بررسی مقایسه‌ای خواص مکانیکی و زیست فعالی میکرو و نانو ذرات سمان‌های گلاس‌آینومر دندانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، ایران

2 استادیار گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهرکرد، ایران

چکیده

مقدمه: عدم وجود اطلاعات کافی در مورد سیمان‌های گلاس‌آینومر مختلف در بازار ایران، ضرورت مطالعه بیشتر در زمینه ساخت سمان گلاس‌آینومر را الزامی می‌سازد. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه‌یابی نانوذرات و میکروذرات سمان گلاس‌آینومر و مقایسه خواص زیستی و مکانیکی آن‌ها بود.
مواد و روش‌ها: نانوپودر سرامیکی سمان گلاس‌آینومر با اندازه دانهکمتر از 80 نانومتر به روش سل- ژل و میکروذرات آن با اندازه دانه تـقریبی کمتر از 70 مـیکرومتر با استفاده از روش ذوبی ساخته شد. جهت مـطالعات فازی، تأیید حضور اکسیدها در ترکیب نهایی، انـدازه و همچنین شکل ذرات به ترتیب از آزمون‌های مشخصه‌یابی XRD، XRF، SEM و TEM بهره گرفته شد. برای بررسی خواص زیستی، نمونه‌ها در محلول شبیه‏سازی شده بدن (SBF)، به مدت 28 روز غوطه‏ور شدند و از SEM برای تأیید و تشخیص لایه آپاتیت بر روی سطح نمونه‌ها‌ بهره گرفته شد. از آزمون استحکام فشاری نیز جهت تعیین استحکام نمونه‌ها استفاده شد. تحلیل آماری داده‌ها با استفاده از آزمون t-student انجام شد.
یافته‌ها: نتایج آزمون‌های مشخصه‌یابی، ساخت جزء سرامیکی سیمان‌های گلاس‌آینومر به دو روش سل- ژل و ذوبی را تأیید کردند. نتایج حاصل از آزمون‌های غوطه‏وری و استحکام فشاری نشان دادند که پودر سمان نانومتری از فعالیت زیستی و استحکام بیشترینسبت به پودر سمان میکرومتری برخوردار بود.
نتیجه‌گیری: تمامی این نتایج نشان داد که گلاس‌آینومر نانوساختار (nGIC)، در مقایسه با گلاس‌آینومر میکروساختار (GICµ) خواص مکانیکی بهتر و زیست فعالی مطلوب‌تری را در محیط فیزیولوژیکی بدن نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Comparative Study of Bioactivity and Mechanical Properties of Micro and Nano Dental Glass Ionomer Cement Particles

نویسندگان [English]

  • Masoomeh Khaghani 1
  • Ali Doostmohammadi 2
1 MSc, Material Engineering Department, Islamic Azad University of Najafabad, Esfahan, Iran.
2 PhD, Assistant Professor, Dept of Materials, School of Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Lack of information about different glass ionomer cements (GICs) in Iran’s market makes it necessary to conduct further studies about production of glass ionomer cement. The purpose of this study was preparation and characterization of glass ionomer cements nanoand microparticles and comparing their mechanical properties and in vitro bioactivity.
Materials & Methods: The nanoparticles of the ceramic part of GIC were prepared using sol-gel method with particle size less than 80 nm and microparticles of the ceramic part of GIC were produced through melting method with particle size less than 70 µm. XRD, XRF, SEM and TEM examinations were used to evaluate phase structure, chemical composition and particles’ morphology. For investigating the in vitro bioactivity, samples were immersed in the simulated body fluid (SBF) for 28 days. Scanning electron microscope (SEM) was used for confirmation of the apatite layer formation on the surface of glass ionomer cements. Also, the compressive strength of the samples was determined and compared. One-way ANOVA was used for data analysis.
Results: The results confirmed the production of GIC using the sol-gel and melting technique. Amorphous and glassy structure of GIC powders and their proper chemical composition were verified by characterization tests. The result of soaking in SBF showed that nGIC had higher bioactivity in comparison to µGIC. The compressive strength measurements showed that nGIC had higher compressive strength in comparison to µGIC.
Conclusion: All these results confirmed higher in vitro bioactivity and compressive strength of nano glass ionomer cements compared to macro glass ionomer cements.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Glass ionomer cement
  • sol-gel method
  • micro technique
  • Bioactivity
  • Compressive strength

