Έρευνα μέσω φασματοσκοπίας Raman της σταθερότητας δομής δύο κεραμικών υλικών ζιρκονίας Y-TZP μετά από εργαστηριακές διαδικασίες κατασκευής αποκαταστάσεων και κυκλικής φόρτισης
Authors: Παπαναγιώτου Χαράλαμπος 
Published: September 2021

Εισαγωγή: Οι αυξημένες ανάγκες για πιο αισθητικές αποκαταστάσεις και παράλληλα η εξέλιξη των συστημάτων CAD/CAM για οδοντιατρικές αποκαταστάσεις που μπορούν να ανταπεξέλθουν ακόμα και στις δυνάμεις που αναπτύσσονται στην περιοχή των οπίσθιων δοντιών έχουν οδηγήσει στην ευρεία χρήση κεραμικών ζιρκονίας Y-TZP. Ένα όμως βασικό μειονέκτημα που παρουσιάζει το συγκεκριμένο υλικό είναι αυτό της αστάθειας δομής, του μετασχηματισμού, δηλαδή, της σταθερής και επιθυμητής τετραγωνικής φάσης κρυστάλλων στην μονοκλινή. Αυτή η αλλαγή της δομής μπορεί να παρατηρηθεί σε χαμηλές θερμοκρασίες παρουσία νερού (low-temperature degradation, LTD), σε υψηλές θερμοκρασίες ή ύστερα από εργαστηριακές εργασίες. Η έκταση και η εξέλιξη του μετασχηματισμού συνδέεται άμεσα με την αποτυχία της αποκατάστασης καθώς αν η αλλαγή στην μονοκλινή φάση προχωρήσει σε βάθος και δεν περιοριστεί στην επιφάνεια του κεραμικού, τότε είναι πιθανό εξ’αιτίας της αύξησης του όγκου των κρυστάλλων να δημιουργηθούν καταστροφικές μικρορωγμές.Σκοπός: Σκοπός της ερευνητικής αυτής εργασίας ήταν ο ποσοστιαίος προσδιορισμός του όγκου της μονοκλινούς φάσης (Vm%) κρυστάλλων ζιρκονίας με φασματοσκοπική μικροανάλυση Raman, σε δύο διαφορετικά κεραμικά υλικά Υ-ΤΖΡ, που χρησιμοποιούνται για κατασκευή ολοκεραμικών σκελετών για ακίνητες προσθετικές αποκαταστάσεις.Υλικά και μέθοδοι: Χρησιμοποιήθηκαν δύο κεραμικά υλικά Υ-ΤΖΡ α) ράβδοι ζιρκονίας ZrO2 με Ύττριο Y2O3 (In-Ceram YZ, Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen, Germany) προ-πυροσσυσωματωμένης μορφής για χρήση στη συσκευή Cerec InLab CAD/CAM (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Germany) (ομάδες ΥΖ) και β) ράβδοι ζιρκονίας (Hint-ELs TZP HIP, Hint-ELs GmbH Griesheim, Germany) η επεξεργασία των οποίων γίνεται στην τελική πυροσσυσωματωμένη τους μορφή με το σύστημα Hint-ELs DentaCAD CAD/CAM (Hint-ELs, Griesheim, Germany) (ομάδες Η) για την κατασκευή ολοκεραμικών σκελετών τριών τεμαχίων ακίνητων προσθετικών αποκαταστάσεων. Ο σχεδιασμός των ολοκεραμικών σκελετών περιελάμβανε πάχος υλικού 0,5 mm στην μασητική και στις αξονικές επιφάνειες και διαστάσεις συνδέσμων 3 Χ 3 mm μεταξύ προγόμφιου και γεφυρώματος και 3 Χ 4 mm μεταξύ γομφίου και γεφυρώματος. Το εγγύς-άπω εύρος του γεφυρώματος ήταν 11 mm. Συνολικά κατασκευάστηκαν επτά σκελετοί της εταιρείας InCeram και οκτώ της εταιρείας Hint-ELs. Οι σκελετοί εξετάστηκαν με φασματοσκοπία Raman πριν την όπτηση της πορσελάνης σε τρεις διαφορετικές περιοχές (μασητική O, συνδέσμων C και ορίων M), για τον προσδιορισμό του ποσοστού όγκου μονοκλινής ζιρκονίας (Vm%). Ακολούθησε όπτηση πορσελάνης επικάλυψης στους σκελετούς ζιρκονίας και μέτρηση με εφαρμογή φασματοσκοπίας Raman του Vm%. Στη συνέχεια σε πέντε ολοκεραμικές γέφυρες InCeram ΥΖ και έξι Hint-ELs εφαρμόστηκε μηχανική καταπόνηση σε νερό σε θερμοκρασία σταθερή στους 37 0C με δύναμη καταπόνησης 80 Ν για 2.000.000 κύκλους μάσησης και συχνότητα 2 Hz (120 loads/min). Ένα δοκίμιο από κάθε υλικό τοποθετήθηκε στη δεξαμενή νερού στους 37 0C χωρίς εφαρμογή δυνάμεων. Ακολούθησε δοκιμασία των δοκιμίων της αντοχής τους στην κάμψη με ταχύτητα φόρτισης 0,5 mm/min.