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研究文章
GIOMER-智能粒子(新一代玻璃离子水泥)

Noor Saira Wajid Najma Hajira1 *N之一Meena2

1印度卡纳塔克邦班加罗尔的Ridgetop牙科国际公司
 2印度卡纳塔克邦班加罗尔的Vokkaligara Sangha牙科学院和医院

*通讯作者:Noor Saira Wajid Najma Hajira, Endodontist, Ridgetop Dental International, Bangalore, Karnataka, India, Tel: 8884926497;电子邮件:dr.noorsaira@gmail.com


摘要

本文综述了一种革命性的预反应玻璃离聚物填充技术——“Giomer”。这篇综述是第一篇基于大量现有研究，全面介绍了giomer的演化、PRG填料的制备、PRG粒子的类型、生物特性、物理特性、光学特性和应用的文章。

关键字

氟释放giomer;玻璃离子交联聚合物;Prereacted玻璃离子交联聚合物

介绍

为了寻找一种具有传统玻璃离子释放氟化物能力和复合材料耐久性的材料，Denstply于1993年推出了聚酸改性复合材料或复合材料。

复合材料主要由树脂基体、玻璃填料和脱水聚烯酸组成。它们的优点是，它们经历了最初的光活化聚合，提供了早期的强度发展，然后是一个缓慢的酸碱反应，因为脱水的聚烯酸在放置到空腔后吸收了水的水化。但氟离子释放量虽高于传统复合材料，但低于传统玻璃离聚物，且不具有补氟能力。

为了克服这些缺点，最近Shofu公司推出了一种新的混合美学修复材料，它不同于树脂改性玻璃离聚物和复合材料(京都，日本2000年称为GIOMERS，他们在玻璃芯上创造了稳定的玻璃离聚物相，在水的存在下，他们诱导了含氟玻璃和聚羧酸之间的酸碱反应，作为预反应玻璃离聚物(PRG)填料。

Robert等首先指出玻璃离聚物水泥的氟释放机理来源于可离子浸出的氟亚铝硅酸盐玻璃与可渗透聚烯酸基质中的聚烯酸之间的酸碱反应相，并新开发了一种革命性的预反应玻璃离聚物(PRG)填料技术[1]。因此氟离子的释放是由于在玻璃芯表面形成酸碱反应相所致。这种PRG技术被应用于树脂复合材料的填充组分，提供了一种生物活性的结果，像传统的玻璃离聚物水泥一样释放并被氟离子充电，同时保持树脂复合体系的原始物理性能[2,3]。

Giomer

Giomer是一种氟释放树脂基牙科粘合剂材料，由PRG填料组成。

PRG填料的制备

通过氟铝硅酸盐玻璃(FASG)与聚烯酸(PAA)在水存在下的酸碱反应制备了PRG填料，形成湿硅质水凝胶。冻干后，将干燥的干凝胶进一步磨细、硅烷化，形成特定尺寸范围[4]的PRG填料。

PRG填料的类型

根据玻璃离聚物与酸的反应程度，将prg填料分为两种类型，并被纳入到giomer产品[5]的配方中。

S-PRG:该反应在表面贷款中检测，称为表面反应(表面反应类型，S-PRG填料)。

F-PRG:反应自始至终进行，称为完全反应(完全反应型，F-PRG填料)，使F-PRG的生产——存在大量的水。使用两种类型的PRG填料内通过配位体交换促进氟化快速释放prereacted水凝胶[6]F-PRG,填充物会释放大量的氟化物为核心的粒子是完全反应与S-PRG填料、F-PRG会降低速度比S-PRG填充物。S-PRG的进一步优势是它释放除氟以外的5个离子，这些离子具有有益的性质。离子是Al, B, Na, Si, Sr离子[7,8]。

修改S-PRG:最近,改善PRG技术已经被开发出来,它导致修改“S-PRG填料的发展由原来的三层结构的核心多功能fluoro-boro-alminosilicate玻璃和两个表面层,形成一个pre-reacted glass-ionomer阶段核心和一个表面上的玻璃覆盖在预反应玻璃离子相表面的增强改性层。这种三层结构形成了一种稳定的玻璃离聚物，允许离子释放和充电，同时保护玻璃芯免受湿气的破坏，极大地提高了长期耐久性。Fujimoto证明，以改性S-PRG填料的新型氟释放修复系统还能释放f离子以及其他离子，如Al、B、Na、Si和Sr[8]。

S-PRG填料的好处

由于S-PRG填料释放氟化物以外的离子，因此有一系列好处:(i)释放氟化物和补充氟化物，(ii)形成抗酸层[9](iii)加强牙齿结构[10](iv)抗菌斑作用[11](v)牙本质再矿化[12](vi)酸缓冲能力和减少产酸细菌[8]。