مقدمه

سیمان‌های گلاس‌آینومر حدود سی سال است که در دندانپزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اختراع سمان گلاس‌آینومر در سال 1969 توسط ویلسون و کنت نتیجه مستقیم مطالعات ابتدایی روی سیمان‌های سیلیکات دندانپزشکی بوده است.(1) سیمان‌های گلاس‌آینومر از نظر ظاهر و طرز کار شبیه سیمان‌های سیلیکات و از نظر چسبندگی شبیه سیمان‌های پلی کربوکسیلات می‌باشند.(2) ترکیبات سمان گلاس‌آینومر پیچیده و متنوع است. حتی دو نمونه تجاری از نظر ترکیب یکسان نیستند و ممکن است از نظر کیفیت نیز متفاوت باشند. با وجود این برخی ویژگی‏های شیمیایی در این مواد مشترک است. ماده اصلی تشکیل‏دهنده سمان گلاس‌آینومر، کلسیم‏ فلوروآلومینو سیلیکات است.(3و2) سه جزء اصلی تشکیل‏دهنده سیمان‌های گلاس‌آینومر مصرفی در دندانپزشکی، سیلیکا (SiO2)، آلومینا (Al2O3) و کلسیم فلوراید (CaF2) هستند که وقتی به هم اتصال یابند یک ساختار شیشه‌ایی مناسب برای تشکیل سمان به وجود می‌آورند. در سیمان‌های گلاس‌آینومر اساس واکنش سخت شدن و تشکیل سمان بر مبنای واکنش اسید- باز است. مکانیزم سخت شدن شامل حل شدن ذرات گلاس و آزاد شدن یونهای آلومینم و کلسیم می­باشد که پس از آن با پلی‌اکریلیک اسید ترکیب می­شوند تا زنجیره­های پلی‏اکریلات­کلسیم و آلومینیوم تشکیل شود. یون­های کلسیم و آلومینیوم با حمله پروتون بر سطح ذرات گلاس آزاد می­شوند و این یون­ها با تشکیل پیوند عرضی با زنجیره­های پلی­اسید شبکه­ای متخلخل ایجاد می­کنند که عبور آزاد یون­های هیدروکسیل و فلوراید را به سمت داخل و خارج ماده زمینه­ای سمان ممکن می­سازد. واکنش سخت شدن گلاس­آینومر یک واکنش طولانی مدت دنباله‏دار است که تا یک ماه پس از جایگزینی ماده ادامه می‏یابد.(5و4) در واقع می‌توان گفت گلاس‌آینومر، ماده‌ای غیرمعمول با خاصیت عالی و متفاوت از سایر مواد است. خاصیت نیمه شفافی آن همانند چینی دندان است و به نسج دندان می‌چسبد.(6) این مواد چسبندگی دایمی به مینا و عاج پیدا می‌کنند(7)، که این امر سبب می‌شود درز بین ماده و نسج دندانی تقریباً به طور کامل بسته شده و مانع از نفوذ عوامل پوسیدگی زا گردد و بدین وسیله مانع از پیدایش پوسیدگی ثانویه می‌شود.(8) اخیراً گزارش شده است که این مواد دارای خاصیت آزادسازی فلوراید به مدت طولانی هستند و هنگامی که در معرض محلول فلوراید قرار می‌گیرند قادر به جذب فلوراید هستند و بدین جهت پیشرفت پوسیدگی در نسج دندان مجاور را مهار می‌کنند.(9) در واقع می‌توان گفت قابلیت آزادسازی فلوراید و باند حقیقی شیمیایی و باند میکرومکانیکال آن‌ها با دندان دو ویژگی اصلی است که انتخاب این سمان را در بیماران با ضایعات پوسیدگی متعدد و ریسک بالا و نیز ترمیم ضایعات سرویکال مطرح می‌نماید.(10) از سمان گلاس‌آینومر به عنوان یک ماده ترمیمی و یا در زیر پرکردگی‌های دیگر، به عنوان عایق و محافظت‏کننده از بافت دندان استفاده می‌شود. با توجه به این که این سمان از خود فلوراید آزاد می‌کند از ایجاد پوسیدگی مجدد در دندان تا حد زیادی پیشگیری می‌شود.(12و11) از دیدگاه کلی می‌توان بیان کرد که گلاس‌آینومرها، عموماً برای ترمیم ساختارهای دندانی در دندانپزشکی کلینیکی به طور گسترده استفاده می‌شوند. به غیر از دندانپزشکی، سمان گلاس‌آینومر برای کاربردهایی که نیازمند زیست سازگاری خوبی هستند مورد استفاده قرار می‌گیرد.(13و3) در سال‌های اخیر گلاس‌آینومر به عنوان ماده‌ای برای استفاده در سیمان‌ها در جراحی‏های ترمیم استخوان پیشنهاد شده است.(3) همچنین برای تثبیت کاشتنی حلزون گوش و برای ترمیم عیوب جمجمه نیز از سمان گلاس استفاده شده است.(13) همچون سایر مواد دندانی سیمان‌های گلاس‌آینومر هم دارای ضعف‌هایی هستند که عمدتاً شامل حساسیت به رطوبت و استحکام اولیه پایین است. تلاش‏هایی جهت بهبود خصوصیات سیمان‌های گلاس‌آینومر اولیه و رفع ضعف­های فوق انجام شده است. این تلاش‏ها شامل تغییراتی در ساختار پودر گلاس‌آینومر و پلی‌اکریلیک اسید می‌باشد که در نتیجه تفاوت‏های واضحی در ترکیب شیمیایی و ویژگی‏های فیزیکی و روش کاربرد انواع مواد تجاری ایجاد شده است.(14) با ظهور و گسترش فن آوری نانو، جهش چشمگیری در خواص و کاربرد بیومواد رخ داده است. به نظر می‌رسد استفاده از این علم در ارتقای خواص سیمان‌های گلاس نیز می‏تواند مفید باشد. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و مشخصه‌یابی سیمان‌های گلاس‌آینومر نانوساختار و میکروساختار و ارزیابی خواص زیستی و مکانیکی آن‌ها با یکدیگر است.

