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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
FACULDADE DE ODONTOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA
MARIANA KYOSEN NAKATANI
CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E ESTRUTURAL
DE CIMENTOS DE IONÔMERO DE VIDRO
GOIÂNIA
2013
MARIANA KYOSEN NAKATANI
CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E ESTRUTURAL
DE CIMENTOS DE IONÔMERO DE VIDRO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação da Faculdade de Odontologia da
Universidade Federal de Goiás para obtenção do
Título de Mestre em Clinicas Odontológica.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Estrela
Co-orientadora: Profa. Dra. Ana Helena Gonçalves de Alencar
GOIÂNIA
2013
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
FACULDADE DE ODONTOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA
BANCA EXAMINADORA DE QUALIFICAÇÃO
Aluna: Mariana Kyosen Nakatani
Orientador: Prof. Dr. Carlos Estrela
Co-orientadora: Profª. Drª. Ana Helena Gonçalves De Alencar
Membros:
1. Prof. Dr. Carlos Estrela
2. Profª. Drª. Ana Helena Gonçalves De Alencar
3. Prof. Dr. Jesus Dijalma Pécora
4. Prof. Dr. Orlando Aguirre Guedes
Suplente:
1. Prof. Dr. Júlio de Almeida
iii
DEDICATÓRIA
A Deus, porque “o Senhor é meu pastor e nada
me faltará”.
iv
AGRADECIMENTOS
À minha mãe Adelia, idealista, sempre em busca de uma sociedade mais justa e
igualitária, por formar em casa pessoas que contribuem para um mundo melhor.
Ao meu pai Mauro, exemplo de caráter e honestidade, por sempre ficar ao meu lado
como um porto seguro.
Aos meus irmãos Júlio e Carolina, por completarem o sentido da minha vida.
Ao Marcos, por tornar meus dias mais felizes e me amparar nos momentos cruciais.
Ao Professor Carlos, por ter me acolhido em sua equipe desde o início, respeitando
minhas limitações e procurando sempre ajudar.
À Professora Ana Helena, por sempre ter uma palavra carinhosa de incentivo.
Ao amigo, companheiro, irmão, Felipe, porque parte deste trabalho e do meu
mestrado existe graças a ele.
Ao Orlando, por ajudar com presteza e desapego.
Ao Claudioner, por incentivar a conclusão com hombridade e cristianismo.
Aos colegas endodontistas Júlio e Daniel, por ajudarem quando necessitei.
À Professora Elisandra, por ter permanecido firme, com disposição e carinho,
mesmo diante de muitas limitações.
À Claudinha, pelas conversas amistosas que ajudavam a diminuir as preocupações.
Aos amigos Alexandre, Ana Paula, Gabriela, Geovanna, Heloísa, Hianne e Mayara,
pelos bons e saudosos momentos destes dois anos de convivência.
Aos meus amigos do SESC, por ajudarem com disposição para trocas, amizade e
apoio quando as coisas não iam bem.
À Alessandra, minha auxiliar e parceira de todos os dias, por aguentar meu mau
humor em momentos de desespero.
À Veronilda, mais conhecida como Preta, por me fazer lembrar com seu sorriso que
a vida não se resume a dois anos.
À Cynara, que sempre ora por mim, por enxugar minhas lágrimas com palavras
doces e amáveis quando precisava.
Às minhas amigas Ana Paula e Flávia, que mesmo de longe e com projetos
paralelos, ouviram muitas lamentações e dúvidas.
Aos demais familiares, que têm uma “picadinha viciante” para a educação, por
fazerem de mim mais uma integrante do time de mestres da família.
v
SUMÁRIO
Figuras, quadros e tabelas ...................................................................................... vi
Abreviaturas, siglas e símbolos ............................................................................. vii
RESUMO..................................................................................................................... 8
ABSTRACT ................................................................................................................. 9
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 10
2. PROPOSIÇÃO ...................................................................................................... 14
3. MATERIAL E MÉTODOS ..................................................................................... 15
4. RESULTADOS ...................................................................................................... 18
5. DISCUSSÃO ......................................................................................................... 23
6. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 29
7. REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 30
8. ANEXOS.................................................................................................................
vi
QUADROS, FIGURAS E TABELAS
Quadro 1. Composição química dos cimentos de ionômero de vidro descrita pelos
fabricantes.............................................................................
14
Figura 1. Microanálise de superfície em aumento de (x500) dos materiais
testados : (A) Maxxion R, (B) VitroFil, (C) Vidrion R, (D) Vitremer.
17
Figura 2. Espectro representativo de EDX dos materiais testados: (A) Maxxion R,
(B) VitroFil, (C) Vidrion R, (D) Vitremer.
18
Figura 3. Mapa dos elementos alumínio (verde), silício (vermelho) através da
superfície dos elementos testados (A) Maxxion R, (B) VitroFil, (C)
Vidrion R, (D) Vitremer em análise EDX.
19
Tabela 1. Elementos encontrados nos cimentos de ionômero de vidro analisados
por EDX........................................................................