GIOMER属性:giomer的性质需要在(i)生物学，(ii)物理/机械性质，(iii)光学性质下理解

生物学特性:抗菌性能;变形链球菌、PRG和生物膜的粘附;矿物诱导;细胞毒性

氟释放

Itota等人的研究表明,总量和自由氟释放Giomer高于Compomer和树脂复合后得出结论,玻璃离子交联聚合物矩阵的程度的玻璃填充氟释放和充电能力发挥重要作用的树脂材料[13]。同时也表明，giomers和compomers确实具有玻璃离聚体水泥[14]的初始氟爆裂效应。Gururaj 2011，只有使用传统的GIC、树脂改性GIC和giomer[15]时，人工唾液中的氟化物释放值达到1ppm。

氟化物充电

Preston和Han报告说，一种材料表现出氟化物补给的能力取决于它保留氟化物[16]的能力。补给能力由能够保留吸收氟化物的材料内的可用地点数量决定。所以更多的氟化物释放，更多的站点可用更多的氟化物补给[17]。

Naoum在2011年进行的一项研究比较了不同氟化物释放材料之间的氟化物释放和补给情况，并报告说，对焦化物产品[18]来说，氟化物释放和补给是最大的。但富士IX Extra(玻璃离聚物)表现出更大的氟化物释放和充放电比其他三种复合材料和giomer。这可以解释的基础上树脂基质的渗透性，亲水性质的基质包含填料颗粒[18]。

充电前后氟化物释放的差异
充电前释放

Itota 2005报告说，“美丽”表明去离子水和乳酸的释放量最大，与水相比，乳酸中的氟释放量更大，被称为"聪明行为"[19]。由于S-PRG颗粒的水凝胶比树脂基体具有更高的渗透性和孔隙度，与其他氟释放复合材料相比，Giomer具有更强的释放能力。与不含玻璃离聚物相的复合材料相比，这种水凝胶为Beautiful II提供了结构内能够吸收更多氟化物的区域。

充电后

与酸相比，Beautifil II在水中的再释放量更大。这可能是由于酸的溶解作用促进了填料中额外的阳离子释放。这些阳离子有能力与通过注入树脂的氟离子形成氟络合物[20,21]。这种配合物比自由氟化物离子具有更大的分子尺寸，并且可能会遇到移动阻力以及在树脂基质中保留时间的增加。这种复合物的延迟释放表明有可能持续释放并增强复发性龋[18]的潜力。

Dijkman报道,位置的空缺树脂玻璃离子交联聚合物减少氟释放1.5到4倍倍[22],由此可见,充电后氟释放Beautifil II相比,可能会超过玻璃离子交联聚合物的高原释放证明抑制龋齿。玻璃离子具有更大的渗透性和孔隙率，有利于氟离子的释放，这些特性也有助于随着[18]的老化而降低弹性模量和硬度。

离子释放和调制效应

如前所述，S-PRG填料会释放六种不同的离子，即Na+,波3.——,艾尔。３＋、F - Sr2＋、SiO２－．

它们的作用如表1所示。

表1:离子释放和调制效应

硅酸盐离子-矿物感应

据报道，硅似乎促进羟基磷灰石的形成，因为硅凝胶诱导磷灰石在其表面成核。水合硅胶表面的硅醇基团与周围环境中的钙、磷离子相互作用，在硅胶[23]表面生成具有生物活性的磷灰石。

另外，据报道，从生物活性玻璃粒子释放的硅离子被吸附在衬底表面，从而为非均相磷灰石成核提供场所。一旦成核，就会自发生长形成骨状磷灰石层[24]。

对于形状复杂的材料上的骨状磷灰石涂层，有报道称，当硅酸钠作为磷灰石成核的催化剂时，会形成磷灰石层，其中具有二聚体、线性三聚体和环四聚体结构的特殊硅酸盐低聚体对磷灰石成核[25]贡献最大。关于硅对牙本质矿化的贡献，有报道称硅通过硅酸缩合成低聚物的机理促进牙本质矿化。当足够数量的Si被吸附到牙本质上的阴离子基团(SiO -)，它作为一个成核中心，随后，增加Cap形成[26]。

酸性介质的离子释放/缓冲调制

氟化物及其他离子的释放速率由扩散机制控制的离子通过矩阵和受到多种因素的影响如氟释放的持续时间、萃取介质的pH值,表面积和玻璃离子交联聚合物水泥的侵蚀损耗程度。在介质pH值对离子释放行为的影响方面，酸性条件已知会增强所有离子[27]的释放。然而，必须指出的是，这种增强释放在酸中不是均匀的，而是对每个离子[28]发生不同程度的释放。