مواد و روش ها

در این پژوهش، میکروذرات سرامیکی به روش ذوبی ساخته شدند. به منظور سهولت بررسی پودرهای پیش ساز سنتز شده، در ادامه متن به ترتیب از علائم اختصاری nGIC (گلاس‌آینومر نانومتری) وGICµ (گلاس‌آینومر میکرومتری) استفاده می‌شود.

مواد اولیه استفاده شده برای تهیه جزء سرامیکی GICµ شامل اکسیدآلومینیم (Al2O3)، اکسیدسیلیسیم (SiO2)، فلورایداسترانسیم (SrF)، فسفات آلومینیم (AlPO4) و فلورایدکلسیم (CaF2) بامیزان خلوص 8/99 درصد بود که همگی ساخت شرکت Merck آلمان بودند. در ابتدا درصدهای وزنی تعیین شده‌ای از اکسیدهای مذکور برای ساخت جزء سرامیکی سمان گلاس‌آینومر، تهیه و جهت یکنواخت شدن پودرها در یک آسیاب گلوله‏ای ماهواره‏‎ای با گلوله‏های آلومینایی (Planetary Ball Mill, Fara Pajouhesh CO, FP2) مخلوط شدند. سپس مقدار تعیین شده از مواد اولیه وارد کوره ذوب الکتریکی (Exciton, 1500, 2l) شد و تا رسیدن به محدوده دمایی 1400 درجه سانتیگراد به مدت سه ساعت با سرعت پنج درجه سانتیگراد بر دقیقه حرارت داده شد. در این پژوهش، برای ذوب مواد اولیه از بوته آلومینایی استفاده گردید. از ذوب مواد کریستالی مذکور در 1400 درجه سانتیگراد شیشه مذاب حاصل شد. این شیشه در دمای محیط خنک شد و به مدت پنج ساعت در یک آسیای گلوله‌ای-سیاره‌ای (Fretch Pulverisette-5) با محفظه‏های زیرکونیایی مقاوم به سایش با رعایت پارامترهایی نظیر نسبت گلوله به پودر (وزن گلوله‏ها نسبت به وزن پودر)، تعداد گلوله و سرعت چرخش تحت عملیات خردایش قرار گرفتند. پودر به دست آمده از این مرحله، از یک الک با توری 200 مش (معادل 76 میکرون) عبور داده شد تا طبق استاندارد ASTM به عنوان یک پودر شیشه‌ای تعریف شود.(16)

