Green Synthesis of Nanostructured Bioactive Glass for Dental Applications

Abstract

Bioactive glass is a biomaterial commonly used in dental care products and bone tissue engineering applications due to its biocompatibility, bone-forming ability, and remineralization capability. Bioactive glasses form a hydroxyapatite-like layer on dentinal tubules by releasing calcium and phosphorus ions after interaction with saliva. Bioactive 45S5 glass traditionally synthesized by wet chemical methods which require high-temperature heating and the use of a strong acid catalyst, bringing into question of the possibility of introducing toxic acid residues into the final product. Therefore, there is a need to develop environmental-friendly bioactive glass synthesis methods or to modify existing ones in a way to uplift their environmental friendliness. To satisfy this need, we greenized the traditional sol-gel method by replacing the acid catalyst with an environment-friendly alternative and successfully used it for the synthesis of nanostructured 45S5 bioactive glass. First, physicochemical characterization of the synthesized bioactive glasses was performed. Then, the apatite formation capability of bioglasses were investigated in saliva. Next, the mineralization kinetics of bioglasses were tested in Ca/P buffer. In vitro toxicity tests were performed to assess the cytotoxic potential of the synthesized bioactive glass. All analyses were repeated for the traditional synthesis method for comparison purposes. The results confirmed that green synthesis is more advantageous in terms of bioactivity and functionality required for dental applications. Increasing the safety and functionality of bioglass at the same time during the production phase has critical importance for ensuring the sustainability of current applications as well as creating new uses in the biomedical field

Biyoaktif cam biyouyumluluk, kemik rejenerasyonu ve diş sert doku remineralizasyonunu arttırması özellikleri sebebiyle diş bakım ürünlerinde ve kemik doku mühendisliği uygulamalarında yaygın olarak kullanılan bir biyomalzemedir. Biyoaktif camlar tükrük ile etkileşim haline girdiğinde kalsiyum ve fosfor iyonu salımı yaparak dentin tübülleri üzerinde kalıcı hidroksiapatit benzeri bir tabaka oluşturur. 45S5 biyoaktif cam geleneksel kimyasal yöntemlerle sentezlenebilmektedir. Ancak bu yöntemler yüksek sıcaklık ve güçlü asit katalizleri gereksinimleri dolayısıyla son üründeki toksisiteyi ve üreticinin üretim aşamasındaki sağlığını etkileme riski taşımaktadır. Bu nedenle; çevre dostu biyoaktif cam sentez yöntemlerinin geliştirilmesine veya mevcut yöntemlerin çevre dostu olma özelliklerini artıracak şekilde değiştirilmesine ihtiyaç vardır. Bu ihtiyacı karşılamak için, bu çalışmada asit katalizör çevre dostu bir alternatif ile değiştirilerek sol-jel yöntemi yeşilleştirildi ve nano yapılı 45S5 biyoaktif cam başarıyla sentezlendi. Sentezlenen biyoaktif cam örneklerinin fizikokimyasal karakterizasyonları yapıldı. Daha sonra, biyoaktif camın apatit oluşturma kabiliyeti yapay tükürük içinde araştırıldı ve mineralizasyon kinetikleri Ca/P solüsyonu içinde test edildi. Sentezlenen biyoaktif camın sitotoksik potansiyelini değerlendirmek için in vitro toksisite testleri yapıldı. Tüm analizler karşılaştırma yapılabilmesi için geleneksel sentez yöntemi için de uygulandı. Sonuçlar, yeşil yöntem ile sentezlenen biyoaktif camın diş hekimliği uygulamaları için gerekli olan biyoaktivite ve işlevsellik açısından daha avantajlı olduğunu doğruladı. Biyocamın üretim aşamasında güvenliğinin ve işlevselliğinin arttırılması mevcut uygulamaların sürdürülebilirliğinin sağlanmasında ve yeni biyomedikal kullanım alanlarının yaratılmasında kritik öneme sahiptir.