21
vii
ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
%at Porcentagem atômica
%p Porcentagem em peso
Ag Prata
Al Alumínio
Ba Bário
Bi Bismuto
Ca Cálcio
Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio
CaO Óxido de cálcio
Cermet Cimento(s) de Ionômero de Vidro
Reforçado(s) por Metais
CIV Cimento(s) de Ionômero de Vidro
Cl Cloro
EDX Espectroscopia de Dispersão de Raios-X
Fe Ferro
Kv Quilovolt
mA Miliampere
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
Mg Magnésio
Mm Milímetro
Na Sódio
Ni Níquel
Nm Nanômetro
S Enxofre
Si Silício
SiO2 Dióxido de silício
Ti Titânio
W Tungstênio Zinco
Zn Estrôncio
Zr Zircônia
ZrO2 Dióxido de zircônia
P Fósforo
Sr
8
RESUMO
Objetivo: Analisar a superfície externa e avaliar a composição química de cimentos
de ionômero de vidro por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e
espectroscopia de dispersão de raios-X (EDX). Material e métodos: Doze tubos de
polietileno padronizados foram preenchidos com os materiais avaliados: Maxxion R®,
VitroFil®, Vidrion R® e Vitremer®. Após 48 horas em uma câmara a 37°C e umidade
relativa de 95%, as amostras foram metalizadas com ouro e conduzidas ao MEV
para obtenção de imagens com 5.000X de aumento. Em seguida, a da composição
dos cimentos foi determinada por meio de EDX. Os resultados foram avaliados
qualitativamente por meio dos mapas de distribuição de elementos e
quantitativamente pela porcentagem em peso. Resultados: Na análise por EDX, os
cimentos convencionais Maxxion R®, VitroFil® e Vidrion R® apresentaram,
respectivamente, as seguintes quantidades de flúor: 5,11%p, 7,43%p e 3,83%p. O
cimento de ionômero de vidro resinoso Vitremer® apresentou o mais elevado nível
de flúor (10,43%p). Apesar de não serem compatíveis com as composições
descritas pelos fabricantes, foram encontrados os elementos F e Na nos cimentos
VitroFil® e Vitremer®, respectivamente. Conclusões: Os cimentos de ionômero de
vidro avaliados apresentaram superfície irregular, com distribuição uniforme dos
elementos e partículas de formas e tamanhos similares. A maioria dos componentes
químicos enquadrou-se nas listas descritas pelos fabricantes.
Palavras-chave: Microscopia eletrônica de varredura. Espectroscopia de dispersão
de raios-X. Propriedades químicas. Cimentos de ionômero de vidro.
9
ABSTRACT
Aim: To evaluate the external surface structure and chemical composition of
restorative glass ionomer cements using Scanning Electron Microscopy (SEM) and
Energy-Dispersive X-ray analysis (EDX). Material and Methods: Twelve
polyethylene standardized tubes were filled with the tested materials: Maxxion R®,
VitroFil®, Vidrion R® and Vitremer®. After 48 hours in a chamber at 37°C and 95% of
relative humidity, the specimens were surface-sputtered with gold and pictures at
5,00X magnification were taken by SEM. Then, the EDX analysis of the cements
composition was performed. The results were qualitatively (elements distribution
maps) and quantitatively (weight percent) assessed. Results: At the EDX analysis,
the conventional cements Maxxion R®, VitroFil® and Vidrion R® presented, in that
order, the following fluorine amounts: 5.11wt%, 7.43wt% and 3.83 wt%. The resin-
modified glass ionomer cement Vitremer® presented the highest level of fluorine
(10.43 weight%). Although not according to the compositions described by the
manufacturers, the elements F and Na were found in VitroFil® and Vitremer®
cements, respectively. Conclusions: The glass ionomer cements assessed
presented irregular surface, with uniform distribution of the elements and particles of
similar shapes and sizes. Most of the chemical components matched the lists
described by the manufacturers.
Key Words: Scanning electron microscopy. Energy-dispersive X-ray analysis.
Chemical properties. Glass ionomer cements.
10
1. INTRODUÇÃO
A odontologia contemporânea tem valorizado a ciência dos materiais,
oferecendo ao profissional alternativas de materiais protetores pulpares e
restauradores cada vez mais adequados à devolver a estética perdida.
Os cimentos de ionômero de vidro são utilizados como materiais protetores
pulpares e restauradores, porém quando comparados às resinas compostas
apresentam características como estéticas desfavoráveis, baixa resistência à tração,
além de sensibilidade a água (Masanori, et al., 2010) a qual pode comprometer a
integridade do material. (Anusavice, 1998). Apesar deste fato os cimentos de
ionômero de vidro não estão associados a reação exotérmica ou de contração
significativa e devido a hidrofilicidade são capazes de realizar ligações diretas com
os cristais de hidroxiapatita do tecido dental produzindo uma excelente vedação ao
longo da interface material-dente (Masanori, et al., 2010). A possibilidade da
liberação de íons flúor favorece a cariostática, com aderência química dentária
dispensando a utilização de adesivos para se fixarem a estrutura dental, (Yli-Urpo, et
al., 2005). O cimento de ionômero de vidro tem sido indicado como material protetor
pulpar incluindo em cavidades profundas (Costa et al., 2000)
O conhecimento da composição química do cimento de ionômero de vidro,
pode caracterizar diferentes propriedades, uma vez que esta superfície possibilita
uma interação entre o material e os tecidos com os quais mantêm contato
(Dammaschke et al., 2005). Os cimentos de ionômero de vidro recebem destaque,
pois têm capacidade de liberar flúor, possuem adesão às estruturas dentárias
(principalmente dentina), têm atividade antimicrobiana e servem como reservatórios
de flúor (Kerby & Knoblock, 1992; Gillgrass et al., 1999; Bernardo et al., 2000; Pithon
11
et al., 2006; Fook et al.,2008). Desta forma, é o material de escolha na prevenção da
cárie dentária por auxiliar no equilíbrio do processo de des-remineralização e na
redução de microrganismos cariogênicos (Mount, 1999; Shahid et al., 2011; Tay et
al., 2011).