در این پژوهش، نانوذرات سرامیکی سمان گلاس‌آینومر به روش سل-ژل ساخته شدند. برای سنتز جزء سرامیکی nGIC، تترا اتوکسی سیلان (TEOS, Aldrich, 99.9%) و نیترات آلومینیوم نه آبه (Al(NO3)3.9H2O, Merck, Germany, 99.9%)، نیترات کلسیم چهار آبه Ca (NO3)2 4H2O, Merck, Germany, 99.9%))، نیترات سدیم (NaNO3, Merck, Germany, 99.9%)، اسید فلوئوروسیلیسیک (H2SiF6, Merck, Germany, 99.9%) و تری اتیل فسفات (C8H15O4P, Merck, Germany, 99.9%) استفاده شد. به منظور تهیه نانوپودر nGIC براساس فرآیند سل- ژل، ابتدا TEOS در اتانول با استفاده از همزن مغناطیسی و در دمای اتاق به مدت یک ساعت، هیدرولیز شد. پس از آن محلول تری اتیل فسفات به آرامی به ترکیب فوق اضافه گردید. آنگاه نمک‏های آلومینیوم، کلسیم و استرانسیم حل شده در آب مقطر به صورت قطره قطره به محلول TEOS هیدرولیز شده، اضافه شدند. پس از 30 دقیقه هم زدن مداوم، اسیدفلوئوروسیلیسیک به آرامی به محلول اضافه شد. سپس دمای محلول تا 80 درجه سانتی گراد بالا رفت و هم‏زدن مداوم تا جایی ادامه یافت تا محلول به ژل با گرانروی زیاد تبدیل شد. به منظور به دست آوردن نمونه پودری، ابتدا ژل در دمای80 درجه سانتی گراد در خشک‏کن (Oven, Hoshmand, bn55) خشک شد و سپس در دمای600 درجه سانتی گراد برای دو ساعت با استفاده از یک کوره الکتریکی تحت عملیات حرارتی قرار گرفت.

برای آماده‏سازی سیمان‌ها ابتدا پودرهای سرامیکی روی اسلب سرد توزیع گردیدند. سپس در ابتدا نیمی از پودرهای توزیع شده، به آرامی وارد مایع پلیمری (محلول‏های آبی 45 تا 50 درصد وزنی پلی‌اکریلیک اسید و 10 درصد وزنی اسید تارتاریک) شدند و به سرعت در زمان 20 ثانیه مخلوط شدند. سپس، قسمت دوم پودرها، به طور کامل وارد مخلوط شدند.

جهت نمونه‏سازی برای انجام آزمون‌های استحکام فشاری، پودرهای حاصل با مایع پلیمری با نسبت 5/1 به 1 (پودر به مایع) در دمای اتاق مخلوط و درون قالب‏های استوانه‏ای به قطر 4 و ارتفاع 6 میلی متر (ابعاد هر یک از نمونه­ها جهت آزمون فشار بر اساس استاندارد (BS6039: 1981)،mm24×6 در نظر گرفته شد) ریخته شدند. 5 نمونه برای تست فشاری آماده شد. تحلیل آماری داده‌ها با استفاده آزمون t انجام شد. مقدار P کمتر از 05/0 معنی‏دار تلقی شد.

ساختار فازی و شیشه‏ای پودرهای گلاس‌آینومر به کمک آزمون پراش پرتو ایکس (XRD, Philips Xpert) مورد بررسی قرار گرفت. از آنالیز عنصری فلورسانس پرتو ایکس XRF, Bruker, S4PIONEER, Germany)) به منظور تأیید حضور اکسیدها در ترکیب نهایی پودرهای گلاس‌آینومر مطابق درصد وزنی مورد نظر بهره گرفته شد. برای مطالعه و بررسی اندازه، مورفولوژی و ریزساختار پودر سمان گلاس‌آینومر از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM, Seron Technology, AIS2100) استفاده شد. در نهایت برای ارزیابی و تأیید زیست فعالی پودرهای گلاس‌آینومر تولید شده، ذرات پودری سمان گلاس در محلول شبیه‏سازی شده بدن (Simulated Body Fluid, SBF) غوطه‏ور شدند. میزان تشکیل آپاتیت (به عنوان نشانه زیست فعالی) بر روی پودرهای سمان گلاس‌آینومر پس از 28 روز غوطه‏وری در محلول شبیه‏سازی شده بدن توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت.

