Διερεύνηση της περιοχής σύνδεσης υποστρώματος σταθεροποιημένου οξειδίου του ζιρκονίου (Y-TZP) και κεραμικών επικαλύψεων για προσθετικές αποκαταστάσεις

Abstract

Dental ceramic restorations with yttria-stabilized zirconia (Y-TZP) have become an attractive alternative to metal-ceramic restorations due to their superior mechanical properties. A major drawback of these all-ceramic restorations is the delamination of the veneering material from the zirconia core which is attributed to the absence of a strong bond between them. The aim of this Phd thesis was the investigation of the interfacial area between the zirconium ceramic core (3Y-TZP) and the aesthetic vennering material before and after in-vitro aging. Initially, an extensive characterization and mechanical properties investigation was conducted for the cold isostatic pressed partially sintered zirconia ceramics that were used in the study. For the characterization of the materials before and after aging, X-Ray Diffraction Analysis (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy and Raman Spectroscopy were applied. Following, the bond strength of the cores that were surface-treated either with sandblasting or with a SiO2 layer and subsequently layered with the veneering material was evaluated before and after in-vitro aging with the four-point flexural strength test. Subsequently after fracture, XRD, FTIR and SEM were applied in order to investigate the bonding area. Statistical analysis of the results was performed after testing the normality of the data with the Shapiro-Wilk test and the equality of variances with the Levene's test. Accordingly, when normal distribution was observed one-way analysis of variance (One-Way Anova) was used with Bonferroni pairwise comparisons tests, while in case of non-parametric values Kruskal-Wallis analysis was performed and pairwise comparisons were tested with the Mann-Whitney test. The statistical significance level was set to p <0.05. Statistically significant differences were found concerning the flexural strength between the different ceramics before and after in-vitro aging, which were associated with structural defects and pores on the surface and the bulk of the materials that increase the probability of failure even if they show high flexural strength values. The in-vitro aging significantly affected the flexural strength of the ceramic materials, with a slight increase after 5 hours aging and significant reduction after 10 hours. Weibull statistical analysis revealed that although both zirconia ceramics presented similar fractographic and crystallographic properties, the higher flexural strength of one group was associated with a lower m and more voids in their microstructure, suggesting greater scattering of strength values and flaw distribution that are expected to increase failure probability. Both ceramics presented a tm phase transformation, with the m-phase increasing up to 15% after 10h. Regarding the bond strength, no statistically significant differences between the groups were recorded before and after in-vitro aging and the fracture mode was predominantly cohesive. Also, a statistically significant increase in bond strength after in-vitro aging was recorded in all groups. In the majority of the specimens treated with the proposed coating with SiO2, areas of the vennering material remained firmly attached to the zirconia core, demonstrating that this technique can be applied as an alternative method of core processing before the application of the veneer that potentially could reduce delaminations and strengthen the bond between the two ceramic materials.