Silva et al. (2010) realizaram uma revisão sistemática acerca das
publicações sobre as propriedades físicas, mecânicas e biológicas dos cimentos de
ionômero de vidro, de forma a avaliar os resultados encontrados na literatura. A
maioria dos trabalhos relatou limitações físicas e mecânicas do cimento de ionômero
de vidro e constatou que a grande vantagem dos cimentos ionômero de vidro
convencionais em relação a outros materiais é a biocompatibilidade, que, por sua
vez, não pôde ser verificada nos cimento de ionômero de vidro modificados por
resina (CIV-MR).
Garib et al. (1993), investigaram por meio do método de difusão em ágar, a
atividade antimicrobiana dos cimentos de ionômero de vitro restauradores Ceram fil,
Chelon-FIL, Chelon-SILVER, Shofu GlasIonomer e Vidrion R, sobre o Streptococcus
mutans GS-5, e as concentrações de flúor por eles liberadas no ágar. Constatou-se
que todos os cimentos frescos e após a presa, exceto o Ceram fil após a presa,
inibem o crescimento bacteriano e em ambos os estados liberam concentrações de
flúor compatíveis com aquelas consideradas antibacterianas para o S. mutans. Em
ordem decrescente, mais flúor foi liberado pelo Vidrion R, seguido pelo Chelon-Fil,
Shofu, GlasIonomer, Chelon-Silver e Ceram fil, não havendo correspondência entre
o tamanho dos halos de inibição e as concentrações de flúor liberadas.
Carvalho et al. (1998), avaliaram, in vitro, a capacidade de inibição de
crescimento bacteriano de alguns cimentos de ionômero de vidro. Quatro cimentos
de ionômero, uma resina composta e dois compômeros: Vidrion N, Vidrion R,
12
Vitremer, Fuji I1 LC, Tetric Ceram, Dyract e Compoglass foram analisados quanto a
sua capacidade de inibição de crescimento bacteriano. Essa capacidade foi avaliada
medindo-se o halo de inibição observado no meio de cultura. Para a realização dos
testes, utilizaram-se cinco espécimes bacterianas encontradas na microbiota bucal
humana: Streptococos mutans; Streptococcus salivarjus; Streptococcus pyogenes;
Stafilococcus aureus e Streptococcus sobrinus. Dos materiais analisados, somente o
Vitremer apresentou atividade inibidora de crescimento bacteriano contra os
microrganismos testados.
Tendo em vista o lançamento de novos materiais, torna-se de grande
interesse a análise da ação antimicrobiana, da composição química e a da
microestrutura de superfície dos cimentos de ionômero de vidro apresentados no
mercado.
Os cimentos convencionais apresentam como principais constituintes do pó:
CaF2, SiO2, Al2O3, Mg e Na; e como constituintes do líquido: água, ácido poliacrílico,
ácido tartárico e ácido itacônico. Os elementos do pó são responsáveis pelas
características de resistência, rigidez e liberação de flúor. O ácido tartárico é
adicionado ao líquido para aumentar o tempo de presa do material e o ácido
itacônico impede ou retarda a reação química dos ácidos, quando armazenado
(Fook,et al. 2008).Os cimentos reforçados por metais foram desenvolvidos baseados
nos cimentos de ionômero de vidro convencionais com a incorporação de íons
metálicos ao pó geralmente a prata no intuito de melhorar a resistência final e a
radiopacidade do cimento (Fook,et al. 2008). Os cimentos de ionômero de vidro
modificados por resina são constituídos por ácido polimérico solúvel em água, junto
com monômeros orgânicos polimerizáveis e seu sistema de iniciação associado. A
incorporação destes materiais ao ionômero de vidro teve como objetivo melhorar a
13
qualidade passando seu sistema quimicamente ativado, que levava até 24 horas
para obter uma geleificação, para um sistema fotopolimerizável que adquire dureza
máxima imediatamente após a exposição à luz (Fook,et al. 2008).
Os cimentos de elevada viscosidade se caracterizam por conterem pó com
partículas de dimensões inferiores às dos cimentos convencionais e por possuírem
ácido liofilizado agregado ao pó, o que resulta em materiais mais densos e com
maior dureza superficial (Fook,et al. 2008).
Afim de compreender as propriedades físico-quimicas de cimentos de
ionômero de vidro, este estudo propõe caracterizar quimicamente cimentos de
ionômero de vidro comercialmente disponíveis.
A análise química e estrutural de cimentos de ionômero de vidro permite ao
profissional um nível de conhecimento maior dos elementos químicos constituintes e
sua estrutura morfológica, capaz de fornecer subsídios para a interpretação das
propriedades físico-químicas e a seleção do material a ser utilizado.
14
2. PROPOSIÇÃO
O objetivo do presente estudo foi analisar a superfície externa de cimentos de
ionômero de vidro, quanto a regularidade, distribuição de elementos, forma e
tamanho de partículas, por meio de imagens de microscopia eletrônica de varredura;
e caracterizar quimicamente as composições valendo-se de microscopia eletrônica
de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de raios-X (EDX).