یافته‌ها

در تصویر 1 الگوی پراش پرتو ایکس دو نمونه میکرو و نانوپودر گلاس‌آینومر سنتز شده به روش سل- ژل و ذوبی پس از ترکیب شدن با مایع پلیمری (پلی‌اکریلیک اسید) نشان داده شده است. همان طور که در شکل مشاهده می‌شود در الگوی پراش پرتو ایکس نمونه‌ها هیچ پیک آشکاری ملاحظه نشد.

آنالیز عنصری به روش فلورسانس پرتو ایکس بر روی هر دو نمونه پودر گلاس‌آینومر GICµ وnGIC به منظور تأیید حضور اکسیدها در ترکیب مطابق درصد وزنی مورد نظر، انجام گرفت. نتایج این آزمون در جدول‌های 1 و 2 نشان داده شده است.

 

 

جدول 1 : درصد وزنی ترکیبات µGIC

ترکیب

درصد وزنی

SiO2

39%

Al2O3

5/25%

AlPO4

5/16%

CaF2

12%

SrF

7%

 

 

 

 

جدول 2 : درصد وزنی ترکیبات nGIC.

ترکیب

درصد وزنی

SiO2

32/26

Al2O3

83/29

CaO

13/22

SrO

10/10

F

03/4

LOI*

59/7

 

 

 

تصاویر گرفته شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی از ذرات جزء سرامیکی سمان GICµ ساخته شده، در تصویر 2 و در بزرگنمایی‌های مختلف نشان داده شده است. آنچه که از این تصاویر به خوبی دریافت می‌شود، شکل نامنظم و اندازه کمتر از 100 میکرومتری ذرات شیشه است. شکل نامنظم ذرات به دلیل آسیاب کاری ذرات پس از استحصال مذاب منجمد شده است. هرچه زمان این آسیاب کاری بیشتر باشد، اندازه ذرات شیشه ریزتر خواهد بود. اندازه کمتر از 100 میکرومتر برای ذرات شیشه تولید شده به روش ذوبی، توسط سایر پژوهشگران نیز گزارش شده است.(16)   

تصاویر گرفته شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانوذرات پودر پیش ساز nGIC در تصویر 4 و در بزرگنمایی‌های مختلف نشان داده شده است. در این تصاویر آگلومره شدن ذرات به دلیل کاهش انرژی سطحی کاملاً مشهود است. این امر نشانگر ذات نانومتری ذرات پودر پیش ساز nGIC است.

 

 

 

تصویر 1 : طیف‏های آنالیز پراش اشعه ایکس: الف) میکروپودر گلاس­آینومر، ب) نانوپودر گلاس­آینومر.

 

 

  

تصویر 2 : تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از میکروذرات GICµ در بزرگنمایی‌های مختلف.

 

 

  

تصویر 3 : تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سمان GICµ (پودر مخلوط شده با مایع پلیمری).

 

 

  

تصویر 4 : تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانو پودر سمان nGIC.

 

 

 

  

تصویر 5 : تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سمان nGIC (پودر مخلوط شده با مایع پلیمری).

 

 

 

تصویر 6 تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از نانوذرات پودر پیش ساز nGIC را نشان می‌دهد. با توجه به تصاویر مشاهده می‌شود که ذرات عمدتاً مورفولوژی شبه کروی داشته و اندازه ذرات پودر پیش ساز تقریباً کمتر از 70 نانومتر می‌باشد.

 

 

 

تصویر 6 : تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از نانو پودر گلاس‌آینومر nGIC.

 

 

نتایج ارزیابی استحکام فشاری سیمان‌های nGIC و GICµ، در جدول 3 ارائه شده است. همانطورکه در جدول 3 مشاهده می‌شود، سمان nGIC استحکام فشاری بیشتری نسبت به GICµ از خود نشان داد (001/0P<).

