Dlaczego cyrkon rządzi? Poznaj kamień filozoficzny cyfrowej stomatologii

Cyrkon to jeden z najpopularniejszych materiałów protetycznych stosowanych w projektowaniu CAD/CAM. Jakie ma zalety? Jakie ma wady? Kiedy go stosować? Zapraszam do pierwszej części encyklopedii materiałów stosowanych w  stomatologii cyfrowej.

Co to jest cyrkon?

Cyrkon otworzył nowe możliwości zaspokojenia potrzeb dotyczących estetyki, zgodności biologicznej oraz trwałości materiałów stosowanych do odtwarzania tkanek twardych. Jest to stal ceramiczna. Czysty cyrkon jako pierwiastek należy do grupy metali (tytanowców), jako dwutlenek ma postać polikrystaliczną. Cyrkon składa się w 95% z tlenku cyrkonu, resztę jego składu stanowią tlenek itru, hafnu, glinu i inne. W temperaturze pokojowej jest ciałem stałym barwy srebrzystobiałej.

Cyrkon znalazł zastosowanie w stomatologii estetycznej jako materiał na m.in:

• wkłady koronowo-korzeniowe,
• korony cyrkonowe i mosty,
• łączniki indywidualne i prace na implantach,
• belki zespalające.

Najważniejsze zalety cyrkonu:

• biokompatybilność,
• niewielka skłonność do odkładania płytki bakteryjnej,
• odporność na siły żucia,
• doskonałe właściwości fizyczne, takie jak wytrzymałość na zginanie i odporność na starzenie hydrotermalne.

Zalety cyrkonu jako materiału do uzupełnień protetycznych

Stosowanie technologii CAD/CAM w połączeniu z materiałem na bazie ZrO₂ oferuje interesujące możliwości wykonywania estetycznych uzupełnień, także przy trudnych warunkach w jamie ustnej. Tlenek cyrkonu nowej generacji, o wysokim stopniu przezierności, można zastosować w licznych wskazaniach, gdyż nadaje się on do wykonania koron cyrkonowych pełnoanatomicznych, licowanych całkowicie lub częściowo, gdzie możliwa jest preparacja oszczędzająca tkankę zęba. Także pod względem doboru koloru materiał ten okazuje się być bardzo elastyczny.

Tlenek cyrkonu już sprawdził się w wielu ekstremalnych zastosowaniach. Służy jako materiał na główki sztucznych stawów biodrowych, powłoki termiczne w wahadłowcach czy tarcze hamulcowe w autach sportowych.

Właściwości tlenku cyrkonu w stomatologii cyfrowej

1. Wysoka odporność na zgniatanie

W module Younga (określa elastyczność/sztywność) cyrkon ma wartość 200GPa – zbliżony do stali.

2. Wysoka odporność na pękanie

2000N. Bardzo wysoki współczynnik intensywności naprężeń – określa odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć i oznacza ilość energii potrzebnej do inicjacji złamania próbki materiału (tzw. kruche pękanie).

3. Drobnoziarnista struktura

Kryształy tlenku cyrkonu tworzą drobne ziarna wielkości 0,2-0,5 mikronów. Cyrkon posiada bardzo niski współczynnik porowatości – ma bardzo jednorodną strukturę. Mała porowatość w formie tetragonalnej oznacza również, iż jest on materiałem nienasiąkliwym. Wysoka gęstość (ok. 6g/cm3 po synteryzacji) i brak porowatości powierzchni przekłada się na zmniejszone ryzyko pęknięcia lub złamania.

4. Biokompatybilność i biozgodność

Można go stosować w uzupełnieniach sąsiadujących ze złotem, stalą oraz porcelaną prasowaną. Nie wywołuje reakcji alergicznej. Dodatkowo pacjenci są bezpiecznie diagnozowani w badaniach z użyciem rezonansu magnetycznego

5. Niewielka skłonność do odkładania płytki bakteryjnej

6. Dobry izolator

Brak przewodnictwa cieplnego to również brak efektu nadwrażliwości zębów!

7. Niska masa własna

Cyrkon to lekki materiał w porównaniu do metali szlachetnych.

8. Fenomen transformacji wzmacniającej

Jeżeli na dane uzupełnienie zadziała zewnętrzna siła o wartości porównywalnej do siły wywołującej złamanie, cyrkon przechodzi fazę transformacji do monocyklicznej struktury kryształu (4% większa objętość od formy tetragonalnej). Następuje wtedy zatrzymanie złamania.

9. Brak oddziaływania z innymi tworzywami dentystycznymi

10. Wysoka twardość

Twardość cyrkonu wynosi ok. 1250 Hv w skali Vickers. Dla porównania, wartość dla złota to 200-260, dla stopów nieszlachetnych 300-350, a dla tradycyjnej porcelany 380.

