1 Escuela Nacional de Estudios Superiores, Unidad León, Licenciatura en Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México, Boulevard UNAM No. 2011 Predio el Saucillo y el Potrero, 36969 León, GTO, Mexic

2 Facultatea de Medicină Veterinară și Zootecnia, UMSNH, Km. 9.5 Carretera Morelia-Zinapécuaro, Col. La Palma, 58893 Tarimbaro, MICH, Mexic

3 Laborator de materiale dentare, Divizia de Studii de Studii și Investiții, Facultatea de Medicină Dentară, Universitatea Națională Autonomă din Mexic, Avenida Universidad Nr. 3000, Colonia Copilco, 04510 Mexic, DF, Mexic

4 Posgrado de la Facultad de Chemistry, Universidad Nacional Autónoma de México, Avenida Universidad No. 3000, Colonia Copilco, 04510 Mexic, DF, Mexic

5 Departamentul de Inginerie Moleculară a Materialelor, Centrul pentru Fizică Aplicată și Tehnologie Avansată, Universitatea Națională a Comunității Autonome din Mexic, Campus Juriquilla, Boulevard Juriquilla Nr. 3001, 76230 Juriquilla, QRO, Mexic

6 Advanced Technology Center, (CIATEQ), av. El Retablo 150, 76150 Querétaro, Qro, Mexic

Abstract

Punctul culminant al acestui studiu a fost sinteza nanoparticulelor de poli (metacrilat de metil) nanopigmentate care au fost prelucrate ulterior folosind o baie de apă și/sau energie cu microunde pentru proteze. Rășinile acrilice experimentale au fost caracterizate fizicochimic și aderența Candida albicans și biocompatibilitatea au fost evaluate. S-a obținut o rășină acrilică nanopigmentată vindecată printr-o baie de apă sau prin energie cu microunde. Probele acrilice posedă proprietăți similare cu rășinile acrilice comerciale, dar rezistența transversală și porozitatea au fost ușor îmbunătățite. Rășinile acrilice vindecate cu energia microundelor au fost reduse C. albicans aderare. Aceste rezultate demonstrează un material necitotoxic îmbunătățit pentru fabricarea bazelor de proteză în stomatologie.

1. Introducere

Poli (metacrilatul de metil) (PMMA) este principala rășină acrilică comercială utilizată la fabricarea protezelor [1]. Progresele în știința polimerilor pentru bazele protezei au dezvoltat diferite tehnici de turnare și activare [2]. Rășinile acrilice comerciale generate de căldură și microunde au formulări chimice similare [3], dar există componente specifice pentru întărirea rășinilor pentru fiecare tehnică. Metoda cu microunde pentru polimerizarea bazei protezei PMMA are următoarele avantaje: timpi mai scurți pentru întărire și pentru obținerea fazei plastice și mai puțină porozitate și adaptare excelentă a unui material protetic în contrast cu polimerizarea convențională cu apă caldă. În ciuda acestor avantaje, această metodă are o utilizare limitată în domeniul stomatologiei [4].

Au fost raportate câteva studii privind rășina acrilică experimentală. În lucrările noastre anterioare, particulele sferice ale unei rășini acrilice experimentale au fost sintetizate prin tehnica suspensiei de polimerizare folosind alginat de sodiu sau gelatină ca agenți de suspensie. A fost obținut un PMMA clar și morfologia, dimensiunea particulelor, comportamentul termic și proprietățile de flexie au fost pe deplin caracterizate. Rezultatul a fost un material comparabil cu rășinile acrilice comerciale pentru protezele dentare atunci când materialul a fost prelucrat printr-o baie de apă sau printr-o tehnică cu microunde [5]. Nanoparticulele de oxid metalic au fost incluse în sinteză ca pigmenți pentru a obține un PMMA roz care a fost similar cu gingiile de culoare. Aceste particule de PMMA nanopigmentate au fost termopolimerizate cu tehnica băii de apă și au prezentat porozitate și solubilitate mai scăzute în comparație cu PMMA limpede [6]. Diferite tipuri de fibre [7] sau nanoparticule de argint [8] au fost adăugate în formularea PMMA nanopigmentată, dar fibrele nu au modificat rezistența la flexiune, iar nanoparticulele au scăzut această valoare, în ciuda îmbunătățirii efectului antifungic împotriva Candida albicans.