 

 

 

جدول 3 : میانگین و انحراف معیار استحکام فشاری سیمان‌های گلاس‌آینومر GICµ و GICs

سیمان گلاس‌آینومر

استحکام فشاری MPa))

GICµ

39/3±10/46

nGIC

87/5±86/82

 

 

به عنوان یکی از نشانه‏های زیست فعالی، توانایی تشکیل آپاتیت در محلول شبیه‏سازی شده بدن بر روی سطح سیمان‌های GICµ و nGIC به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی و مقایسه شد و میزان آپاتیت رسوب کرده برروی سطح نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفت. شایان ذکر است که مقایسه تصاویر میکروسکوپی کاملاً کیفی بوده و میان تصاویر با بزرگنمایی‌های مشابه انجام شده است. سطح نمونه GICµ پیش از غوطه‏وری در محلول شبیه‏سازی شده بدن، در تصویر 7-الف نشان داده شده است. تصویر 7-ب، سطح همان نمونه را پس از 28 روز غوطه‏وری در محلول، نشان می‌دهد.

 

 

 

   

تصویر 7 : سطح نمونه سمان GICµ پیش از غوطه‏وری (الف) و پس از غوطه‏وری (ب) در محلول شبیه‏سازی شده بدن.

 

 

 

 

 

تصویر 8 : سطح نمونه سمان nGIC پیش از غوطه‏وری (الف) و پس از غوطه‏وری (ب) در محلول شبیه‏سازی شده بدن.

 

 

 

 

بحث

نتایج آزمون پراش پرتو ایکس به خوبی نشان داد که پودرهای گلاس‌آینومر GICµ و nGIC هر دو ساختار آمورف و بی­شکل دارند (تصویر 1). این نتیجه حاکی از تشکیل ساختار شیشه‌ای مورد نظر در پودرهای گلاس‌آینومر سنتز شده است. نتایج آزمون فلورسانس پرتو ایکس نیز نشان داد که ترکیب شیمیایی جزء سرامیکی سمان GICµ با تقریب بسیار خوبی مشابه درصدهای وزنی گزارش شده توسط ویلسون و مک لین(1) و همینطور ترکیب شیمیایی جزء سرامیکی nGIC مشابه درصدهای وزنی گزارش شده توسط برتولینی و همکاران(17) بود. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ذرات جزء سرامیکی سمان GICµ که در تصویر 2 مشاهده می‌شود، شکل نامنظم ذرات به دلیل آسیاب کاری ذرات پس از استحصال مذاب منجمد شده است. هرچه زمان این آسیاب کاری بیشتر باشد، اندازه ذرات شیشه ریزتر خواهد بود. اندازه کمتر از 100 میکرومتر برای ذرات شیشه تولید شده به روش ذوبی، توسط سایر پژوهشگران نیز گزارش شده است.(16) تصاویر گرفته شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی از ساختار شیشه‌ای یکپارچه GICµ (مخلوط پودر گلاس‌آینومر با مایع پلیمری (پلی‌اکریلیک اسید)) نشان داد که جزء سرامیکی ساخته شده، به خوبی با مایع پلیمری مخلوط شده است و از این جهت استحکام شیشه گلاس‌آینومر تضعیف نخواهد شد. سطح نسبتاً یکنواخت و یکپارچه GICµ، به خوبی در تصاویر گرفته شده به کمک میکروسکوپ الکترونی رویشی ملاحظه می‌شود. این نتایج با گزارشات ارائه شده توسط مشاورنیا و همکاران(3) و نورمحمدی و همکاران(18) تطابق داشت. تصاویر گرفته شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانوذرات جزء سرامیکی nGIC در تصویر 4 و در بزرگنمایی‌های مختلف نشان داده شده است. همانگونه که در تصاویر آشکار است نانوذرات پیش‏ساز سرامیکی nGIC تمایل به آگلومره شدن دارند. در این تصاویر آگلومره شدن ذرات به دلیل کاهش انرژی سطحی ذرات می باشد. به منظور مشاهده و تشخیص اندازه واقعی ذرات لازم است که نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری هم بررسی شود. تصاویر گرفته شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از ساختار سمان گلاس‌آینومر nGIC (مخلوط پودر گلاس‌آینومر با مایع پلیمری) که در تصویر 5 مشاهده می شود، نشان داد که جزء سرامیکی ساخته شده به خوبی با مایع پلیمری مخلوط شده است. این امر نشانگر ذات نانومتری ذرات پودر پیش ساز nGIC است. آنچه در تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ذرات جزء سرامیکی سمان nGIC مشاهده شد، مورفولوژی شبه کروی با اندازه ذرات کمتر از 70 نانومتری پودر گلاس بود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری پودر پیش‏ساز nGIC نشان می‌دهد که به دلیل کاهش انرژی سطحی ذرات تمایل به چسبیدن به یکدیگر و ایجاد آگلومره را دارند (تصویر 6-الف). در تصویر
6-ب اندازه ذرات به خوبی آشکار است، اگرچه باز هم به خاطر کاهش انرژی سطحی، چسبندگی بین ذرات مشاهده می‌گردد. نتایج آزمون استحکام فشاری نشان داد
که سمان nGIC استحکام فشاری بیشتری نسبت به GICµ داشته است. این نتایج با گزارشات ارائه شده توسط برتولینی و همکاران(17) تطابق داشت. به نظر می‌رسد تفاوت در اندازه دانه‌های جزء سرامیکی پیش ساز سمان گلاس که متأثر از روش ساخت آن است، دلیل این تفاوت است. نانوذرات گلاس‌آینومر (nGIC) در طی این پژوهش به روش شیمیایی (سل-ژل) ساخته شد در حالی که ذرات میکرومتری گلاس‌آینومر (GICµ) با روش ذوبی به دست آمد. در یک دیدگاه کلی می‌توان بیان کرد که رابطه مهمی بین ترکیبات، ریزساختار و خواص مکانیکی سیمان‌های گلاس‌آینومر وجود دارد. سمان گلاس آینومر به مثابه یک کامپوزیت زمینه پلیمری است که که ذرات سرامیکی درون آن پراکنده شده اند. تأثیر اندازه ذرات بر خواص مکانیکی کامپوزیت توسط پژوهشگران متعددی بررسی شده است(18) مهمترین نقطه ضعف این نوع کامپوزیت‏ها، شکست آنها درست در فصل مشترک ذره سرامیکی و زمینه پلیمری است. مسلم است ریزی هرچه بیشتر ذرات جزء سرامیکی باعث خواهد شد پذیرش آنها توسط زمینه پلیمری بسیار راحت‏تر صورت گرفته و زمینه پلیمری ذره را به آسانی در میان خود جای داده و ناپیوستگی در فصل مشترک ذره و زمینه حاصل نگردد.(18) نتیجه این امر، مقاومت بیشتر ماده در برابر نیروهای کششی و فشاری و افزایش استحکام خواهد بود.(20-18)

