Нанопігментована акрилова смола, затверділа нечітко за допомогою водяної ванни або мікрохвильової енергії для протезів

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

2 Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, UMSNH, Km. 9.5 Carretera Morelia-Zinapécuaro, Col. La Palma, 58893 Tarímbaro, MICH, Мексика

3 Laboratorio de Materiales Dentales, División de Estudios de Posgrado e Investigación, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Avenida Universidad No. 3000, Colonia Copilco, 04510 México, DF, Mexico

4 Posgrado de la Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Avenida Universidad No. 3000, Colonia Copilco, 04510 México, DF, Мексика

5 Departamento de Ingeniería Molecular de Materiales, Centre de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla, Boulevard Juriquilla No. 3001, 76230 Juriquilla, QRO, Мексика

6 Centro de Tecnología Avanzada, (CIATEQ), просп. El Retablo 150, 76150 Керетаро, Qro, Мексика

Анотація

Основним моментом цього дослідження був синтез нанопігментованих наночастинок полі (метилметакрилату), які в подальшому були оброблені за допомогою водяної бані та/або мікрохвильової енергії для протезів. Експериментальні акрилові смоли були фізико-хімічно охарактеризовані та дотримувались Candida albicans та оцінювали біосумісність. Отримали нанопігментовану акрилову смолу, затверділу на водяній бані або мікрохвильовою енергією. Акрилові зразки мають властивості, подібні до комерційних акрилових смол, але поперечна міцність і пористість були трохи покращені. Акрилові смоли, затверділі мікрохвильовою енергією, демонструють зменшення C. albicans дотримання. Ці результати демонструють вдосконалений нецитотоксичний матеріал для виготовлення зубних протезів в стоматології.

1. Вступ

Полі (метилметакрилат) (ПММА) є основною комерційною акриловою смолою, що використовується у виробництві протезів [1]. Досягнення науки про полімери на основі зубних протезів розробили різні методи формування та активації [2]. Комерційні акрилові смоли, що генеруються від нагрівання та мікрохвильовки, мають подібні хімічні склади [3], але для затвердіння смол для кожної техніки існують специфічні компоненти. Мікрохвильовий метод полімеризації зубних протезів ПММА має наступні переваги: коротший час затвердіння та досягнення пластичної фази, менша пористість та відмінна адаптація протезного матеріалу на відміну від звичайної теплової водної полімеризації. Незважаючи на ці переваги, цей метод має обмежене застосування в галузі стоматології [4].

Повідомлено про декілька досліджень щодо експериментальної акрилової смоли. У наших попередніх роботах сферичні частинки експериментальної акрилової смоли синтезували методом полімеризації суспензії із застосуванням альгінату натрію або желатину в якості суспензійних речовин. Отримано чіткий ПММА, і морфологія, розмір частинок, теплова поведінка та властивості згинання були повністю охарактеризовані. В результаті вийшов матеріал, порівнянний із комерційними акриловими смолами для протезів, коли матеріал оброблявся на водяній бані або в мікрохвильовій техніці [5]. Наночастинки оксиду металу були включені в синтез як пігменти для отримання рожевого ПММА, подібного до ясен за кольором. Ці нанопігментовані частинки ПММА були термополімеризовані за допомогою техніки водяної бані, і вони мали нижчу пористість та розчинність порівняно з прозорою ПММА [6]. Різні типи волокон [7] або наночастинки срібла [8] були додані до складу нанопігментованого ПММА, але волокна не змінювали міцність на вигин, і наночастинки зменшували це значення, незважаючи на поліпшення протигрибкового ефекту проти Candida albicans.

Нанопігментований ПММА повинен бути оцінений за всіма фізичними, антимікробними та цитосумісними властивостями, коли він обробляється нечітко за допомогою водяної бані та методів мікрополімерної термополімеризації. Ці методи не жертвують фізико-хімічними властивостями смоли і можуть створити дешевий і нетоксичний матеріал. Матеріал потрібно порівнювати з комерційними акриловими смолами, доступними для кожної конкретної техніки. Матеріал порівнювали з акриловими смолами Lucitone 199 та Acron MC для баз зубних протезів, комерційно доступні для конкретних методів полімеризації на водяній бані та мікрохвильовій печі відповідно.

2. Матеріали та методи

Мономер метилметакрилату (ММА) та пероксид бензоїлу (обидва від Sigma-Aldrich, Сент-Луїс, Міссурі, США) були використані як отримані. В якості суспензійного агента використовували альгінат натрію (Manufacturera-Dental-Continental, Мексика). В якості пігментів були використані наночастинки оксиду заліза та оксиду титану (Fe2O3 [R-4511] та TiO2 [RF-9400] (González-Cano y Compañía, Мексика). Trubyte, York, PA) та Acron MC (GC Lab Technologies, Alsip, IL) були вибрані для порівняння.