PMMA nanopigmentat trebuie evaluat în toate proprietățile fizice, antimicrobiene și citocompatibile atunci când este procesat în mod indistinct de o baie de apă și de tehnici de termopolimerizare cu microunde. Aceste metode nu sacrifică proprietățile fizico-chimice ale rășinii și ar putea genera un material ieftin și netoxic. Materialul trebuie comparat cu rășinile acrilice comerciale disponibile pentru fiecare tehnică specifică. Materialul a fost comparat cu rășinile acrilice Lucitone 199 și Acron MC pentru baze de proteze, care sunt disponibile comercial pentru tehnici specifice de polimerizare în baie de apă și, respectiv, cu microunde.

2. Materiale și metode

Monomerul metacrilat de metil (MMA) și peroxidul de benzoil (ambii de la Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, SUA) au fost folosiți ca primiți. Alginatul de sodiu (Manufacturera-Dental-Continental, Mexic) a fost utilizat ca agent de suspensie. Au fost utilizate ca pigmenți nanoparticule de oxid de fier și oxid de titan (Fe2O3 [R-4511] și TiO2 [RF-9400] (González-Cano y Compañía, Mexic). Trubyte, York, PA) și Acron MC (GC Lab Technologies, Alsip, IL) au fost selectate pentru comparații.

3. Sinteza particulelor de PMMA nanopigmentate

PMMA nanopigmentat, o substanță roz similară cu gingiile, a fost sintetizată prin tehnica de polimerizare în suspensie descrisă în lucrările anterioare [5]. Metoda succintă a fost următoarea. Într-un balon cu cinci gâturi, 200 mL de apă deionizată, 1,5 g de alginat de sodiu, 200 g de monomer MMA și 0,2 g de inițiator au fost amestecate cu reflux; s-a adăugat azot gazos; amestecul a fost agitat (1.200 rpm) și încălzit la 70 ° C timp de 2 ore. Nanopigmentii TiO2 și Fe2O3 au fost dizolvați în 30 ml de apă deionizată și adăugați la reactor 30 de minute înainte de încorporarea inițiatorului. Agitarea constantă pe toată durata reacției a fost utilizată pentru a asigura o distribuție egală a pigmenților. Când reacția a fost terminată și particulele PMMA s-au sedimentat, acestea au fost separate prin decantare. PMMA a fost spălat cu apă deionizată de patru ori până când apa a fost limpede pentru a elimina produsele care nu reacționează. Particulele de polimer au fost uscate la temperatura camerei.

4. Caracterizarea particulelor de PMMA nanopigmentate

Au fost caracterizate pulberile nanopigmentate PMMA, Luciton 199 și Acron MC. Spectroscopia cu infraroșu transformat Fourier (FT-IR) a fost efectuată într-un instrument Bruker Vector 33 folosind tehnica transmitanței. Probele au fost preparate pe discuri translucide KBr și analizate cu 17 scanări în regiunea lungimii de undă între 400 și 4.000 cm -1 .

Pentru analiza microscopiei electronice cu scanare (SEM), particulele de polimer au fost acoperite cu aur prin evaporare sub vid, iar observațiile au fost efectuate cu un microscop de scanare JSM-6060LV (JEOL, Peabody, MA). Distribuția mărimii particulelor și deviația standard au fost obținute pentru fiecare rășină acrilică.

5. Baie de apă și polimerizare cu microunde pentru prepararea eșantionului

Pentru a obține specimenele PMMA, pulberea PMMA nanopigmentată a fost separată în două părți pentru a forma două grupuri experimentale. Amestecurile au fost preparate cu pulberile fiecărui grup și au fost colectate în trei matrițe cu următoarele dimensiuni: 65 × 10 × 2,5 mm, 50 × 0,5 mm și 10 × 2 mm.