نتایج ارزیابی زیست فعالی سیمان‌های گلاس آینومر سنتز شده قبل و بعد از غوطه‏وری در محلول شبیه‏سازی شده بدن (تصاویر 7 و 8)، به وضوح نشان داد که سطح نسبتاً صاف و یکنواخت نمونه‏ها پس از غوطه‏وری در محلول شبیه‏سازی شده بدن به صورت متخلخل و غیریکنواخت درآمده است. در واقع با گذشت مدت زمان غوطه‏وری، یون‌های کلسیم از محلول SBF با گروه‌های
Si-OH و COOH موجود در سمان گلاس‌آینومر پیوند می‌دهند و کمپلکس‌های غنی از کلسیم را تشکیل می‌دهند. در نهایت این کمپلکس‌ها منجر به تشکیل لایه‌های خشن آپاتیت بر روی سطح نمونه خواهند شد.(21) تشکیل لایه‌های آپاتیت بر روی سطح سمان nGIC (تصویر 8) به مراتب بیشتر بود. این نتایج با گزارشات ارائه شده توسط نورمحمدی و همکاران(21) تطابق داشت. سطح وی‍ژه بسیار بالای نانوذرات باعث رهایش بیشتر و سریع‏تر یون‏های آپاتیت ساز ار سطح سیمان گلاس می‏شود. این ویژگی باعث گسترش کاربرد سیمان‌های گلاس‌آینومر، به ویژه سـمان گلاس‌آینومر nGIC در مصارف ارتوپدی و ترمیم

بافت سخت و استخوان آسیب دیده نیز خواهد شد.

نتیجه گیری

نتایج نهایی این پژوهش نشان داد که گلاس‌آینومر نانوساختار (nGIC) در مقایسه با گلاس‌آینومر میکروساختار (GICµ) استحکام فشاری بالاتر و زیست فعالی مطلوب‌تری را در محیط شبیه‏سازی شده بدن نشان می‌دهد.

