سیمان گلاس آیونومر
سیمان گلاس آیونومر از جمله مواد مورد استفاده در دندانپزشکی به عنوان ، سیمان و براکت ارتودنسی است. این سیمان طبق استاندارد سازمان بین‌المللی استانداردسازی، سیمان گلاس پلی آلکنوئات معرفی شده‌است. اصطلاح گلاس آیونومر در مقالات اخیر و در بین دندان پزشکان مورد استفاده قرار می‌گیرد. در یک دسته‌بندی کلی این سیمان به دو نوع معمولی و اصلاح شده با رزین تقسیم‌بندی می‌شوند. سیمان‌گلاس آیونومر معمولی دارای سه جزء اصلی اسید پلی آلکنوئات محلول در آب، شیشه آلومینوسیلیکاتی و آب است. از اسیدهای با غلظت و جرم مولی مختلف و شیشه‌های با ترکیب گسترده استفاده می‌شود. این اجزاء به صورت دستی یا با استفاده از لرزش و دوران دستگاهای مربوطه، با هم مخلوط می‌شوند. پس از اختلاط، با وقوع واکنش‌های اسید و باز یک خمیر ویسکوز تشکیل می‌شود که بلافاصله گیرش پیدا کرده و سخت می‌شود. اسید مصرفی به صورت یک محلول آبی یا به صورت پودر خشک به پودر شیشه سیمان اضافه می‌شود. در حالت دوم، مایع مصرفی آب است و پلی اسید جامد پس از اختلاط در آب حل می‌شود. در حین گیرش، اسید ساختار شیشه را تجزیه می‌کند، پیوندهای شبکه شیشه را هیدرولیز کرده و کاتیون‌های کلسیم و آلومینیم را آزاد می‌کند که با گروه‌های کربوکسیلات برای ایجاد با زنجیره‌های پلی اکریلیک، پیوند برقرار می‌کنند. سیمان‌های گلاس آیونومر با دارا بودن خواصی نظیر قابلیت رهایش و جذب طولانی مدت یون فلوئور، زیست سازگاری بالا، مطابقت با ظاهر دندان طبیعی، چسبندگی شیمیایی به ساختار دندان و ضریب انبساط حرارتی مشابه با دندان در دندان پزشکی ترمیمی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. خواص و زمان گیرش این سیمان‌ها متأثر از عوامل مختلفی نظیر ترکیب شیمیایی پودر شیشه، نوع و غلظت اسید و نسبت پودر به مایع است.
گلاس آیونومرها در اواخر دهه ۶۰ میلادی توسط ویلسون و همکارانش در آزمایشگاه در لندن برای جایگزین شدن بجای سیمان‌های سیلیکاتی معرفی شدند. اولین شیشه مورد استفاده که خواص مطلوبی داشته به عنوان G200 و سیمان تولید شده از این شیشه به نام ASPA I شناخته می‌شود. شیشه G200 دارای ترکیب ارائه شده در جدول زیر است. سیمان ASPA I زمان کار طولانی و سخت شدن کندی داشته و همچنین از شفافیت مناسبی برخوردار نبوده‌است. با ایجاد تغییراتی در فرمولاسیون شیشه و افزودن اسید تارتاریک، سیمان ASPA II معرفی شد.
تکامل سیمان‌های گلاس آیونومر در طول چند دهه گذشته منجر به تغییرات در هر دو جز پودر شیشه و اسید پلی کربوکسیلیک شده‌است. اجزای مختلفی به عنوان تقویت‌کننده نیز به این سیستم اضافه شده‌است.