Primul grup, desemnat PMMA-wb, a fost obținut prin amestecarea PMMA cu un monomer MMA (3: 1) și peroxid de benzoil (1%), ambalarea amestecului în matrițe metalice și prelucrarea într-o baie de apă timp de 90 de minute la 70 ° C și apoi timp de 30 de minute la 90 ° C. A doua grupă, desemnată PMMA-mw, a fost obținută prin amestecarea particulelor PMMA cu un monomer MMA (3: 1) și peroxid de benzoil (1%) și ambalarea amestecului în matrițe din poliester, care a fost urmată de întărirea cu energie a microundelor la 500 V timp de 3 min. După procesul de întărire, matrițele au fost răcite la temperatura camerei timp de 30 de minute și plasate în apă rece la 4 ° C timp de 30 de minute înainte de a deschide matrițele.

Rășinile acrilice comerciale Lucitone 199 și Acron MC au fost vindecate urmând instrucțiunile producătorilor.

Eșantioanele obținute au fost plăci de 65 × 10 × 2,5 mm pentru calculul rezistenței la flexiune și modulului de flexie (

), discuri de 50 × 0,5 mm pentru testele de sorbție și solubilitate a apei () și discuri de 10 × 2 mm pentru C. albicans teste de aderență și citotoxicitate (

). Toate exemplarele au fost tăiate cu hârtie abrazivă umedă de granulație 100 și 300 (Fandeli, Mexic) înainte de utilizare.

Tabelul 1 rezumă tehnica de întărire, numărul lotului și greutatea moleculară a vâscozității fiecărei rășini acrilice evaluate. Greutatea moleculară menționată aparține PMMA experimentală fără particulele de nanopigment.

6. Caracterizarea eșantioanelor PMMA nanopigmentate vindecate

Probele PMMA-wb, PMMA-mw, Lucitone 199 și Acron MC prelucrate au fost testate după cum urmează.

Analiza termogravimetrică (TGA) a fost efectuată pe un fragment al fiecărui grup de rășini întărite PMMA nanopigmentate folosind un analizor termogravimetric (Instrument TA55 V6.3) la o rată de încălzire de 10 ° C/min până la 900 ° C într-un N2 atmosfera.

Pentru caracterizarea comportamentului flexural, probele au fost plasate într-o mașină de deviere transversală (Mecmesin, Sterling, VA) la 5 N/min până când s-au fracturat. Modulul de flexiune și valorile rezistenței transversale au fost obținute folosind ecuațiile raportate anterior [5, 6].

Pentru testul de sorbție cu apă și solubilitate, au fost cântărite 10 discuri () (raportate în mg), plasate într-un desicator de silicagel și cântărite la fiecare 24 de ore până la o masă constantă (

) a fost obținut. Discurile au fost plasate în apă distilată timp de 7 zile la

° C Discurile au fost apoi uscate și cântărite (

). Discurile au fost plasate din nou în desicator și cântărite la fiecare 24 de ore până când a fost atinsă o masă constantă (). Zona (

) din fiecare probă a fost calculată (raportată în cm 2). Sorbția de apă (Ws) și solubilitatea (Sl) au fost calculate conform ADA 12, 1990 [9], după cum urmează: Ws = ( - )/; Sl = ( - )/ .

Pentru testul de porozitate, plăcile fracturate au fost ajustate pentru a obține plăci de 30 × 10 × 2,5 mm. Au fost cântărite pentru a obține masa lor și s-a calculat volumul fiecărei probe (

). Probele au fost cântărite la fiecare 24 de ore și plasate într-un desicator de silicagel până când s-a obținut o masă constantă. S-a determinat volumul fiecărei probe, iar porozitatea internă (

) a fost calculat după cum urmează:

este greutatea probei (în g), este densitatea rășinii acrilice (1,198 g/cm 3), (0,00123 g/cm 3) este densitatea aerului din Mexico City (la

K, 78 kPa) și este volumul probei (în cm 3).