15
1 MATERIAL E MÉTODOS
Preparação das amostras
Quatro cimentos de ionômero de vidro comercialmente disponíveis foram
utilizados nos experimentos: Maxxion R® (FGM, Joinville, PR, Brasil), VitroFil® (DFL,
Rio de Janeiro, RJ, Brasil), Vidrion R® (SS White, Rio de Janeiro, RJ, Brasil) e
Vitremer® (3M ESPE, St. Paul, MN, EUA). Os cimentos de ionômero de vidro foram
misturados de acordo com as instruções do fabricante e colocados em tubos de
polietileno com um diâmetro interno de 3 mm e uma espessura de 3 mm. Os tubos
foram colocados em placa de vidro (75 x 25 x 1 mm), completamente preenchidos. A
seguir, os espécimes foram transferidos para uma câmara com 95% de humidade
relativa e temperatura de 37 ° C, durante um período correspondente a 3 vezes o
tempo de presa recomendado pelo fabricante . Três amostras homogéneas de cada
material foram feitas. A composição dos materiais avaliados, como descrito por seus
fabricantes, está relatada na Tabela 1.
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microanálise Energia
Dispersiva de Raios-X (EDX)
A análise morfológica da superfície externa dos cimentos de ionômero de
vidro foram realizadas usando um microscópio eletrônico de varredura (JSM-6610;
Jeol Ltd., Tóquio, Japão) a ampliação X500, utilizando uma voltagem de aceleração
de 10 kV e uma distância de trabalho de 15 mm. As amostras foram polvilhadas com
ouro sobre fita de duplo lado de carbono (Bal-Tec AG, Balzers, Alemanha) a 20 mA.
16
A morfologia da superfície externa foram analisadas qualitativamente seguindo o
sistema de classificação proposto por Flores et al., (2011).
EDX foi realizada com detecção de análise do sistema NSS-espectral Análise
de Sistemas 2,3 (Thermo Fischer Scientific, San Jose, CA, EUA) para determinar os
elementos constitutivos dos materiais testados. Um espectro de EDX foi escolhido a
partir da região central de cada amostra sob as condições seguintes: 25 kV de
tensão de aceleração, corrente de feixe de 110 mA, 10-6 Torr de pressão (alto
vácuo), 130 x 130 mm área de análise de ampliação X1000 , 100s tempo de
aquisição. A análise elementar (% em peso e % atômica) das amostras foi realizada
no modo de análise não padrão, utilizando método de correção PROZA (Phi-Rho-Z).
Os mapas elementares foram obtidos pelo método NetCounts, com alta resolução,
usando o mesmo sistema de detecção de análise (NSS Sistema de Análise
Espectral 2.3).
17
Tabela 1. Composição química dos cimentos de ionômero de vidro descritos pelos
fabricantes.
Material Tipo
Composição Fabricante Lote
Pó Líquido
Maxxion R® Convencional
Vidro de aluminofluorsilicato
Ácido policarboxílico
Fluoreto de cálcio
Ácido tartárico
Água
FGM, Joinville, PR, Brasil
020310
VitroFil® Convencional
Silicato de estrôncio e alumínio
Ácido poliacrílico desidratado
Óxido de ferro
Ácido Poliacrílico
Água destilada
Ácido tartárico
DFL, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
0207597
Vidrion R® Convencional
Fluorsilicato de sódio cálcio alumínio
Sulfato de bário
Ácido poliacrílico
Pigmentos
Ácido tartárico
Água destilada
SS White, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
0050611
Vitremer®
Modificado por resina
Vidro de fluoralumino silicato
Persulfeto de potássio
Ácido ascórbico microencapsulados
Pigmentos
Solução aquosa com copolímeros do ácido polialcenóico
Fotoiniciador com fonoquinona
Água
HEMA
3M ESPE, St. Paul, MN, EUA
1104000163
18
2 RESULTADOS
Os resultados obtidos por análise de MEV são apresentados na Figura 1.
Notou-se que todas as superfícies tinham uma superfície externa irregular e áspera.
Trincas não foram observadas.
Um resultado quantitativa dos principais componentes dos materiais testados
são apresentados na Tabela 2. Elementos químicos semelhantes foram encontrados
em todos os materiais e houve uma pequena variação entre eles . Espectros de EDX
são apresentados na Figura 2. O mapeamento dos elementos revelou que os
elementos encontravam-se distribuídos por toda a superfície externa (Fig. 3). Os
elementos alumínio e sílica foram fortemente detectados por tal mapeamento.
O Maxxion® apresentou 13.82%p de flúor; 28,24%p de alumínio; 9,70%p de
Ca; 3,87%p de cloro; 19,70%p de Na e 24,67%p silicato.
O VitroFil® 16,81%p de flúor; 31,23%p de alumínio; 1,94%p de cálcio; 3,39%p
de sódio e 46,62%p silicato.
O Vidrion R® teve o percentual 8,14%p de flúor; 28,46%p de alumínio; 4,24%p
de bário; 13,12%p de cálcio; 5,20%p de sódio; 3,89%p de fósforo, 4,51%p de
enxofre e 32,44%p de silicato.