تقسیم‌بندی‌های مختلفی براساس نوع تقویت‌کننده و نحوه گیرش برای سیمان گلاس آیونومر وجود دارد:
انواع سیمان گلاس آیونومر براساس نوع تقویت کننده:
انواع سیمان گلاس آیونومر براساس نحوه گیرش:
کاربردهای مختلفی در دندان پزشکی برای این سیمان دندانی وجود دارد که به برخی از آن‌ها اشاره شده‌است: عیب اصلی سیمان‌های گلاس آیونومر پایین بودن خواص مکانیکی آن مانند چقرمگی شکست و مقاومت سایشی است و به همین دلیل تنها به صورت محدود برای نواحی که نیروهای جویدن کم و حفرات دندانی کوچک هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دندان‌های پسین، سیمان گلاس آیونومر بیشتر به عنوان ماده پرکننده موقت استفاده می‌شود. همچنین سختی نهایی در سیمان گلاس آیونومر طی فرایند بلوغ و در طولانی مدت به دست می‌آید و در مراحل اولیه گیرش نسبت به رطوبت حساس هستند. رطوبت منجر به ایجاد ظاهر گچی ناخوشایندی در سیمان می‌شود و شفافیت و رنگ سیمان را تحت تأثیر قرار می‌دهد. واکنش‌های گیرش ناقص و حساسیت به آب در طول مرحله اول گیرش، باعث ایجاد سطح نرم، متخلخل و شکننده ای می‌شود که در برابر ترک خوردگی و در نتیجه کاهش مقاومت سایشی و چقرمگی شکست، آسیب‌پذیر است. گلاس آیونومرها به دو صورت پودر و مایع و با کپسولی در دسترس می‌باشند. انواع کپسولی دارای نسبت پودر و مایع از پیش تعیین شده می‌باشند که با قرار دادن در آمالگاماتورهای مکانیکی اختلاط انجام می‌گیرد. اگرجه معمولاً نسبت پودر به مایع به نسبت وزنی 3 به 1 به کار برده می‌شود ولی با توحه به دستور مصرف کارخانه سازنده الزامی است. هرگونه تغییر در نسبت اختلاط باعث ضعیف شدن سیمان گلاس آیونومر و تغییر خواص گلاس آیونومر در محیط دهان می‌شود. در انواع کپسولی نسبت پودر و مایع کاملاً دقیق تعیین شده‌است. به همین دلیل زمان اختلاط به حداقل می‌رسد و در نتیجه زمان کار کردن بیشتری در اختیار دندان پزشک قرار می‌گیرد. از طرف دیگر قابل تزریق نیز هستند که باعث می‌شود هوا داخل گلاس آیونومر نمانده و کار سریع تر و آسان تر انجام شود.
همان‌طور که اشاره شد پس از اختلاط اجزاء سیمان گلاس آیونومر طی واکنش اسید و باز گیرش یافته و سخت می‌شود. واکنش گیرش سیمان گلاس آیونومر را می‌توان به‌طور خلاصه به چهار مرحله تقسیم کرد:ریز ساختار نهایی سیمان گلاس آیونومر معمولی شامل زمینه از پلی آکریلات‌های کلسیم و منیزیم است که ذرات شیشه واکنش نکرده در آن به عنوان پرکننده عمل می‌کنند. این ذرات شیشه واکنش نکرده توسط یک ژل سیلکایی احاطه شده‌است.
شیشه‌های مورد استفاده در این سیمان دارای سه جز اصلی سیلیس، آلومینا و کلسیم فلوئورید هستند. ویژگی لازم برای شیشه‌های مورد استفاده در سیمان‌های گلاس آیونومر قابلیت آن‌ها به واکنش با اسید برای تشکیل یک نمک است. انحلال شیشه‌های معدنی در اسید به‌طور معمول نامطلوب است اما ترکیب شیشه به منظور ساخت سیمان گلاس آیونومر، طوری طراحی می‌شود که توسط اسیدهای نسبتاً ضعیف تجزیه شود. در اصل، ترکیب‌های مختلفی می‌توانند این الزام را برآورده کنند، اما در عمل تنها شیشه‌های آلومینوسیلیکاتی دارای افزودنی فلوئور و فسفات کاملاً مطلوب‌اند. ساختار این شیشه‌ها شامل ‌هایی است که در