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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

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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

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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

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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

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DEDICATÓRIA

A Deus, porque “o Senhor é meu pastor e nada

me faltará”.

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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.

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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.................................................................................................................

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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.

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Tabela 1. Elementos encontrados nos cimentos de ionômero de vidro analisados

por EDX........................................................................

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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

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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.

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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.

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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

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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,

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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

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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.

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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).

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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.

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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).

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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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).

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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,

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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

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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®.

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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

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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.

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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.

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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

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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).

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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,

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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).

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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

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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

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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

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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.

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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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