O Vitremer® apresentou 17,29%p de flúor; 28,22%p de alumínio; 3,52%p de
sódio; 50,97%p de silicato.
19
Tabela 2. Principais componentes dos cimentos de ionômero de vidro analisados por espectroscopia de dispersão de raios X(EDX).
Elemento
Maxxion R® VitroFill® Vidrion R® Vitremer®
%p. %at. %p. %at. %p. %at. %p. %at.
Al 28,24 28,26 31,23 32,07 28,46 23,08 28,22 29,26
Ba - - - - 4,24 17,51 - -
Ca 9,70 14,47 1,94 2,96 13,12 15,81 - -
Cl 3,87 5,09 - - - - - -
F 13,82 9,74 16,81 12,16 8,14 4,65 17,29 12,62
Na 19,70 16,80 3,39 2,97 5,20 3,59 3,52 3,11
P - - - - 3,89 3,62 - -
S - - - - 4,51 4,34 - -
Si 24,67 25,70 46,62 49,84 32,44 27,39 50,97 55,01
20
A B
C D
Figura 1. Fotomicrografias por meio de MEV da superfície dos materiais testados (x500): (A) Maxxion R; (B) VitroFil; (C) Vidrion R; (D) Vitremer.
21
A B
C D
Figure 2. Espectro representativo da análise por EDX dos materiais testados: (A) Maxxion R; (B) VitroFil; (C) Vidrion R; (D) Vitremer.
22
A B
C D
Figure 3. EDX elemental maps of aluminum (green) and silicon (read)distribution throughout the outer surface of tested materials. (A) Maxxion R; (B) VitroFil; (C) Vidrion R; (D) Vitremer.
23
3 DISCUSSÃO
O conhecimento da superfície do material é importante para verificar suas
reais propriedades e a interação com sistemas biológicos, fatores determinantes da
biocompatibilidade e da citotoxicidade (Shahid et al., 2011). A análise da superfície
revelou que todos os cimentos de ionômero de vidro apresentaram distribuição
uniforme dos elementos, o que é indicativo de maior interação entre os componentes
da superfície dos cimentos e as células dentárias adjacentes ao material. Verificou-
se também que os cimentos de ionômero de vidro restauradores avaliados
apresentaram superfícies irregulares.
O cimento que apresentou maior irregularidade de superfície foi o mesmo que
apresentou maiores quantidades de flúor, silicato e alumínio o Vitremer®, único
cimento resinoso estudado.
A incorporação do flúor ao cimento de ionômero de vidro, além de melhorar
as propriedades de manipulação e a resistência, confere ao material uma
propriedade anticariogênica, prevenindo a instalação de novas lesões cariosas.
(Fook,et al. 2008)
A influência do fluoreto nos cimentos de ionômero de vidro foi avaliada por E.
De Barra et al. em 2000 e verificaram que a resistência a compressão e a fratura
aumentaram com o aumento do fluoreto e o aumento da dureza foi relativamente
insignificante a esse aumento, em estudo de mesmo ano verificou-se a influência do
teor de flúor das partículas de sílica em uma reação com o ácido poliacrílico e
verificou-se que a resistência a compressão aumentou com o teor de flúor
inicialmente e depois manteve-se constante (S.G.Griffin et al, 2000).
24
Vários fatores podem interferir na liberação de flúor por cimentos de ionômero
de vidro, incluindo: tipo, composição, proporção líquido/pó, método de manipulação,
pH e local de aplicação (el Mallakh e Sarkar, 1990). Idealmente, o flúor deveria ser
liberado em pequenas quantidades e constantemente, a fim de proporcionar níveis
elevados e consistentes de fluoreto em biofilme bacteriano (Dionysopoulos et al.,
2003).
A quantificação da liberação de flúor do Chelon Fil® - ESPE e do Vitremer® -
3M mostrou que o cimento convencional Chelon Fil liberou mais flúor do que o
cimento de ionômero de vidro fotopolimerizável Vitremer® (Pereira et al., 1999).
Resultado semelhante ao do estudo de Paradella et al. (2008), no qual foram
utilizados cimentos de ionômero de vidro convencionais e modificados por resina. A
concentração de flúor no esmalte adjacente ao cimento de ionômero de vidro
modificado por resina Vitremer® e ao cimento de ionômero de vidro convencional Fuji
IX foi superior à dos materiais resinosos, que não apresentaram elevada
concentração de flúor no esmalte após desafio cariogênico.
A citotoxicidade dos extratos do cimento de ionômero de vidro convencional
Ketac Fil Plus - 3M/ESPE e do cimento de ionômero de vidro modificado por resina
Fuji II LC - GC aplicados sobre células da linhagem odontoblástica MDPC-23
determinou pequeno efeito citotóxico (Coimbra et al., 2006). Mosele Jr (2010)
avaliou, in vitro, a microinfiltração em prótese fixa unitária cimentada com três tipos
de materiais: cimento de fosfato de zinco, cimento de ionômero de vidro modificado
por resina e cimento resinoso auto-adesivo. O cimento de ionômero de vidro
modificado por resina e o cimento resinoso apresentaram semelhantes graus de
microinfiltração, melhores que o cimento de fosfato de zinco. Silva et al. (2010)
realizaram revisão sistemática acerca das publicações sobre propriedades físicas,
25
mecânicas e biológicas dos cimentos de ionômero de vidro. A maioria dos trabalhos
relata limitações físicas e mecânicas dos cimentos de ionômero de vidro e consta
que a grande vantagem dos convencionais em relação a outros materiais é a
biocompatibilidade. Esta, por sua vez, não pôde ser verificada nos cimentos de
ionômero de vidro modificados por resina.