有趣的是，尽管存在这些差异，离子释放往往会导致萃取介质的pH值相当均匀地向中性[29]移动。藤本健二2010年的一项研究表明，在乳酸中，锶离子的释放量最高，其次是F离子和Si离子。同样，B和Na的离子释放量随着溶液比[8]的增加而逐渐增加。

同样的研究报告，S-PRG填料改变蒸馏水和乳酸溶液的pH值更接近中性，而不管它们在混合前的pH值不同。结果表明，S-PRG填料与传统玻璃离子水泥一样，对酸性溶液有调节作用。

对玻璃离子水泥的酸性侵蚀主要发生在凝胶相而不是未反应的玻璃核上，这表明离子从水泥凝固的基体相释放。尽管如此，周围溶液的酸性已经被证明会降解玻璃离子胶结物的玻璃芯，从而增加离子释放的数量。相比之下，S-PRG填料与玻璃离子水泥不同，在酸性条件下相对稳定;关于S-PRG填充物的临床意义，本研究结果表明其具有双重影响:1)能够释放促进牙矿化的离子。2)对口腔龋齿微生物产生的酸性条件有调节作用。

Giomer在生物膜
变形链球菌的粘附/抗斑块作用

牙菌斑的定植变异链球菌在龋齿中起着致病作用。Nishio和Yamamoto 2002，发现S-PRG填料释放的氟化物与防止含S-PRG填料[30]的实验树脂复合材料表面的斑块积累有关。与giomer相比，其他商业复合树脂的表面在24小时后显示出成熟的斑块。据报道，在使用Beautifil II修复的牙齿表面，唾液会形成一层“材料薄膜”，以减少菌斑的粘附和抑制细菌的定植。虽然这层“材料薄膜”可以通过刷牙来去除，但随后的几层可以通过唾液来再现。因此，S-PRG填料具有抑制斑块积聚的作用。

最近，一项体内实验表明，含s - prg的树脂材料比两种替代材料形成的牙菌斑更少。此外，S. Mutans在含s - prg的树脂表面的粘附率明显低于其他两种材料，尽管没有一种材料具有显著的杀菌活性。从这些结果来看，结果表明，S-PRG对固体树脂和可溶性[11]均有抑制变形链球菌的作用。

牙周生物膜

牙周炎是由牙周病变细菌引起的，如牙龈卟啉单胞菌，一种黑色，革兰氏阴性，糖分解厌氧细菌[31]。p . Gingivalis具有蛋白酶分泌、共聚集[32]等多种生物活性。据报道，牙龈蛋白酶对人中性粒细胞[33]有抑制活性。牙龈痛与促进生长有关p . gingivali。牙龈蛋白酶还与明胶酶活性有关，这可能导致牙周组织降解[34]。p . gingivalis与其他口腔细菌如梭菌属nucleatum，而这些多菌复合体群落的形成是牙周炎[35]发病的初始和关键步骤。

S-PRG对二者共聚集的影响p . gingivalis和f . nucleatum

f . nucleatum展品coaggregation与p . gingivalis．牙周病变细菌的共聚集与细菌在龈沟[36]的附着有关。近年来，一些金属离子被发现可以抑制牙龈杆菌的聚集能力，并有望抑制牙龈杆菌的沉降p . gingivalis在牙龈沟中[37]S-PRG也可能干扰牙周环境中晚期多菌群的形成。这些抑制作用的机制尚不清楚，需要进一步阐明。已知S-PRG能释放各种离子，包括F -、Al３＋,老2＋、SiO3−,波3.3−和钠+[38]。

硼已知对皮肤疾病和牙周炎有抗菌活性，并抑制细菌和真菌群体感应。(39 - 41)。群体感应是生物膜形成的关键因素，因此抑制该功能可能是S-PRG作用的一个很好的候选机制。在p . gingivalis， S-PRG作用的机制可能涉及对调节细菌酶活性的金属盐和离子的控制。众所周知，齿龈需要金属离子来达到最大的酶活性，而明胶酶被金属盐抑制。因此，S-PRG可能通过调节这些金属盐和离子的浓度来影响酶的活性[42,43]。S-PRG洗脱液对黄颡鱼幼鱼的bapna水解和明胶酶活性有抑制作用p . gingivalis．

Giomer和牙本质过敏

Tsubota等人报道，S-PRG填充物对开放的牙本质小管有良好的咬合作用，从而为底层牙本质提供抗酸性。从S-PRG填料中集中释放的氟化物和其他矿物质可能有助于小管中的再矿化，并随后导致长时间的闭塞[44]。