Una dintre părțile rupte din fiecare grup după testele flexurale a fost utilizată pentru a observa zona de fractură de către SEM.

Unghiurile de contact ale filmelor de polimer PMMA au fost măsurate prin metoda segmentului sferoidal utilizând un sistem de măsurare a unghiului de contact [10].

O analiză MTT a fost efectuată utilizând celule asemănătoare fibroblastelor de șoarece NIH 3T3 (ATCC Nr. CRL-1658). Probele de PMMA nanopigmentate și comerciale au fost sterilizate prin expunerea ambelor fețe la iradiere ultravioletă timp de 5 minute. Celulele au fost expuse la specimene de rășini acrilice și proliferarea a fost evaluată prin măsurarea activității enzimatice a reductazei pe baza transformării bromurii de 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazoliu (MTT) în culoarea colorată, formă redusă de MTT [12]. După 24 și 48 de ore de incubație, rășinile au fost îndepărtate, testul MTT a fost efectuat urmând instrucțiunile producătorului (Sigma-Aldrich), iar absorbanța a fost măsurată într-un cititor de microplăci (Bio-Rad 680) la o lungime de undă de 655 nm.

Procentul de viabilitate a fost calculat după cum urmează: [(densitatea optică a probelor)/(densitatea optică a grupului de control)] × 100. Grupul de control a fost cultivat fără rășini acrilice. Probele au fost analizate în triplicat și s-au efectuat trei experimente independente.

Pentru analiza statistică, analiza unică a varianței (

) și testele Tukey au fost aplicate pentru absorbția apei, solubilitatea, modulul flexural, rezistența transversală, porozitatea, citotoxicitatea și C. albicans valorile aderenței.

7. Rezultate și discuții

7.1. FTIR și distribuția mărimii PMMA nanopigmentate

Figura 1 prezintă spectrul infraroșu al PMMA nanopigmentat în comparație cu cele ale rășinilor PMMA comerciale (Luciton 199 și Acron MC) în intervalul de lungimi de undă de 4.000 cm -1 până la 650 cm -1. Toate spectrele prezintă răspunsuri similare, în care au fost observate vârfurile caracteristice ale PMMA [9, 10, 13]. Vârfurile de la 2.950 cm -1 și 1.720 cm -1 corespund vibrațiilor de întindere C - H și C = O (ester carbonil), iar banda de la 1.434 cm -1 se datorează vibrațiilor de îndoire C - H. Alte vârfuri la frecvențe joase, 1.139 cm -1, 840 cm -1 și 752 cm -1, sunt legate de vibrația de întindere H - C - H, de vibrația de deformare O - C - O și de vibrația îndoită a PMMA, respectiv. Absența vârfurilor cuprinse între 1.680 cm -1 și 1.640 cm -1 indică faptul că monomerul MMA a fost complet polimerizat [12].

vindecată

Spectre infraroșii ale particulelor de polimer din PMMA nanopigmentate, Luciton 199 și Acron MC care prezintă principalele benzi de întindere ale moleculei PMMA.

În ciuda similitudinilor în rezultatele în infraroșu pentru probele PMMA, dimensiunile particulelor au fost foarte diferite în funcție de rezultatele SEM (nu sunt prezentate aici). Dimensiunile particulelor PMMA nanopigmentate au fost între 4,5 și 10 μm, iar dimensiunile pentru Luciton 199 și Acron MC au fost în intervalul 30 - 60 μm și 60 la 120 μm, respectiv. Figura 2 arată distribuția dimensiunilor particulelor, unde mediile pentru probe au fost de 16,51 μm ± 6,5 μm (PMMA nanopigmentat), 32,23 μm ± 10,8 μm (Luciton 199) și 69,69 μm ± 23,88 μm (Acron MC).