Η μικροανάλυση με φασματοσκοπία Raman πραγματοποιήθηκε κάτω από τις εξής συνθήκες: Ar+ laser (λ0=514,5 nm), ένταση στο δείγμα 10 mW, μεγέθυνση 50 X LWD, φράγμα διασποράς 2400 lines/mm, κατά βάθος χωρική ανάλυση του δείγματος 1000 μm και χρόνο συλλογής 120 s ανά σημείο. Συνολικά ερευνήθηκαν στα δύο υλικά ΥΖ και Η για τη μέτρηση του Vm% 20 διαφορετικές ομάδες: πριν την όπτηση πορσελάνης (ομάδες ΥΖ και Η), στη μασητική επιφάνεια (ΥΖΟ, ΗΟ), στην επιφάνεια συνδέσμων (ΥΖC, HC) και στην επιφάνεια ορίων (ΥΖΜ, ΗΜ). Μετά την όπτηση πορσελάνης επικάλυψης στην εξωτερική επιφάνεια (ΥΖΕ, ΗΕ) και στην εσωτερική επιφάνεια (ΥΖΙ, ΗΙ). Στις επιφάνειες θραύσης (ΥΖF, HF), στις πλευρές συμπίεσης (ΥΖFC, HFC), στο μέσο των θραυσμένων επιφανειών (YZFM, HFM) και στις πλευρές εφελκυσμού (YZFT, HFT).Αποτελέσματα και συμπεράσματα: Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής κάτω από τις συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες καταλήγουν στα ακόλουθα συμπεράσματα:1)Το ποσοστό μονοκλινούς ζιρκονίας (Vm%) ολοκεραμικών σκελετών της ομάδας Η (1,90%) παρουσιάστηκε σημαντικά μεγαλύτερο (p˂0,0001) από αυτό που μετρήθηκε στην ομάδα ΥΖ (0,15%).2)Παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές στα ποσοστά μονοκλινούς ζιρκονίας (Vm%) μεταξύ των περιοχών στις περιοχές που εξετάστηκαν (ομάδες C, O M) στις επιφάνειες των δύο τύπων σκελετών (p˂0,05). Στα δοκίμια VITA In-Ceram YZ βρέθηκε σημαντικά υψηλότερη τιμή Vm% στην περιοχή των ορίων (ομάδα ΥΖΜ) (0,28%) συγκριτικά με τις άλλες δύο ομάδες (ΥΖC και ΥΖO), ενώ αντίθετα για τα δοκίμια Hint-ELs το Vm% η περιοχή των ορίων (ομάδα HM) έδωσε σημαντικά χαμηλότερες τιμές (0,99%) συγκριτικά με τις άλλες δύο ομάδες (ΗC και HO). 3)Μετά την όπτηση πορσελάνης επικάλυψης αυξήθηκε το Vm% και στα δύο κεραμικά ζιρκονίας (p˂0,05). Από 0,15% σε 8,94% (ομάδα ΥΖΕ) στα δοκίμια VITA In-Ceram YZ και από 1,90% σε 13,47% (ομάδα ΗΕ) στα δοκίμια Hint-ELs.4)Η εφαρμογή εστιασμένης φασματοσκοπίας Raman κατά βάθος έδειξε ότι το Vm% σε βάθος στα 25 μm δεν ξεπερνά το 2% και στα δύο υλικά Υ-ΤΖΡ.5)Η αντοχή στη κάμψη μετά από μηχανική κόπωση των αποκαταστάσεων Hint-ELs (3851,75 Ν) ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή των αποκαταστάσεων VITA In-Ceram YZ (2720,05 Ν) (p˂0,05). 6)Τα ποσοστά Vm στις επιφάνειες θραύσης ήταν σημαντικά μεγαλύτερα στο κεραμικό Hint-ELs (ομάδα HF) (18,52%) από ότι στο VITA In-Ceram YZ (ομάδα YZF) (4,35%) (p˂0,05).Το ποσοστό της μονοκλινούς ζιρκονίας στην επιφάνεια θραύσης για κάθε ένα υλικό δε διαφοροποιείται ανάμεσα στις τρεις πλευρές (ομάδες YZFC, HFC, YZFM, HFM, YZFT, HFT) (p˃0,05).