Adheesio silaanien avulla biomateriaaleissa

Käytetäänkö silaaneja hammaslääketieteen hoitomateriaalien valmistuksessa?

Yhdistelmämuovitäytemateriaaleissa ja -sementeissä on kaksi oleellisesti erilaista materiaalifaasia – tästä tulee nimitys yhdistelmämuovi (tekniikassa käytetään nimeä komposiitti) «Plueddemann EP. Adhesion Through Silane Coupling Agents. J Adhes 1970; 2: 184-201. »10. Orgaanista polymeerifaasia (monomeerifaasia, joka polymeroidaan) kutsutaan myös muovifaasiksi. Toinen materiaalifaasi koostuu sellaisista epäorgaanisista lisäaineista, joiden tarkoitus on vahvistaa yhdistelmämuovimateriaalia. Vahvikemateriaaleina käytetään usein epäorgaanisia fillerimateriaaleja (kuten hyvin hienojakoiset lasi-, silikaatti- ja karbonaattimineraalijauheet). Mikäli komposiitille haetaan pitkittäissuuntaista vahvistusta, käytetään silloin lyhyitä tai pitkiä kuituja, kuten lasi-, silikaatti-, hiili- tai polyetyleenikuidut «Vallittu PK, Ruyter IE, Ekstrand K. Effect of water storage on the flexural properties of E-glass and silica fiber acrylic resin composite. Int J Prosthodont 1998; 11: 340–50. »11 «Segerström S, Ruyter IE. Mechanical and physical properties of carbon–graphite fiber-reinforced polymers intended for implant suprastructures. Dent Mater 2007 (painossa). »12 «Meric G, Ruyter IE. Effect of thermal cycling on composites reinforced with two differently sized silica-glass fibers. Dent Mater 2007 (painossa). »13 «Tuusa SMR, Lassila LVJ, Matinlinna JP, Peltola MJ, Vallittu PK. Initial adhesion of glass-fibre-reinforced composite to the surface of porcine calvarial bone. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater »14.

Epäorgaaniset filleripartikkelit, tai silikaatti- ja lasikuidut silanoidaan, ts. niiden pinnat käsitellään silaanitartunta-aineella, jotta ne saadaan kiinnittymään lujasti polymeroituvaan faasiin.

Milloin on hyödyllistä tai syytä käyttää silaaneja?

Silaaneista käytetään myös mm. nimitystä 'keraaminen esikäsittelyneste', joka nimi kuvastaa silaanien erästä keskeistä indikaatiota hammasprotetiikan alalla. Silaaneilla, jotka ovat tavallisesti kestoaktivoituina vesi-alkoholiliuoksessa, voidaan sidostaa kemiallisin, kovalenttisin sidoksin oleellisesti erilaisia materiaaleja toisiinsa. Silaanit edistävät adheesiota ja ne muodostavat kemiallisen, kovalenttisen sidoksen posliinin ja yhdistelmämuovin välille. Silaaneilla saadaan aikaan kemiallinen sidos myös yhdistelmämuovin ja metallipinnan, yhdistelmämuovin ja keramiikan (posliinin) sekä yhdistelmämuovin ja yhdistelmämuovin välille (esim. yhdistelmämuovilaminaatin korjaus) «Matinlinna JP, Vallittu PK. Silane Based Concepts on Bonding Resin Composite to Metals. J Cont Dent Pract 2007; 8: 1–8. »15.

Edellä kuvailtu kemiallinen sidos saadaan aikaiseksi, kun sementoitava pinta silikapinnoitetaan (silika = piidioksidi) ja siihen applikoidaan silaani. Kliinisessä työskentelyssä silikapinnoitukseen voidaan hammaslaboratorioissa käyttää Rocatec¿-systeemiä ja hammaslääkärin vastaanotolla hoitokoneeseen liitettävää Cojet¿-silikapinnoituskäsikappaletta (kummankin valmistaja 3M ESPE).

Silikapinnoituksessa käytetään tietyn partikkelikoon erikoishiekkaa, jossa alumiinitrioksidi- eli korundipartikkelit ovat itsessään silikapinnoitetut ja tämä silikapinta siirtyy käsiteltävän konstruktion pintaan hiekkapuhallettaessa. Silikapinnoituksen jälkeen pinnoitettu kappale puhdistetaan irtohiekasta ja se silanoidaan välittömästi ennen sen sementointia, työskentelyssä käytettävien valmisteiden ohjeita noudattaen. Mikäli kyseessä on lohkeaman korjaus tai posliinilaminaatin asennus, korjattava/sementoitava pinta käsitellään kuten yllä on esitetty «Matinlinna J, Lassila L, Vallittu P. Miten silaanit liittyvät hammaslääketieteen materiaaleihin? Suom Hammaslääkäril 2003; 22: 1268–72. »1 «Matinlinna JP, Lassila LVJ, Özcan M, Yli-Urpo A, Vallittu PK. An Introduction to Silanes and Their Clinical Applications in Dentistry. Int J Prosthodont 2004; 17: 155–64. »2 «Matinlinna J. Silaanikemiaa hammaslääketieteessä - Sovelluksia eräissä konventionaalisissa ja uusissa biomateriaaleissa. Suom Hammaslääkäril 2004; 20: 1080–3. »4.