细胞毒性

有研究表明，牙科材料的初始pH值低可能导致细胞毒性反应[45,46]由于giomer采用预反应玻璃离聚物技术，氟硅酸铝玻璃与聚烯酸在水中反应，然后包合到硅填充的聚氨酯树脂中，结果表明，giomer的初始pH值降低幅度不像resin离聚物和常规GIC[47]那样大。研究表明，树脂改性玻璃离聚物在[48]沉淀的前60分钟内表面pH值保持较低。Huang等人已经证明树脂改性玻璃离聚体水泥通过抑制细胞生长、粘附和增殖[49]对培养的人牙龈成纤维细胞具有细胞毒性。体外研究表明，Giomer复合材料是一种对人牙龈成纤维细胞[50]无毒的材料。

Ii)物理性能/机械性能

抗弯强度:130mpa

剪切粘结强度=12.39 Mpa

维氏硬度:62 Hv

耐磨性:0.52 wt%[51]。

Quader的研究报告了Giomer、Compomer和Composite[52]的抗压强度比较(分别为246mpa、151.943 Mpa和146.265 Mpa)

吸水率/尺寸变化

牙科修复材料的设计释放氟化物是通过扩散氟化物离子在吸收的水介质。释放氟化物能力的核心是一种材料支持水扩散的能力，同时不具有过大的吸水值。

McCabe[53]报道说，树脂基体的性质是一个基本参数，它不仅可以控制水的扩散速度，而且还可以控制水在材料结构的那一部分的吸附程度。在giomer中，预反应区可能只影响玻璃的表面或可能消耗几乎整个玻璃颗粒，这种差异在这组产品中创建了进一步的细分。填料颗粒表面的反应区不仅可以作为储层进行氟离子的再充注，还可以促进水的吸收和扩散。这种吸收是可以容忍的，只要它不会导致机械性能的任何恶化，不会产生过度膨胀，也不会在材料被限制时产生内部压力或径向压力，无论是在空腔内，还是用作润滑剂时。

McCabe也报道了giomer和comper之间的关系，只有giomer有很大程度的膨胀，这表明该材料的吸水机制能够克服空腔[53]的抑制影响。giomer和compomer材料在微观结构上的主要区别是存在预先反应的玻璃聚酸区，这些玻璃聚酸区成为giomer结构中的填料的一部分。似乎这些区域负责产生渗透效应，导致肿胀和压力。压力是否大到足以造成牙齿骨折是不确定的，因为这将取决于腔的尺寸，残余牙齿结构厚度[53]。

有趣的是，Fatma报道，不同修复材料的吸水程度与颜色稳定性和边缘完整性[54]有直接关系。

光学性质

专利填充技术集成了天然牙齿的光传输和扩散特性。这使自然出现修复，甚至一层。为了模拟自然牙齿的内部结构，研究了具有理想光传输和光学特性的填充结构。釉质的适度半透明和透光结合牙本质的光扩散提供了可预测的美学，与自然牙齿的颜色接近。

利用变色龙的效果，使用单一的色光，与周围的牙齿很好地混合，使修复无法察觉，可以实现出色的自然色光复制。在美学要求高的情况下，额外的阴影可以用来实现特殊的结果。荧光接近天然牙，放射不透明度3.4 Al: mm，异常放射不透明度，比牙釉质高70%，比牙本质高200%，比牙釉质高1.7倍，比牙本质高3倍。它有一个深度固化:5.9毫米。

应用程序/适应症
  1. III、IV、V类龋的修复
  2. I类龋和选择性II类龋的修复
  3. 乳牙修复
  4. 基底/衬垫修复
  5. 窝沟封闭剂
  6. 削弱封网
  7. 断裂陶瓷及复合材料的修复
  8. 修复宫颈糜烂及根龋
  9. 切缘骨折修复
  10. 贴面板和帖子
  11. 直接美容修复
  12. 盖髓剂
结论

Giomer是一种兼具玻璃离子水门汀和复合材料性质的特殊修复材料。S-PRG技术不仅提供了复合材料的机械强度优势，还提供了多种离子的释放，即钠离子、硅酸盐离子、铝离子、氟离子、硼酸盐离子和锶离子，从而提供多种生物功能，如释放和补充氟，抗菌斑作用，抗生物膜作用，ph值的调制，美观，透光，扩散和荧光特性与天然牙齿相似。它具有无与伦比的辐射不透明度，颜色稳定性和出色的处理和材料性能。

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文章类型:研究文章

引用:Najma Hajira NSW, Meena N (2015) GIOMER-智能粒子(新一代玻璃离子水泥)。国际牙科口腔健康2(4):doi http://dx.doi.org/10.16966/2378-7090.166

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出版的历史:

  • 收到日期:2015年8月24日

  • 接受日期:2015年11月30日

  • 发表日期:2015年12月8日