تشکر و قدردانی

نویسندگان مقاله مراتب سپاس خود را از دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان و دانشکده دندانپزشکی دانشگاه علوم پزشکی اصفهان اعلام می‏دارند.

  1. Dennis S. Development of glass-ionomer cement systems. J Biomater 1998; 19(6): 467-78.
  2. Bagheri J. Glass ionomer cements. 1st ed. Mashhad: Imam Reza University; 2004. 89-96. (Persian)
  3. Moshaverinia A, Ansari S, Moshaverinia M, Roohpour N, Darr JA. Rehman I. Effects of incorporation of hydroxyapatite and fluroapatite nanobioceramics into conventional glass ionomer cements. Bio Mater 2008; 4(1): 432-40.
  4. Crisp S, Wilson AD. Reaction in glass ionomer cements. Decomposition of the Powder J Dent Res 1974; 53(6): 1408-13.
  5. Pearson GJ, Atkinson AS. Long-term flexural strength of glass ionomer cements. J Bio Mater 1991; 12(7):
    658-60.
  6. Gu YW, Yap AUJ, Cheang P, Khor KA. Effects of incorporation of HA/ZrO2 into glass ionomer cement (GIC). J Bio Mater 2005; 26(7): 713-20.
  7. Choi JY, Lee HH, Kim HW. Bioactive sol-gel glass added ionomer cement for the regeneration of tooth structure. J Mater Sci 2008; 19(10): 3287-94.
  8. Doosti A. Fundamental and Clinical Application of Glass Ionomer. 1st ed. Qum: Publication; 1386. P. 12-40.
  9. Aranha AMF, Giro EMA, Souza PPC, Hebling H, Costa SAS. Effect of curing regime on the cytotoxicity of resin-modified glass-ionomer lining cements applied to an odontoblast-cell line. J Dent Mater 2006; 22(9):
    864-9.
  10. Momoi Y, Hirosaki KA. Flexural properties of resin- modified "Hibrid" glass ionomers in comparison with conventional acid-base glass ionomers. J Dent Mater 1995; 14(2): 109-19.
  11. Summit BY, Robbins WJ, Schwartz SR. Fundamentals of Operative Dentistry a Contemporary Approach. 3rd ed. St. Louis: Quintessence Pub 2006. Chapter 5,13.
  12. Pinkham JR, Casamassimo PS, Fields HW, Mctigue DJ, Nowak A. Pediatric Dentistry Infancy through Adolescent. 3rd ed. St. Louis: W.B. Saunders Co; 2005. P. 33.
  13. Yli-Urpo H, Narhi M, Narhi T. Compound changes and tooth mineralization effects of glass ionomer cements containing bioactive glass (S53P4), an in vivo study. J Bio Mater 2005; 26(30): 5934-41.
  14. Basiri M. Studing the flexural strength of six glass ionomer cements. J Dent 2007; 20(2): 118-29. (Persian)
  15. Khaghani M, Doostmohamadi A, Golniya Z, Monshi A. Preparation physicochemical characterization, and bioactivity evaluation of strontium-containing glass ionomer cement. ISRN Ceramics 2013; 3(1): 1-7.
  16. Todo A, Hirasawa M, Kato Sh. Glass powder for dental glass ionomer cement. United States Patent Number: 6, 136, 737.
  17. Bertolini MJ, Zaghete MA, Gimenes R. Development of experimental glass ionomer cement containing niobium and fluoride. J Non Cryst Sol 2005; 351(3): 3884-7.
  18. Moczo J. Pukanszky B. Polymer micro and nanocomposites: Structure, interactions, properties. J Ind Eng Chem 2008; 14(3): 535-63.
  19. Doostmohammadi A, Monshi A, Salehi R, Fathi MH, Karbasi S, Uwe P, et al. Preparation, chemistry and physical properties of bone-derived hydroxyapatite particles havinga negative zeta potential. Mater Chem Physics 2012; 132(5): 445-6.
  20. Bellucci D, Cannillo V, Sola A. A New highly bioactive composite for bone tissue repair. Int J App Ceramic Tech 2011; 22(1): 100-10.
  21. Nourmohammadi J, Sadrnezhaad SK, Behnamghader A. In vitro bioactivity of novel cured ionomer cement based on iron oxide. Ceramics Int 2010; 36(5): 1645-51.