Pitääkö silikapinnoitettu pinta aina silanoida?

Kyllä. Optimaalinen adheesio edellä esitettyjen materiaalien välille saavutetaan silikapinnoituksella ja silanoinnilla. Silikapinnoitusta tarvitaan, jotta konstruktion pinta saadaan aktivoitua silaaniavusteista kemiallista sidostusta varten.

Poikkeuksena tästä ovat ns. etsautuvat keraamit (esim. maasälpäposliini) «Kozlovsky V, Näpänkangas R, Raustia A. Hammasprotetiikassa käytettävien materiaalien ominaisuudet ja kestävyys. Suom Hammaslääkäril 2007; 10–11: 572–8. »16, jotka itsessään sisältävät piidioksidia (silikaa) rakenteessaan. Etsaus vetyfluorihapolla on ratkaiseva vaihe, kun perinteinen keraamirakenne halutaan sidostaa adhesiivisesti yhdistelmämuovisementillä. Etsattu maasälpäposliini silanoidaan ennen sen sementointia sidostuksen optimoimiseksi.

Onko silanoinnille muita indikaatioita?

Kyllä. Yhdistelmämuovi- tai keramiikkarakenteiden lohkeamia, joissa voi olla paljastunutta metallipintaa, suositellaan aina silikapinnoitettaviksi ja silanoitaviksi. Jopa yhdistelmämuovipaikkoja voidaan korjata yhdistelmämuovitäyteaineella silikapinnoituksen ja silanoinnin jälkeen.

Miten silanointi käytännössä tapahtuu?

Silaani annostellaan suoraan pullosta erilliseen kertakäyttöiseen puhtaaseen, rasvattomaan muovimaljaan. Silaaniliuos on helposti haihtuvaa ja siksi on erityisen tärkeää sulkea pullo välittömästi käytön jälkeen. Silaani applikoidaan mukana tulevalla kertakäyttöpensselillä. Silaania levitetään yksi kerros silikapinnoitetulle pinnalle. Intraoraalisessa työskentelyssä silaanin annetaan kuivua 30 s ennen yhdistelmämuovisementin applikoimista. Ekstraoraalisessa työskentelyssä silanoitavan pinnan annetaan kuivua n. 5 min. Muista suojahansikkaiden käyttö!

Vähäinenkin sormenjälki silanoidulla pinnalla tuhoaa pinnan adhesiiviset ominaisuudet ja sementointi todennäköisesti epäonnistuu. Muista aina perehtyä silaanin ja yhdistelmämuovimateriaalin yms. käyttöohjeisiin ja tuoteselosteisiin. Silanoitujen pintojen likaantuminen tulee eliminoida kaikin keinoin.

Mikäli silanoitu pinta kuitenkin kontaminoituu, se tulee huuhdella varoen asetonilla ja etanolilla. Usein on kuitenkin välttämätöntä silikapinnoittaa ja silanoida ko. pinta uudelleen.

Parantaako silaani zirkoniakruunujen ja -siltojen sidostusta?

Zirkonia- eli zirkoniumdioksidipintoja ei voi sellaisenaan silanoida, sillä silaani ei reagoi kemiallisesti zirkonian kanssa, vastakohtana silikapinnalle. Nykyään käytössa olevat organofosfaattisementit (esim. RelyX¿Unicem-, Panavia¿-, Multilink¿-tuotteet), jotka ovat myös samalla yhdistelmämuovisementtejä, sidostavat hyvin eikä silaaneja näin ollen tarvita.

Vaihtoehtoinen sidostamismenetelmä on silikapinnoittaa zirkoniakonstruktion sisäpinnat esimerkiksi Rocatec¿-menetelmällä «Milleding P, Molin M, Karlsson S. Dentala helkeramer i teori och klinik. Gothia, Tukholma 2005. ISBN 91-7205-444-1. »17 «Karsslon S. Helkeramiska broar. Kirjassa: Odontologi 2003 Nordisk odontologisk årbok. Holmstrup P, toim. Munksgaard, Kööpenhamina 2003, s. 135–47. ISBN 87-628-0386-7. »18 «Kvam K, Karlsson S. Täyskeraamiset proteettiset rakenteet. Suom Hammaslääkäril 2004; 9: 42–9. »19 «Karlsson S. Orala zirkoniumdioxodimplantat; aktuellt kunskapsläge. Kunskapsdokument från KDM – XI. Kunskapscenter för dentala material (KDM), Socialstyrelsen, Tukholma, maaliskuu 2006. www.socialstyre»20. Ennen silanointia tulee irtonainen hiekka huuhdella pois ja kruunu/silta voidaan sementoida paikoilleen, joko 'tavallisella' yhdistelmämuovisementeillä tai orga-nofosfaattisementillä.

Tieteelliseltä ja kliiniseltä kannalta käydään keskustelua, kumpi metodi on kliinisesti kestävämpi: sidostus pelkällä organofosfaattisementillä vai sidostus silikapinnoitusta ja silanointia käyttäen ennen sementointia. Nykytietämyksen mukaan kumpaakin metodia voidaan käyttää hyvällä menestyksellä.

Ovatko hammaslääketieteen silaanituotteet samanlaisia?

Useat käyttövalmiit silaanit (silaanituotteet) muistuttavat koostumukseltaan ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan toisiaan: niissä on usein samaa aktiivista silaania (metakrylaattisilaani), niiden pH on samalla tasolla, liuotinseos voi olla samantyyppinen jne. Kuitenkin, tuoreen tutkimuksemme mukaan «Matinlinna JP, Lassila LVJ, Vallittu PK. Evaluation of five dental silanes on bonding a luting cement onto silica-coated titanium. J Dent 2006; 34: 721–6. »21 eri silaanivalmisteilla saadaan erilaisia sidostustuloksia in vitro. Voidaan näin ollen suositella, että tulee käyttää aina sitä silaania, joka sisältyy yhdistelmämuovikorjauspakkaukseen yms. ja jonka käyttöä kyseisen tuotteen valmistaja suosittelee.

Entä ovatko silaanit suun olosuhteissa liukoisia?

Eivät. Silaanit ovat jo kemiallisesti reagoineet valo- tai kahtaiskovetetussa yhdistelmämuovitäyteaineessa tai -kiinnityssementissä. Mikäli tällainen materiaali kuluu, lohkeaa tai murtuu, ei siitä voi vapautua vapaita silaaneja. Silanoinnissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden jälkeen silaanit ovat kovalenttisesti sitoutuneet adhesiiviseen sidostuskerrokseen tai vastaavasti yhdistelmämuovissa täytepartikkelien ja muovifaasin välille eivätkä voi irrota.

Hammaslääkärinvastaanotollamme on vanhentunut pakkaus silaanivalmistetta. Sen sisälto ei näytä normaalilta, vaan samentuneelta. Voiko tällaista silaania vielä käyttää?

Ei voi. Samentunut silaani on menettänyt kaikki adheesiota edistävät tartunta-aineominaisuutensa ja se tulee hävittää. Silaanilla on tavallisesti suhteellisen pitkä käyttöikä (jopa kolme vuotta). Tämän jälkeen silaani voi autopolymeroitua ja tällöin alun perin kirkas silaaniliuos samentuu ja silaani muuttuu käyttökelvottomaksi.

On erittäin tärkeää muistaa sulkea silaanipullon korkki aina välittömästi käytön jälkeen, sillä silaanit ovat erittäin herkkiä ilman kosteudelle, mutta eivät esimerkiksi ilman sisältämälle hapelle. Silaani tulee mieluiten säilyttää jääkaapissa. Vanhentuneet silaanit on syytä poistaa käytöstä.

Ovatko silaanit riskitekijä, kun asiaa tarkastellaan työturvallisuusnäkökohdista?

On syytä korostaa, että ne silaanit, joita on käytetty yhdistelmämuovimateriaalien ja lasikuituvahvisteisten rakenteiden valmistuksessa, ovat jo reagoineet ja näin ollen ne "istuvat" kemiallisesti sitoutuneina paikoillaan yhdistelmämuovimateriaalissa (tai lasikuitu-yhdistelmämuovikonstruktiossa). Hammaslääkärin vastaanotolla (tai hammaslaboratoriossa) on suositeltavaa aina käyttää suojahanskoja työskennellessä silaaniliuosten kanssa – kuten myös aina työskenneltäessa yhdistelmämuovimateriaalien kanssa.

Silaaniliuokset sisältävät tavallisesti veden lisäksi helposti haihtuvaa etanolia, joten ne ovat tulenarkoja. Kaikkea avotulta on siis vältettävä ehdottomasti. Silaaniliuokset eivät ole syövyttäviä eivätkä erityisen haitallisia, mutta on tärkeää huolella noudattaa niiden valmistajan antamia käyttöhjeita (säilytys ja käyttö) ja käyttöturvallisuustiedotetta.

Herkistymistä silaaniliuoksillle ei voida täysin sulkea pois. Mikäli silaania joutuu iholle tai suuhun, tulee se huuhtoa välittömästi pois vedellä.