11. Materiał polimorficzny

Ogólnie cyrkon ma 3 odmiany: jednoskośną (monokliniczną, monocykliczną), tetragonalną, kubiczną (cylindryczną, regularną). W stomatologii znajduje zastosowanie postać tetragonalna, która nie zawiera dodatku fazy szklistej. W temperaturze pokojowej występuje w postaci monoklinicznej. Cyrkon ogrzewany do temperatury powyżej 1170 stopni C przekształca się w formę tetragonalną, a pozwyżej 2370 stopni C w kubiczną.

12. Ogniotrwałość

Temperatura topnienia cyrkonu wynosi 2700 stopni C.

13. Względna odporność na korozję

Łatwo pokrywa się powierzchnią ochronną warstwą tlenków, które zapobiegają dalszemu utlenianiu. Brak efektu zasinienia dziąsła.

14. Mała zdolność do pochłaniania promieniowania jonizującego

Cyrkon w postępowaniu klinicznym – o tym pamiętaj!

• Technologia opracowania wymaga stopnia typu round shoulder lub chamfer z poprawnie wypreparowanymi redukcjami powierzchni tkanek i strefy dodziąsłowej. Powinien być również zaokrąglony kąt o szerokości min. 1 mm, oczywiście stopień powinien być o,5 mm poniżej brzegu dziąsła lub dodziąsłowo. Przejścia pomiędzy ścianami osiowymi a wargowo-podniebiennymi oraz brzeg sieczny powinny być zaokrąglone.
• Pamiętaj o zwiększającym wytrzymałość, skośnym zeszlifowaniu guzków funkcyjnych i zbieżności ścian ok. 3–7 stopni dla retencji.
• Redukcja ścian radialnych przy zębach bocznych powinna wynosić ok. 0,5 mm. Jeśli chodzi o powierzchnie żujące ok. 1,5–2 mm, zaś brzeg sieczny 2 mm.
• Wysokość filaru powinna być nie mniejsza niż 3 mm.
• Dla zębów bocznych nie stosuj więcej niż 2 przęsła pomiędzy zębami-łącznikami.

Cyrkon w postępowaniu laboratoryjnym – o tym pamiętaj!

Tlenek cyrkonu przechowuj w temperaturze 5–50 stopni C.

1. CAD (projektowanie cyrkonu)

• Grubość ścian – punktowo może wynosić 0,2–0,3 mm. Jednak grubość ścian osiowych i żujących nie powinna być mniejsza niż 0,4 mm. Grubość korony w moście może wynosić 0,6–0,8 mm.
• Miejsce na porcelanę – aby kolor uzupełnienia wyglądał tak, jak tego oczekujesz, powierzchnie żujące powinny mieć 1,5 mm miejsca na porcelanę, powierzchnie przedsionkowe 1,2 mm, natomiast brzeg sieczny 2 mm.
• Powierzchnia łączenia w mostach/connectory – powierzchnia łączenia nie powinna być mniejsza niż 9 mm². Kształt przekroju łączenia w mostach protetycznych powinien być bardziej eliptyczny, wydłużony w rozmiarze dośluzówkowo-żującym. Powierzchnia łączenia przy zębach przednich powinna wynosić 7,5 mm², natomiast przy zębach bocznych nie mniej 16 mm².
• Przęsła – wysokość przęsła powinna mieć więcej niż 4 mm. Długość przęsła nie powinna przekraczać ok. 40 mm. Dla zębów bocznych nie stosuj więcej niż 2 przęsła w moście.
• W przypadku mostów protetycznych czteropunktowych należy zwiększyć grubość podbudowy do 0,6–0,7 mm na powierzchniach okluzyjnych i powierzchniach skierowanych w stronę luki.

2. CAM (frezowanie cyrkonu)

Cyrkon może być frezowany zarówno na mokro (w bloczkach), jak i na sucho (w dysku).

Obróbka wstępna – green body 

Green body to obróbka cyrkonu przed synteryzacją. Zadbaj, by stanowisko było czyste, bez drobinek metalu, a na pewno bez frezów, które miały styczność z obróbką metalu, ponieważ tlenki metali mogłyby się osadzić na miękkim cyrkonie i następnie podczas kolejnego procesu osadzać się na grzałce pieca do synteryzacji, powodując jej zanieczyszczenie i uszkodzenie. Dodatkowym niepożądanym skutkiem ubocznym może być zmiana zabarwienia cyrkonu.

Wypalanie oczyszczające

Po obróbce wstępnej tlenek cyrkonu możemy oczyścić. Napalanie oczyszczające odbywa się na wacie żaroodpornej – bezpróżniowo w piecu w temperaturze 700°C.