3. Синтез нанопігментованих частинок ПММА

Нанопігментований ПММА, речовина рожевого кольору, схожа на ясна, була синтезована методом суспензійної полімеризації, описаним у попередній роботі [5]. Короткий метод був таким. У п’ятигорлій колбі 200 мл деіонізованої води, 1,5 г альгінату натрію, 200 г мономеру ММА та 0,2 г ініціатора змішували із зворотним холодильником; додавали азотний газ; суміш перемішували (1200 об/хв) і нагрівали при 70 ° С протягом 2 годин. Нанопігменти TiO2 і Fe2O3 розчиняли в 30 мл деіонізованої води і додавали в реактор за 30 хв до включення ініціатора. Постійне перемішування протягом всієї реакції застосовували для забезпечення рівного розподілу пігментів. Коли реакція закінчилася і частинки ПММА осіли, їх відокремили декантацією. ПММА промивали деіонізованою водою чотири рази, доки вода не стала прозорою для усунення нереагуючих продуктів. Частинки полімеру сушили при кімнатній температурі.

4. Характеристика нанопігментованих частинок ПММА

Були охарактеризовані нанопігментовані порошки PMMA, Lucitone 199 та Acron MC. Інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур'є (FT-IR) проводилася в приладі Bruker Vector 33 з використанням техніки пропускання. Зразки готували на напівпрозорих дисках KBr та аналізували за допомогою 17 сканувань в області довжини хвилі від 400 до 4000 см -1 .

Для аналізу скануючої електронної мікроскопії (SEM) частинки полімеру покривали золотом шляхом вакуумного випаровування, а спостереження проводили за допомогою скануючого мікроскопа JSM-6060LV (JEOL, Peabody, MA). Розподіл частинок за розміром та стандартне відхилення були отримані для кожної акрилової смоли.

5. Водяна ванна та мікрохвильова полімеризація для приготування зразків

Для отримання зразків ПММА нанопігментований порошок ПММА розділяли на дві частини, утворюючи дві експериментальні групи. Суміші готували з порошками кожної групи і збирали їх у три форми з такими розмірами: 65 × 10 × 2,5 мм, 50 × 0,5 мм і 10 × 2 мм.

Першу групу, позначену ПММА-wb, отримували змішуванням ПММА з мономером ММА (3: 1) та перекисом бензоїлу (1%), упаковкою суміші у металеві форми та обробкою на водяній бані протягом 90 хв при 70 ° C, а потім протягом 30 хв при 90 ° C. Другу групу, позначену PMMA-mw, отримували змішуванням частинок PMMA з мономером MMA (3: 1) та перекисом бензоїлу (1%) та упаковкою суміші у поліефірні форми, з подальшим затвердінням мікрохвильовою енергією при 500 З протягом 3 хв. Після процесу затвердіння форми охолоджували при кімнатній температурі на 30 хв і поміщали в холодну воду при 4 ° С на 30 хв перед тим, як розкривати форми.

Комерційні акрилові смоли Lucitone 199 та Acron MC затверділи відповідно до вказівок виробників.

Отримані зразки являли собою пластини розміром 65 × 10 × 2,5 мм для розрахунку міцності на вигин та модуля згинання (

), диски 50 × 0,5 мм для випробувань на сорбцію та розчинність води (), і диски 10 × 2 мм для C. albicans аналізи на прихильність та цитотоксичність (

). Всі зразки перед використанням були оброблені вологим абразивним папером з піском 100 та 300 (Fandeli, Мексика).

У таблиці 1 узагальнено техніку затвердіння, номер партії та молекулярну масу в’язкості кожної оціненої акрилової смоли. Згадана молекулярна маса належить експериментальній ПММА без частинок нанопігменту.

6. Характеристика затверділих нанопігментованих зразків ПММА

Оброблені зразки PMMA-wb, PMMA-mw, Lucitone 199 та Acron MC тестували наступним чином.

Термогравіметричний аналіз (TGA) проводили на фрагменті кожної групи затверділих нанопігментованих ПММА смол із застосуванням термогравіметричного аналізатора (TA Instrument Q500 V6.3) зі швидкістю нагрівання 10 ° C/хв до 900 ° C в N2 атмосфера.

Для характеристики згинальної поведінки зразки поміщали в машину з поперечним відхиленням (Mecmesin, Sterling, VA) зі швидкістю 5 Н/хв до їх руйнування. Значення модуля згинання та поперечної міцності були отримані за допомогою рівнянь, згаданих раніше [5, 6].

