Effect of Silver Nanoparticles on Physicochemical and Antibacterial Properties of Calcium Silicate Cements

Abstract

Abstract Mineral trioxide aggregate (MTA) and Portland cement (PC) are calcium silicate cements. They have similar physicochemical, mechanical and biological properties. The addition of zirconium oxide (ZrO2) to PC provides radiopacity. Silver nanoparticles (AgNPs) may improve some properties of cements. The aim of this study was to evaluate the effect of AgNPs on physicochemical/mechanical properties and antibacterial activity of white MTA (WMTA) and PC associated with ZrO2. The following materials were evaluated: WMTA; PC 70% + ZrO2 30%; WMTA+ AgNPs; and PC 70% + ZrO2 30% + AgNPs. The study evaluated radiopacity, setting time, pH, compressive strength and solubility. For radiopacity analysis, radiographs were made alongside an aluminum (Al) step wedge. To evaluate the antibacterial activity, direct contact test was performed on planktonic cells and Enterococcus faecalis biofilm induced on bovine root dentin for 14 days. The experimental periods were 5 and 15 h. Data were obtained as CFU mL-1. The obtained data were submitted to ANOVA and Tukey tests (p<0.05). The addition of AgNPs to WMTA increased the pH, lowered the solubility and the initial and final setting times. The addition of AgNPs to PC/ZrO2 maintained the pH, lowered the solubility, and increased the setting time and compressive strength. The radiopacity of all materials was higher than 4 mmAl. The addition of AgNPs promoted an increase in antibacterial activity for calcium silicate cements and favored the physicochemical and mechanical properties of the materials.

Translated abstract

Resumo Mineral trióxido agregado (MTA) e cimento Portland (CP) são cimentos à base de silicato de cálcio. Eles apresentam propriedades físico-químicas, mecânica e biológicas semelhantes. A adição de óxido de zircônio (ZrO2) ao CP confere radiopacidade. Nanopartículas de prata (NPsAg) podem melhorar propriedades dos cimentos. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da NPsAg nas propriedades físico-químicas, mecânicas e na atividade antibacteriana do MTA branco (WMTA) e CP associado ao ZrO2. Os seguintes materiais foram avaliados: WMTA; CP 70% + ZrO2 30%; ; WMTA + NPsAg; CP 70% + ZrO2 30% + NPsAg. Foram avaliados a radiopacidade, tempo de presa, pH, resistência à compressão e solubilidade. Para análise da radiopacidade foram tiradas radiografias ao lado de uma escala de alumínio (Al). Para avaliar a atividade antibacteriana, foi realizado o teste de contato direto sobre células planctônicas e biofilme de Enterococcus faecalis formado em dentina radicular bovina durante 14 dias. Os períodos experimentais foram 5 e 15 h. Os dados foram obtidos como UFC mL-1 e submetidos aos testes de ANOVA e Tukey (p<0,05). A adição de NPsAg ao WMTA elevou o pH, diminuiu a solubilidade e os tempos de presa inicial e final. A adição de NPsAg ao CP/ZrO2 manteve o pH, diminuiu a solubilidade, aumentou o tempo de presa e a resistência à compressão. A radiopacidade de todos os materiais foi maior do que 4 mmAl. A adição de NPsAg promoveu um aumento da atividade antibacteriana dos cimentos à base de silicato de cálcio e favoreceu as propriedades físico-químicas e mecânicas dos materiais.