Zabarwianie cyrkonu

Pamiętaj, by używać tylko plastikowej pęsety i bardzo dokładnie wysuszyć cyrkon po barwieniu.

Synteryzacja

Synteryzacja to spiekanie w temperaturze 1450–1700°C. W tym procesie następuje zagęszczenie sieci krystalicznej struktury cyrkonu. Pamiętaj, że cyrkon pomniejsza się o 20–25%.

Obróbka po synteryzacji

Po synteryzacji używaj wyłącznie narzędzi diamentowych z chłodzeniem wodnym, aby zapobiec punktowemu przegrzaniu, które może doprowadzić do powstania pęknięć. Jeśli jest to możliwe, używaj narzędzi o rozmiarze ziarna większym niż 100 mikronów. Narzędzia o ziarnie mniejszym niż 100 mikronów powinny być stosowane do ostrożnego wykańczania granicy preparacji lub wykańczania powierzchni. Unikaj szlifowania połączeń zębów, bez ostrych krawędzi.

Mechaniczna obróbka lub piaskowanie może powodować dopływ energii nadkrytycznej. Wtedy monocykliczny ZrO₂ posiada w porównaniu do tetragonalnego ZrO₂ niższy WRC.

3. Charakteryzacja cyrkonu

Wypalanie regeneracyjne

Po obróbce powinno nastąpić wypalanie regeneracyjne – w piecu o temperaturze 1050-1150°C przez 15 minut, bezpróżniowo.

Odstresowanie cyrkonu

Odstresowanie to napalenie cienkiej warstwy bazowej w temperaturze wyższej od zalecanej dentyny o około 60°C – utrwala powierzchnię i pozwala uniknąć uciekania ceramiki od szyjki w wyniku skurczu, tworząc dobrze spieczoną z podbudową podstawę.

Licowanie cyrkonu

Niskie przewodnictwo ciepła w obu materiałach (Zr i ceramika licująca) może doprowadzić do naprężeń resztkowych. Termicznym naprężeniom resztkowym spotykanym najczęściej w dużych mostach można przeciwdziałać za pomocą wolnego chłodzenia w ostatnim napalaniu ceramiki, które programuje się poniżej temperatury transformacji ceramiki.

Dalsze postępowanie kliniczne – cementowanie cyrkonu

Uzupełnienia na bazie tlenku cyrkonu możemy osadzać na:

• cement na bazie fosforanu cynkowego,
• cementy glassjonomerowe,
• cementy kompozytowe.

Przed osadzeniem wykonanego uzupełnienia filar należy oczyścić przy pomocy pasty pumeksowej i szczoteczki. Następnie dokładnie spłukać, delikatnie osuszyć. Nie należy przemywać filaru roztworem H2O2.

Cement fosforanowy – dobrej jakości połączenie, cementy szkłojonomerowe modyfikowane żywicą – gdy gorsza retencja.

Badania wykazują, że tego typu prace cementowane metodami adhezyjnymi wykazują mniejszą siłę wiązania z kompozytem niż konstrukcje na podbudowie z ceramiki szklanej. Zastosowanie cementów kompozytowych do osadzania konstrukcji wydaje się klinicznie uzasadnione, bo poprawia to szczelność brzeżną i zabezpiecza tkanki zęba przed przeciekiem brzeżnym. Najlepszy materiał w tej sytuacji to cementy o podwójnym mechanizmie polimeryzacji z odpowiednim lakierem służącym do powlekania cyrkonu przed zastosowaniem cementu adhezyjnego.

Należy pamiętać, że tlenek Zr obojętny chemicznie na większość składników w systemach wiążących, reaguje z monomerami fosforanowymi (związek MDP) – charakter wiązania kowalencyjnego (Primery – Clearfill Ceramic Primer, Monobond Plus, AZ-Primer).

Porażki cyrkonu

Słabą stroną cyrkonu jest podatność na „starzenie” (LTD Low Temperature Degradation). Polega to na spontanicznej przemianie gazowej postaci tetragonalnej w monocykliczną w warunkach podwyższonej wilgotności w temperaturze poniżej 400°C. Towarzyszy temu wzrost objętości o 3% i powstawanie mikropęknięć. W przypadku pojedynczych koron miejscem najbardziej podatnym na złamanie jest wewnętrzna część korony. W przypadku kilkuczłonowych mostów jest to łącznik pomiędzy filarem a przęsłem.

Szukasz więcej informacji o materiałach stosowanych w stomatologii CAD/CAM? Przeczytaj wpis o pełnej ceramice. Wkrótce pojawią się opracowania również innych tworzyw. Stay in touch!