Для тесту на сорбцію води та розчинність води зважували 10 дисків () (повідомляли у мг), поміщали в ексикатор силікагелю та зважували кожні 24 год до постійної маси (

) було отримано. Диски поміщали в дистильовану воду на 7 днів при

° С Потім диски сушили і зважували (

). Диски знову поміщали в ексикатор і зважували кожні 24 год до досягнення постійної маси (). Площа (

) для кожної вибірки розраховували (повідомляли в см 2). Сорбція води (Ws) та розчинність (Sl) були розраховані згідно з ADA 12, 1990 [9], наступним чином: Ws = ( - )/; Сл = ( - )/ .

Для випробування на пористість зламані пластини відрегулювали для отримання пластин розміром 30 × 10 × 2,5 мм. Їх зважували, щоб отримати масу, і обчислювали об’єм кожної проби (

). Зразки зважували кожні 24 год і поміщали в ексикатор силікагелю до отримання постійної маси. Визначали об’єм кожної проби та внутрішню пористість (

) розраховувались наступним чином:

- маса зразка (у г), - щільність акрилової смоли (1,198 г/см 3), (0,00123 г/см 3) - щільність повітря в Мехіко (при

K, 78 кПа), і є об'ємом зразка (в см 3).

Одна із зламаних частин кожної групи після випробувань на згинання була використана для спостереження за зоною перелому за допомогою SEM.

Кути контакту полімерних плівок ПММА вимірювали методом сфероїдальних сегментів із використанням системи вимірювання кута контакту [10].

МТТ-аналіз проводили з використанням клітин, подібних до фібробластів миші NIH 3T3 (ATCC № CRL-1658). Нанопігментовані та комерційні зразки ПММА стерилізували, піддаючи обидві сторони ультрафіолетовому опроміненню протягом 5 хв. Клітини піддавали впливу зразків акрилових смол, і проліферацію оцінювали шляхом вимірювання ферментативної активності редуктази на основі перетворення 3- (4,5-диметилтіазол-2-іл) -2,5-дифенілтетразолію броміду (МТТ) у кольорові, зменшена форма МТТ [12]. Через 24 та 48 год інкубації смоли видаляли, аналіз МТТ проводили, дотримуючись інструкцій виробника (Sigma-Aldrich), і поглинання вимірювали в мікропланшеті (Bio-Rad 680) при довжині хвилі 655 нм.

Відсоток життєздатності розраховували наступним чином: [(оптична щільність зразків)/(оптична щільність контрольної групи)] × 100. Контрольну групу культивували без акрилових смол. Зразки аналізували у трьох примірниках та проводили три незалежні експерименти.

Для статистичного аналізу - односторонній дисперсійний аналіз (

) та тести Тукі застосовувались для сорбції води, розчинності, модуля згинання, поперечної міцності, пористості, цитотоксичності та C. albicans значення дотримання.

7. Результати та обговорення

7.1. FTIR та розподіл розмірів нанопігментованого ПММА

На рис. 1 показано інфрачервоний спектр нанопігментованого ПММА порівняно із спектром комерційних смол ПММА (Lucitone 199 та Acron MC) в діапазоні довжин хвиль від 4000 см -1 до 650 см -1. Всі спектри мають подібні відгуки, в яких спостерігались характерні піки ПММА [9, 10, 13]. Піки при 2950 см -1 та 1720 см -1 відповідають коливальним коливанням C – H та C = O (складний ефір карбонілу), а смуга в 1434 см -1 обумовлена коливальними коливаннями C – H. Інші піки на низьких частотах, 1139 см -1, 840 см -1, і 752 см -1, пов'язані з розтягувальною вібрацією H – C – H, деформаційною вібрацією O – C – O та вібрацією PMMA, відповідно. Відсутність піків у діапазоні від 1680 см -1 до 1640 см -1 свідчить про те, що мономер ММА був повністю полімеризований [12].

Інфрачервоні спектри полімерних частинок нанопігментованого ПММА, Lucitone 199 та Acron MC, що показують основні смуги розтягування молекули ПММА.

Незважаючи на подібність інфрачервоних результатів для зразків PMMA, розміри частинок були дуже різними згідно з результатами SEM (не показано тут). Розміри нанопігментованих частинок ПММА становили від 4,5 до 10 μм, а розміри для Lucitone 199 та Acron MC були в межах від 30 до 60 μм і від 60 до 120 μм відповідно. На малюнку 2 показано розподіл розмірів частинок, де середнє значення для зразків становило 16,51 μм ± 6,5 μм (нанопігментований ПММА), 32,23 μм ± 10,8 μм (Lucitone 199) та 69,69 μм ± 23,88 μм (Acron MC).