玻璃离子水门汀（GICs）的创新材料：牙科应用-材料制备-科学指南针

【摘要】玻璃离子水门汀（GICs），也被称为玻璃聚烯酸酯水门汀，在牙科实践中成为汞合金和树脂复合材料的理想替代品。

简介

牙科修复材料的进步受到追求模仿自然外观的生物相容性解决方案的推动。传统牙科材料，如汞合金和复合树脂，存在固有缺陷。尽管汞合金具有功能性，但其美学缺陷和含汞量引发了人们对潜在毒性和体内释放的担忧。另一方面，树脂基材料在美学上优于汞合金，但在粘结过程中存在技术复杂性，且应用过程操作复杂。

玻璃离子水门汀（GICs），也被称为玻璃聚烯酸酯水门汀，在牙科实践中成为汞合金和树脂复合材料的理想替代品。这些水门汀具有一系列优势特性，使其适用于各种牙科应用。GICs主要用于植入物稳定和重建手术，可直接填充于牙洞中，无需额外的粘结剂。通过调整其成分，GICs可以定制以满足不同的需求，包括密封或强调牙洞底部、粘结程序、核心构建、高氟释放配方，甚至专为儿童设计的水门汀。

GIC材料的优势

玻璃离子水门汀（GICs）以其多方面的优势而闻名，在众多牙科应用中越来越受欢迎。其固有的好处包括：

1.安全性

–无与伦比的生物相容性，确保无炎症反应或毒性担忧。

–不含双酚A和汞，提供更安全的替代品。

2.卓越的物理和化学性能

–表现出热相容性和极小的热膨胀，确保稳定性。

–对矿化组织如牙釉质和牙本质，以及玻璃颗粒和碱金属具有强大的粘附力。

–拥有稳定且耐用的离子聚合物化学结构，确保使用寿命长。

3.使用方便

–快速凝固时间，简化应用过程。

–可通过调整粉液比来定制多变的物理性能。

–配方中释放氟化物，作为有效的防龋剂。

4.美学吸引力

–提供自然外观的修复体，与周围牙齿无缝融合。

传统离子聚合物的实例

传统的玻璃离子水门汀（GICs）主要由一种离子聚合物（如聚烯酸）和大小在15至50微米之间的硅酸盐玻璃颗粒混合而成。在固化过程中，离子聚合物与玻璃颗粒交织在一起，形成坚固的网络结构。离子聚合物中存在的羧酸盐基团作为关键的网络改性剂，促进与金属离子的交联和盐桥的形成。如图1所示，这些传统离子聚合物通常是来自不饱和单羧酸、二羧酸、三羧酸或多磷酸的均聚物或共聚物。

图1

离子聚合物成分在决定玻璃离子水门汀（GICs）的质量和性能方面起着至关重要的作用。GIC的关键属性，包括固化时间、粘结强度和水泥耐久性，与离子聚合物的组成、结构排列、粘度、分子量和聚合物分散性密切相关。此外，离子聚合物的纯度，特别是单体和低聚体含量的严格控制，对于塑造GIC的最终性能至关重要。

下一代GIC的创新离子聚合物

尽管传统玻璃离子水门汀（GICs）具有众多优点，但其机械性能相对较差，导致断裂强度低、韧性降低和耐久性减弱。具体来说，其较低的抗拉强度使其在高应力区域的应用中表现不足，如二类修复体，特别是当牙洞壁支撑不足时。因此，传统离子聚合物的使用仅限于非承重修复体。为了克服这些限制，已经设计了创新的GIC配方，旨在增强其性能并提高抗断裂、磨损和侵蚀的能力。

增强的GIC配方包括：

1.树脂改良型玻璃离子水门汀（RMGICs）：将可聚合树脂加入GIC配方中，可增强其机械和物理性能，特别是粘附性和透明度。

2.混合型离子聚合物水门汀（双固化和三固化）：为增强强度，可向GIC中添加光固化单体。这种混合材料既经历酸碱离子聚合物反应，又经历光引发固化。水泥的初步固化通过光化学聚合实现，从而防止其过早暴露于湿气中。三固化GICs进一步结合了化学固化剂，与光引发和酸碱反应共同作用。

3.增强型GICs：将金属粉末或纤维整合到GICs中可提高其整体强度。加入氧化铝、二氧化硅或碳纤维可显著提高抗弯强度。

4.生物活性玻璃离子聚合物：将生物活性玻璃加入GICs中可增强牙齿的生物活性、再生能力和修复效果。这种生物活性玻璃还有助于牙本质的再矿化。

新型离子聚合物的设计

阿拉丁正在开创合成方法，能够更好地控制离子聚合物共聚物的性能。为离子聚合物设计一条稳健的合成路线对于实现具有可预测和可重复特性的产品至关重要。传统的离子聚合物共聚物合成涉及丙烯酸和二/三羧酸单体，它们具有不同的固有反应性，在调节分子量、多分散性和组成方面带来了挑战。阿拉丁优化的合成过程通过采用严格控制的反应条件、精确的单体投料比以及单体和催化剂的精细添加来解决这些问题，从而生成具有精确物理和分子特性的离子聚合物。

此外，阿拉丁还引入了一系列具有延长连接链的新型单体，旨在提高GIC的性能。现有的离子聚合物中，羧酸基团与聚合物主链紧密相连，这阻碍了它们在固化过程中有效转化为离子键合的羧酸盐基团，最终限制了盐桥的形成。通过引入羧酸基团之间具有不同间隔长度的单体，旨在通过促进更强大的盐桥网络的形成来增强水泥的性能。