Οι οδοντιατρικές ολοκεραμικές αποκαταστάσεις με σταθεροποιημένη με υτρία ζιρκονία (Y-TZP) αποκτούν ολοένα και μεγαλύτερο πεδίο εφαρμογής για την αποκατάσταση απολεσθέντων οδοντικών ιστών και την επίλυση αισθητικών προβλημάτων, λόγω των ανώτερων μηχανικών τους ιδιοτήτων. Σοβαρό μειονέκτημα τους είναι η αποκόλληση και η θραύση του υλικού επικάλυψης από τον πυρήνα που αποδίδεται στην αδυναμία επίτευξης ισχυρού δεσμού μεταξύ τους. Σκοπός της προτεινόμενης έρευνας ήταν η διερεύνηση της περιοχής σύνδεσης μεταξύ κεραμικών πυρήνων ζιρκονίου (3Y-TZP) και του αισθητικού υλικού επικάλυψης πριν και μετά από in-vitro γήρανση. Η διερεύνηση της περιοχής σύνδεσης πραγματοποιήθηκε μετά τη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων και τον εκτενή χαρακτηρισμό κεραμικών πυρήνων ζιρκονίας πριν και μετά από in-vitro γήρανση και μέσω της αξιολόγησης της αντοχής του δεσμού κεραμικών πυρήνων ζιρκονίας με επίστρωση με αισθητικό υλικό επικάλυψης μετά από διαφορετικές επιφανειακές κατεργασίες. Οι κατεργασίες αυτές περιελάμβαναν α. αμμοβόληση, β. επίστρωση με στρώμα οξειδίου του πυριτίου (SiO2) του πυρήνα ζιρκονίου. Tα κεραμικά που μελετήθηκαν ανήκουν στην κατηγορία των κεραμικών μερικής πυροσυσσωμάτωσης που παράγονται με την τεχνική ισοστατικής συμπίεσης εν ψυχρώ. Οι μεθοδολογίες ελέγχου των μηχανικών δοκιμασιών ήταν η δοκιμασία αντοχής σε κάμψη τριών σημείων για τους μεμονωμένους πυρήνες και η δοκιμασία αντοχής σε κάμψη τεσσάρων σημείων για τα σύνθετα υλικά πυρήνας-αισθητικό υλικό επικάλυψης, προκειμένου να ελεγχθεί η αντοχή της περιοχής σύνδεσης. Ταυτόχρονα πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός του κάθε υλικού πριν και μετά από κάθε κατεργασία καθώς και μετά τη γήρανση και θραύση προκειμένου να διερευνηθεί εκτενώς η περιοχή σύνδεσης, με τις τεχνικές φασματοσκοπίας υπερύθρου (FTIR), ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM-EDS), φασματοσκοπίας Raman και περιθλασιμετρία ακτίνων Χ (XRD). Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε κατά περίπτωση μετά από έλεγχο προσαρμογής στην κανονική κατανομή (Shapiro-Wilk test) και έλεγχο ισότητας των διασπορών (Levene’s test), είτε με το μοντέλο ανάλυσης διασποράς με έναν παράγοντα (one way anova) και κατά ζεύγη συγκρίσεις με τον έλεγχο Bonferroni, είτε με τον έλεγχο Kruskal-Wallis και κατά ζεύγη συγκρίσεις με τον έλεγχο Mann-Whitney. Η στάθμη στατιστικής σημαντικότητας τέθηκε για p<0.05. Στατιστικά σημαντικές διαφορές διαπιστώθηκαν ως προς την αντοχή στην κάμψη μεταξύ των διαφορετικών κεραμικών πριν και μετά την in-vitro γήρανση, οι οποίες συσχετίστηκαν με δομικές ατέλειες και πόρους στην επιφάνεια και τη μάζα των υλικών που αυξάνουν την πιθανότητα αστοχίας τους ακόμα και αν παρουσιάζουν υψηλές τιμές αντοχής στην κάμψη. Η in-vitro γήρανση επηρέασε σημαντικά την αντοχή των κεραμικών υλικών στην κάμψη, με μικρή αύξηση μετά από 5 ώρες γήρανση και σημαντική μείωση μετά από 10 ώρες. Ως προς την αντοχή του δεσμού δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων που εξετάστηκαν πριν και μετά την in-vitro γήρανση και το μοντέλο θραύσης ήταν στην πλειονότητα των δειγμάτων συνεκτικού τύπου. Επίσης, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση στην αντοχή του δεσμού μετά την in-vitro γήρανση σε όλες τις ομάδες. Στην πλειονότητα των δειγμάτων της ομάδας με την προτεινόμενη επίστρωση με SiO2, τμήματα αισθητικού υλικού επικάλυψης παρέμειναν σταθερά συνδεδεμένα με τον πυρήνα ζιρκονίου, καταδεικνύοντας την τεχνική αυτή ως μια εναλλακτική μέθοδο επεξεργασίας των πυρήνων πριν την τοποθέτηση του αισθητικού υλικού επικάλυψης που δυνητικά μπορεί να περιορίσει τις αποκολλήσεις και να ενισχύσει το δεσμό μεταξύ των δύο κεραμικών υλικών.