Foi encontrado flúor nos cimentos de ionômero de vidro restauradores
testados com concentrações variando de 8,14%p a 17,29%p, diferentemente dos
resultados encontrados por Zanata et al. (2011), que também utilizaram análise EDX
e encontraram 3,0%p a 5,1%p de flúor nos materiais avaliados. Apesar de alguns
cimentos, como o Vidrion R®, apresentarem quantidades reduzidas de flúor, Ngo et
al. (1997) demonstraram que mesmo pequenas quantidades de fluoreto podem
proporcionar proteção contra a desmineralização. O cimento VitroFil® apresentou
flúor em sua composição (12,16%p), porém o fabricante não cita qualquer composto
que possua este elemento.
Gjorgievska et al. (2012) demonstraram que os cimentos de ionômero de
vidro modificados por resina ou compômeros liberam quantidades menores de íons
de flúor do que cimentos de ionômero de vidro convencionais. Tais resultados
podem ser explicados pela ausência da fase de liberação inicial de flúor, típica de
cimentos de ionômero de vidro convencionais (Zanata et al., 2011). Entretanto, os
resultados deste estudo são contrários aos dos citados autores, pois a maior
concentração de flúor foi encontrada no cimento resinoso Vitremer® com 17,29%p.
Nos cimentos de ionômero de vidro convencionais, durante a aglutinação
pó/liquido, ocorre a fase de deslocamento de íons. Os ácidos umedecem e
dissolvem a camada externa das partículas de vidro, liberando os íons metálicos
Al+3, Na+ e Ca+2 que migram para a fase aquosa do cimento (Phillips, 1993). O Al+3
26
foi encontrado em todos os cimentos estudados variando de 28,22%p a 31,23%p.
Este íon é associado à resistência do material, reagindo pelo menos 48 horas após a
manipulação do material (Savarino, Breschi, Tedaldi, Ciapetti, Tarabusi, & Greco,
2004). Em estudo de S.G.Griffin et al, 2000, verificou-se que não houve influência do
alumínio para a propriedade de aumento de resistência do material.
Os íons Ca+2 formam o policarboxilato de cálcio, que reduz a mobilidade das
cadeias e aumenta a viscosidade, deixando o cimento com aspecto borrachóide.
Este íon foi encontrado em todos os cimentos convencionais estudados.
A reação de presa do cimento de ionômero de vidro convencional apresenta,
entre outras propriedades, a liberação de íons como o Na, Al, Si, P e F em
condições neutras e Ca em condições ácidas. Com exceção do Al, os íons são
associados a diversas reações fisiológicas, muitas delas associadas ao processo de
remineralização da superfície dentária.
Os elementos sódio e silício foram encontrados em todos os cimentos, o
sódio variando de 2,97%p a 19,70%p e o silicato entre 24,67%p e 50,97%p. Apesar
de não ser descrito pelo fabricante na fórmula do Vitremer®, o Na foi encontrado
após a aglutinação pó/líquido, possivelmente por estar presente nos pigmentos e
fotoiniciadores.
O estrôncio e o fluoreto, provenientes do gradiente de concentração entre os
cimentos de ionômero de vidro e a dentina, também têm sido encontrados em
tecidos dentais adjacentes (Reis e Loguercio, 2009). O óxido de estrôncio é um
modificador óptico descrito pelo fabricante na fórmula do VitroFil® e tem como função
conferir ao cimento aspecto estético semelhante à estrutura dentária. Todavia, o
estrôncio não foi encontrado nos cimentos avaliados, nem mesmo no VitroFil®.
27
O bário, elemento de alto peso molecular, é outro elemento ligado ao aspecto
estético, um modificador óptico como o estrôncio. Foi encontrado apenas no Vidrion
R® na concentração de 4,24%p. Alguns estudos mostraram que alumínio, bário e
enxofre, são considerados citotóxicos ou genotóxicos dependendo da concentração
em que são utilizados (Witten et al., 2012).
A literatura tem mostrado boa compatibilidade biológica dos cimentos de
ionômero de vidro devido a eficiente capacidade de vedamento marginal, impedindo
a penetração bacteriana e seus efeitos deletérios à estrutura dental, capacidade de
liberarem flúor, pH inicial baixo e adesão química a estrutura dentária (Vieira et al.,
2006).
Nos cimentos de ionômero de vidro modificados por resina também há a
liberação de íons, mas como subprodutos de uma reação ácido-base iniciada pela
luz, que ativa o fotoiniciador. No Vitremer®, o fotoiniciador é a fonoquinona. É válido
lembrar que a reação de fotopolimerização tem o importante papel de formar uma
matriz polimérica para proteger a reação ácido-base de possíveis contaminações
pela umidade, tornando o material muito sensível à técnica (Phillips, 1993).
A análise EDX dos cimentos revelou discrepância entre os elementos
encontrados e os principais componentes descritos pelos fabricantes. Vitremer® e
VitroFil® apresentaram grandes quantidades de flúor, resultado condizente com o
principal componente do Vitremer®, descrito pelo fabricante como Al2(SiF6)3.