آن‌ها هر کاتیون سیلسیم به چهار آنیون اکسیژن متصل شده‌است. این کاتیون‌های سیلسیم که در مرکز تتتراهدرال قرار دارند با کاتیون‌های آلومینیم جایگزین می‌شوند. در هنگام مخلوط شدن این شیشه با اسید، کلسیم و آلومینیوم از ساختار شیشه خارج شده و با هیدروژن ناشی از یونیزاسیون اسید، اتصالات عرضی تشکیل می‌دهد که استحکام سیمان را تأمین می‌کند. مهم‌ترین عامل مؤثر بر میزان واکنش پذیری و حساسیت شیشه به حمله اسید، نسبت سیلیس به آلومینا و در واقع نسبت سیلسیم به آلومینیوم است. در واقع شیشه‌های آلومینوسیلیکاتی دارای یک ساختار شبکه ای شیشه ای متشکل از پل‌های AlO4 و SiO4 هستند. حضور کاتیون آلومینیوم به عنوان سازنده شبکه در ساختار شیشه منجر به تشکیل تتراهدرال -AlO4 با بار منفی اضافی می‌شود که توسط کاتیون‌های دگرگون ساز شبکه خنثی می‌شود. در حال حاضر در ساخت سیمان‌های گلاس آیونومر عمدتاً از شیشه‌های آلومینوسیلیکات با افزودن سایر ترکیبات استفاده می‌شود. توانایی این شیشه‌ها برای تشکیل سیمان متأثر از نسبت آلومینا به سیلیس، مقدار سدیم و اتصالات شبکه شیشه (نسبت اکسیژن پل زن به غیرپل زن) است.
جزء مهم دیگر سیمان گلاس آیونومر اسید است. یک اسید پلیمری که دارای گروه کربوکسیلات است. اسید پلیمریک اصلی که در ابتدا در سیمان گلاس آیونومر استفاده شده، پلی (اسید اکریلیک) بوده‌است. پلی (اسید اکریلیک) عضوی از دسته‌ای از مواد با عنوان پلی الکترولیتهاست، که دارای ترکیبی از ویژگی‌های پلیمر و الکترولیت هستند. ویژگی دوم از حضور زنجیره ممتد پلیمر با تعداد قابل توجهی گروه‌های عملکردی که قادر به حمل بار الکتریکی هستند، ناشی می‌شود. در مورد بسیاری از پلی الکترولیت‌هایی که برای ساخت سیمان‌های گلاس آیونومر استفاده می‌شود، این گروه‌های عملکردی کربوکسیلیک اسیدها COH -، هستند. همچنین پلی الکترولیت‌ها به دلیل وجود گروه‌های عملکردی قطبی قادر به حمل بار، محلول در آب هستند.
آب یک جز ضروری برای سیمان گلاس آیونومر است. گلاس آیونومرها بر پایهٔ پلیمرهای محلول در آب هستند و جدایش فازی در گیرش وجود ندارد. آب به عنوان حلال برای اسید پلیمری، به پلیمر اجازه می‌دهد با آزاد کردن پروتون به عنوان اسید عمل کند. آب محیطی است که در آن واکنش گیرش انجام می‌شود و نقش مهمی در روند گیرش سیمان دارد. تغییرات خواص مکانیکی با افزایش میزان آب مقید درون سیمان ارتباط دارد.
افزودن مقداری عامل کمپلکس‌کننده رفتار گیرش سیمان‌های گلاس آیونومر را تغییر می‌دهد. این افزودنی‌ها که برای جلوگیری از ژل شدن زودرس و افزایش زمان کار مورد استفاده قرار می‌گیرند، از طریق ترکیب شدن با یون‌های جدا شده از شیشه، مانع از تعامل آن‌ها با آنیونهای زنجیره‌های پلیمری می‌شوند.
گلاس کربومر یک ماده تجاری جدید از نوع گلاس آیونومر است، که زیست سازگاری آن در مقایسه با سیمان گلاس آیونومر معمولی افزایش یافته‌است. این ماده توسط شرکت GCP Dental هلند ساخته شده‌است. گیرش در این سیمان‌ها شامل واکنش اسید و بازبین یک اسید پلیمری آبی و یک شیشه قلیایی با قابلیت انحلال یونی است، هرچند که این ماده حاوی اجزایی است که معمولاً در ترکیبات گلاس آیونومر وجود ندارد. این اجزاء عبارتند از: