Formulação e avaliação de resinas compostas experimentais com silano à base de líquido iônico imidazólico

Abstract

O objetivo desse estudo foi formular e avaliar resinas compostas com nanopartículas de sílica (SiO2) silanizadas com diferentes concentrações de um silano experimental à base de líquido iônico imidazólico. O silano de líquido iônico foi sintetizado com (3- cloropropil) trimetoxissilano e 1-vinilimidazol. O silano foi caracterizado pelas espectroscopias de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) (n=1), ultravioletavisível (UV-Vis) (n=1) e ressonância magnética nuclear (RMN) (n=1). Nanopartículas de sílica foram silanizadas com 1; 2,5; 5; 7,5 e 10%, em massa, de silano. Um grupo de sílica não foi silanizado para comparação. As sílicas foram analisadas por FTIR (n=1), UV-Vis (n=1), RMN (n=1), análise termogravimétrica (TGA) (n=1), microscopia eletrônica de varredura (MEV) (n=1) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) (n=1). As sílicas com diferentes concentrações de silano foram incorporadas em 60%, em massa, à uma matriz para formular as resinas compostas. Seis resinas foram formuladas: com sílica sem silano (controle, GCTRL) e com sílica silanizada com 1; 2,5; 5; 7,5 e 10% de silano. As resinas foram avaliadas por TGA (n=1), grau de conversão (GC) imediato e longitudinal (n=5), amolecimento em solvente (ΔKHN%) (n=5), resistência à flexão imediata e longitudinal (n=10), resistência coesiva imediata e longitudinal (n=10), atividade antimicrobiana por contagem de unidades formadoras de colônia (UFC) (n=6) e por microscopia de fluorescência (n=1) e citotoxicidade (n=5). FTIR, UV-Vis e RMN confirmaram, respectivamente, a presença das ligações químicas, comportamento frente ao espectro UV-Vis e estrutura molecular esperados para o silano sintetizado. A caracterização das sílicas indicou a presença do silano e como o mesmo interagiu com as nanopartículas. Quanto maior a concentração de silano nas resinas compostas, mais fortes se apresentavam os picos referentes à degradação desse material na análise de TGA. Não houve diferença no GC de GCTRL a G7.5% (p>0,05). Todos os grupos aumentaram o GC após 2 meses (p<0,05). Todos os grupos alcançaram valores de GC similares aos encontrados para resinas compostas comerciais. O mínimo de 2,5% de silano levou a menor KHN% comparado ao GCTRL (p<0,05). Enquanto a resistência à flexão indicou menor valor a partir de 1% de silano (p<0,05), a resistência coesiva não indicou diferenças entre os grupos (p>0,05). Não houve diferença entre os ensaios imediatos e longitudinais de resistência à flexão (p>0,05) ou coesiva (p>0,05). A adição de pelo menos 5% de silano reduziu a viabilidade de Streptococcus mutans comparado ao GCTRL (p<0,05). A microscopia de fluorescência sugeriu mais bactérias com defeitos em membrana quanto maior a concentração de silano. Não houve diferença entre os grupos quanto à viabilidade de fibroblastos de gengiva (p>0,05). Um silano à base de líquido iônico foi sintetizado com sucesso e utilizado para silanizar nanopartículas de sílica empregadas como carga para resinas compostas experimentais. A resistência à flexão foi afetada negativamente pela incorporação de silano. No entanto, todos os outros testes físicos e químicos mostraram estabilidade ou melhores resultados para os materiais contendo o silano.. Além disso, o silano propiciou atividade antibacteriana contra um biofilme maduro sem afetar a citotoxicidade. Neste estudo, foi sintetizado um silano isento de éster à base de líquido iônico com propriedade antibacteriana e versatilidade estrutural para o desenvolvimento de materiais dentários resinosos.

The aim of this study was to formulate and evaluate resin composites with silica nanoparticles (SiO2) silanized with different concentrations of an experimental silane based on an imidazole ionic liquid. The ionic liquid silane was synthesized with (3- chloropropyl) trimethoxysilane and 1-vinylimidazole. The silane was characterized by Fourier transform infrared (FTIR) (n=1), ultraviolet-visible (UV-Vis) (n=1) and nuclear magnetic resonance (NMR) (n=1) spectroscopies. Silica nanoparticles were silanized with 1, 2.5, 5, 7.5, and 10 wt.% of silane. One group of silica was not silanized for comparison. The silicas were analyzed by FTIR (n=1), UV-Vis (n=1), NMR (n=1), thermogravimetric analysis (TGA) (n=1), scanning electron microscopy (SEM) (n=1), and transmission electron microscopy (TEM) (n=1). The silicas with different silane concentrations were incorporated at 60 wt.% into a matrix to formulate resin composites. Six resins were formulated: with silica without silane (control, GCTRL) and with silica silanizes with 1, 2.5, 5, 7.5, and 10% silane. The resins were evaluated by TGA (n=1), immediate and long-term degree of conversion (DC%) (n=5), softening in solvent (ΔKHN%) (n=5), immediate and long-term flexural strength (n=10 ), immediate and long-term ultimate tensile strength (n=10), antimicrobial activity by counting the colonyforming units (CFU) (n=6) and by fluorescence microscopy (n=1), and cytotoxicity (n=5). FTIR, UV-Vis, and NMR confirmed, respectively, the presence of chemical bonds, behavior against the UV-Vis spectrum, and molecular structure expected for the synthesized silane. The characterization of silicas indicated the presence of silane and how it interacted with the nanoparticles. The higher the concentration of silane in the resins composite, the stronger the peaks related to the degradation of this material in the TGA analysis. There was no difference in the DC% from GCTRL to G7.5% (p>0.05). All groups increased the DC% after two months (p<0.05). All groups achieved DC% values similar to those found for commercial resin composites. The minimum of 2.5% silane led to lower KHN% than GCTRL (p<0.05). While the flexural strength indicated a lower value from 1% silane compared to GCTRL (p<0.05), the ultimate tensile strength did not indicate differences among groups (p>0.05). There was no difference within groups between the immediate and long-term tests of flexural strength (p>0.05) or ultimate tensile strength (p>0.05). The addition of at least 5% silane reduced the viability of Streptococcus mutans compared to GCTRL (p<0.05). Fluorescence microscopy suggested more bacteria with membrane defects, the higher the silane concentration. There was no difference among groups regarding the viability of gingival fibroblasts (p>0.05). An ionic liquid-based silane was successfully synthesized and used to silanize silica nanoparticles used as fillers for experimental resin composites. The flexural strength was negatively affected by silane incorporation. However, all other physical and chemical tests showed stability or better results for the silane-containing materials. Furthermore, the silane provided antibacterial activity against a mature biofilm without affecting cytotoxicity. In this study, an ionic liquid-based ester-free silane with antibacterial property and structural tunability was synthesized, a versatile component for the development of resinous dental materials.