört med den bindningsharts-modifierade GIC (Coutinho et al., 2009). Dessutom försämras de mekaniska egenskaperna hos nanoionomermaterial med tiden när de sänks i lösningar (Moreau och Xu, 2010) och nanofyllmedel förbättrade inte nanoionomerernas motståndskraft mot nedbrytning (de Paula et al., 2014).

Och även om GIC:er till viss del besitter antimikrobiella egenskaper (Herrera et al., 1999; Magalhães et al., 2012), införlivas även antibakteriella nanopartiklar för att öka den antibakteriella effekten. Antimikrobiella nanopartiklar bestående av klorhexidinhexametafosfat i olika procentsatser införlivades i en kommersiell GIC. På grund av nanopartiklarna var frisättningen av klorhexidin gradvis och varade i minst 33 dagar. Denna period är längre än andra former av klorhexidin, t.ex. klorhexidindiacetat, som använts tidigare. Fluoridfrisättningen påverkades inte nämnvärt, men den diametrala dragstyrkan minskade, dock inte på ett statistiskt signifikant sätt. Därför är substitution av glaspulver, upp till 20 % klorhexidin-nanopartiklar, lämplig och fördelaktig för klinisk användning (Hook et al., 2014). Tillsatsen av QA-PEI-nanopartiklar, inkorporerade i en låg koncentration (1 % w/w), uppvisar en stark antibakteriell effekt som varar i minst en månad. Det faktum att det inte finns någon inhiberingszon vid agardiffusionstestet, även om direktkontakttestet visar bakteriehämning, tyder på att nanopartiklarna stabiliseras i cementmatrisen och att det inte sker någon urlakning av nanopartiklar (Beyth et al., 2012). Vitrebond visade ökad bakteriedödande aktivitet genom inkorporering av silvernanopartiklar (Magalhães et al., 2012).