Entretanto, o mesmo não ocorre com o principal componente principal do VitroFil®,
cuja fórmula é SrAl2Si2O8. Os outros cimentos analisados também apresentaram
diferenças quanto aos principais elementos encontrados e as fórmulas dos principais
componentes descritos pelos fabricantes. Vidrion R® apresentou grandes
quantidades de cálcio, provenientes do Na2Ca2Al3F. Maxxion R® apresentou a maior
28
quantidade de sódio (19,70%p) mas sua porcentagem de flúor foi 13,82% inferior à
do Vitremer®, cimento com maior concentração de flúor, posicionando-o em terceiro
lugar neste aspecto.
A análise por EDX apresenta limitações quanto à detecção de elementos de
baixo peso molecular. A produção de fluorescência, isto é, a proporção de eventos
ionizantes que resultam em emissão de raios-X, diminui à medida que o número
atômico do elemento torna-se menor. A pequena energia de raios-X característica
dos elementos leves é absorvida pela camada de ouro da metalização (Vaughan,
1999), método utilizado neste trabalho. Assim, a quantificação de compostos
orgânicos, que apresentam carbono, oxigênio e hidrogênio, não pode ser realizada
com precisão.
29
6. CONCLUSÃO
Os cimentos de ionômero de vidro analisados por meio de imagens de MEV e
EDX, apresentaram-se irregulares entre si, mas com elementos distribuídos
uniformemente e tamanhos similares após a presa. A composição química mostrou-
se de acordo com a descrita pelo fabricante em todos os cimentos. Foi constatada a
presença de flúor em todos os cimentos analisados após a aglutinação dos
materiais.
30
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32
Chemical and Morphological Features of Glass Ionomer Cements
Address correspondence and offprint requests to:
Mariana Kyosen Nakatani
Prof. Dr. Carlos Estrela
Prof. Drª Ana Helena Gonçalves de Alencar
Prof. Dr. Orlando Aguirre Guedes
Department of Stomatologic Sciences,
Federal University of Goiás,
Praça Universitária s/n
Sector Universitário CEP: 74605-220, Goiânia, GO, Brazil
Abstract
Aim: To evaluate the external surface structure and chemical composition of
restorative glass ionomer cements using Scanning Electron Microscopy (SEM) and
Energy-Dispersive X-ray analysis (EDX). Material and Methods: Twelve
polyethylene standardized tubes were filled with the tested materials: Maxxion R®,
VitroFil®, Vidrion R® and Vitremer®. After 48 hours in a chamber at 37°C and 95% of
relative humidity, the specimens were surface-sputtered with gold and pictures at
5,00X magnification were taken by SEM. Then, the EDX analysis of the cements
composition was performed. The results were qualitatively (elements distribution
maps) and quantitatively (weight percent) assessed. Results: At the EDX analysis,
the conventional cements Maxxion R®, VitroFil® and Vidrion R® presented, in that
33
order, the following fluorine amounts: 5.11wt%, 7.43wt% and 3.83 wt%. The resin-
modified glass ionomer cement Vitremer® presented the highest level of fluorine
(10.43 weight%). Although not according to the compositions described by the
manufacturers, the elements F and Na were found in VitroFil® and Vitremer®
cements, respectively. Conclusions: The glass ionomer cements assessed
presented irregular surface, with uniform distribution of the elements and particles of
similar shapes and sizes. Most of the chemical components matched the lists
described by the manufacturers.
Key Words: Scanning electron microscopy. Energy-dispersive X-ray analysis.
Chemical properties. Glass ionomer cements
Introduction
Glass ionomer cements (GIC) are widely used as a restorative material
because of its good chemical adhesion to enamel and dentin (Erickson &
Glasspoole, 1994), as well as fluoride release (Sidhu & Watson, 1995; Pereira et al.,
1998). In addition, GIC exhibits good biocompatibility (Costa et al., 2003) and
coefficient of thermal expansion is similar to that of dentin (Bullard et al., 1998).
Although GIC is popular, there have been concerns about its clinical and mechanical
properties. GIC presents prolonged jellification reaction time, sensitivity, dehydration
or excess initial moisture, low tensile and compressive strength and aesthetic
problems (Nicholson, 1998; Cattani-Lorente et al., 1999; Kramer et al., 2003).
In order to improve the mechanical properties of conventional GIC,
resin-modified GIC were developed (Nicholson, 1998; Cattani-Lorente et al., 1999;
Ellakuria et al., 2003).
34
The compositions of GIC are complex and varied. However, it can be
stated that these materials have some essential constituents such as silica (SiO2),
alumina (Al2O3) and fluoride (Costa et al., 2003).
The material’s constituents and surface characteristics in addition to its
cytotoxicity is an indication for material’s biocompatibility (Zhu et al., 2000). Thus, the
aim of the present study was to analyze the chemical constitution and surface
morphology of GIC.
Material and Methods
Preparation of the samples
For the experiments, four commercial available GIC were used (Table 1). The
GIC were mixed according to the manufacturers’ instructions and placed in standard
polyethylene tubes with an internal diameter of 3 mm and a thickness of 3 mm. The
tubes were placed on glass slab (75 x 25 x 1 mm), slightly overfilled with the freshly
prepared materials and then transferred to a chamber with 95% relative humidity and
temperature of 37oC for a period corresponding to 3 times the manufacturer’s
recommended setting time. Three homogeneous specimens of each material were
made.
Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray
Microanalysis (EDX)
Morphological analysis of outer surface of GIC was performed using a
scanning electron microscope (JSM-6610; Jeol Ltd., Tokyo Japan) at X500
magnification, using an accelerating voltage of 10 kV and a working distance of 15
mm. The samples were sprinkled on carbon double-side tape over a metallic stub,
critical point dried and sputter-coated with gold palladium (Bal-Tec AG, Balzers,
35
Germany) at 20 mA. The morphologies of the external surface were qualitatively
analyzed according criteria used by Flores et al. (2011).
EDX was performed with detection-analysis-system NSS Spectral
Analysis System 2.3 (Thermo Fischer Scientific, San Jose, CA, USA) to determine
the constituent elements of the tested materials. One EDX spectrum was collected
from the central region of each specimen under the following conditions: 25 kV
accelerating voltage, 110 A beam current, 10-6 Torr pressure (high-vacuum), 130 x
130 m area of analysis at X1000 magnification, 100s acquisition time and 30-35%
detector dead time. The elemental analysis (weight% and atomic%) of samples was
performed in nonstandard analysis mode, applying PROZA (Phi-Rho-Z) correction
method. The elemental maps were archived by NETCOUNTS method, with high
resolution, using the same detection-analysis-system (NSS Spectral Analyses
System 2.3).
36
Table 1. Composition of evaluated glass ionomer cements described by the
manufacturers.
Material Tip
Components Manufacturer
s
Lot
Powder Liquid
Maxxion R® Conventional
Glass aluminum
fluorosilicate
Polycarboxylic acid
Calcium fluoride
Tartaric acid
Water
FGM, Joinville,
PR, Brasil
020310
VitroFil® Conventional
Strontium aluminum
silicate
Dehydrated polyacrylic
acid
Iron oxide
Polyacrylic acid
Distilled water
DFL, Rio de
Janeiro, RJ,
Brasil
0207597
Vidrion R® Conventional
Sodium calcium
aluminum
fluorosilicate
Barium sulfate
Polyacrylic acid
Pigments
Tartaric acid
Distilled water
SS White, Rio
de Janeiro,
RJ, Brasil
0050611
Vitremer® Resin modified
Fluoroaluminumsilicat
e cristals
Potassium persulfate
Ascorbic acid
Pigments
Polyalkenoic
Methacrylate
groups acid Water
HEMA
Camphorquinone
3M ESPE, St.
Paul, MN,
EUA
110400016
3
37
Results
The results obtained from SEM analysis are shown in Figure 1. It was noted
that all surfaces had an irregular and rough external surface. Cracking was not
observed.
A quantitative result of the main components of the tested materials is
presented in Table 2. Similar chemical elements were found in all materials and there
was a small variation between them. Essentially, the materials were composed of
elements namely aluminum (Al), silicon (Si), calcium (Ca), sodium (Na) and fluoride
(F). Phosphorus (P), sulfur (S) and barium (Ba) were only observed in Vidrion R,
while chlorine (Cl) were only observed in Maxxion R. EDX wide spectrums are
presented in Figure 2. Elemental mapping revealed the elements distributed
38
throughout the outer surface (Fig.3). Aluminum and silica were strongly detected by
such mapping.
Table 2. Main components of glass ionomer cements analyzed with energy-
dispersive X-ray microanalysis (EDX).
Element
Maxxion R® VitroFill® Vidrion R® Vitremer®
wt% at.% wt% at.% wt% at.% t% t.%
Al 28.24 28.26 31.23 32.07 28.46 23.08 28.22 29.26
Ba - - - - 4.24 17.51 - -
Ca 9.70 14.47 1.94 2.96 13.12 15.81 - -
Cl 3.87 5.09 - - - - - -
F 13.82 9.74 16.81 12.16 8.14 4.65 17.29 12.62
Na 19.70 16.80 3.39 2.97 5.20 3.59 3.52 3.11
P - - - - 3.89 3.62 - -
S - - - - 4.51 4.34 - -
Si 24.67 25.70 46.62 49.84 32.44 27.39 50.97 55.01
39
40
A B
C D
Figure 3. EDX elemental maps of aluminum (green) and silicon (read)distribution throughout the outer surface of tested materials. (A) Maxxion R; (B) VitroFil; (C) Vidrion R; (D) Vitremer.
41
Discussion
All the GIC tested in this study had a similar chemical constitution as verified
by EDX, and were composed of
For checking material properties and interactions in biological systems, it is
necessary to understand the material’s surface (Dammaschke et al., 2005).
Aluminum is a substantial constituent of GIC and is responsible for the stability
of the set cement (Wilson & McLean, 1988). Andersson & Dahl (1994) studied the
release of aluminum from GIC during early water contact and observed increased
release of aluminum from the auto-cured materials. For the authors the considerable
release of aluminum from GIC during early water exposure may explain the reported
lack of mineralization of predentin in the pulp beneath GIC.
The results of the present survey lead to a more comprehensible
understanding of the interactions that occur between GIC and tooth tissues. This
extended comprehension should help investigators to design new products with well-
defined characteristics.
Conclusion
The glass ionomer cements assessed presented irregular surface, with
uniform distribution of the elements and particles of similar shapes and sizes. Most of
the chemical components matched the lists described by the manufacturers.
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