Лабораторные процедуры изготовления реставраций из прозрачного диоксида циркония
В число лабораторных этапов изготовления монолитных реставраций из прозрачного диоксида циркония входят выбор подходящей заготовки (блока), виртуальное моделирование реставрации, фрезерование полуспеченного блока, окрашивание, обжиг, окончательная обработка (полировка и глазурование).
Так как выбор заготовок, виртуальное моделирование и фрезерование — это сходные процедуры для любого керамического материала, а окрашивание было описано в нашей предшествующей статье [1], здесь мы остановимся на этапах обжига и окончательной обработки.
Традиционно обжиг реставраций на основе диоксида циркония занимает много времени, поскольку требует медленного нагрева и охлаждения (обычно, скорость подъема температуры составляет 5—10 °C/мин), а также длительной выдержки при конечной температуре. Такой режим позволит получить прочный, но непрозрачный материал. Для того чтобы отвечать требованиям времени и обеспечить возможность изготовления реставрации по технологии CAD/CAM за один прием пациента, были разработаны новые протоколы быстрого и сверхбыстрого спекания материала. Более того, быстрые протоколы обжига препятствуют росту зерен диоксида циркония, что позволяет улучшить прозрачность материала [2].
N. Ersoy и соавт. [3] исследовали влияние режима обжига на размер зерен диоксида циркония и его прочность при изгибе. Из стандартных и высокопрозрачных заготовок In-Coris ZI и In-Coris TZI, Sirona Dental Systems GmbH (Германия) высокоскоростной алмазной пилой Isomet 1000 («Buehler», Иллинойс, США) были выпилены образцы в форме балок (по 60 из каждого материала). Образцы были разбиты на 6 групп в зависимости от температуры обжига (1510—1580 °C), времени выдержки при конечной температуре (10—120 мин) и общего времени обжига (92—10 ч). Размеры зерен образцов оценивали на сканирующем электронном микроскопе, а фазовые переходы — с помощью рентгеновского дифрактометра. Было установлено, что спеченные материалы имеют одинаковую структуру независимо от режима обжига, однако при более высокой температуре и коротком времени спекания прочность материала при изгибе повышалась (от 579,7 до 904,2 МПа) [3].
K. Ebeid и соавт. [4] исследовали влияние режимов обжига на прозрачность и прочность при изгибе прозрачной цирконовой керамики Bruxzir («Glidewell», Германия). Они изготовили фрезерованием 90 дисков диаметром 15 мм и толщиной 1 мм. Диски разделили на группы в зависимости от температуры обжига (1460, 1530 и 1600 °C) и выдержки при конечной температуре (1, 2 и 4 ч). Авторы показали, что режим обжига керамики Bruxzir не влияет на ее прочность и твердость поверхности, но по мере повышения температуры и увеличения времени выдержки при конечной температуре достоверно увеличивается средний размер зерен.
Данные перечисленных авторов противоречивы. В первом случае структура материала не зависела от режима обжига, во втором — размер зерен увеличивался при увеличении температуры и времени выдержки; в первом случае режим обжига влиял на прочность материала, во втором — не влиял. Возможно, это объясняется тем, что авторы испытывали диоксид циркония от разных производителей. Следовательно, режимы обжига, в частности, температуру обжига и выдержку, мы должны подбирать индивидуально для каждого нового материала.
Завершающим этапом изготовления реставраций из прозрачного диоксида циркония является их окончательная обработка (шлифовка, полировка, глазурование). Было установлено, что глазурь (более мягкая, чем диоксид циркония) со временем стирается, становится шероховатой, и это приводит к стиранию антагонистов, поэтому более предпочтительной является полировка [5]. На стоматологическом рынке имеются наборы для окончательной обработки поверхности диоксида циркония в 2—3 этапа, в которые входят инструменты как для шлифовки, так и для полировки до высокого блеска. Рекомендованные скорости вращения полировальных инструментов — от 8000 до 20 000 об/мин, а диапазон предлагаемых паст очень широк [6].
G. Hatanaka и соавт. [7] исследовали окончательную обработку двух видов прозрачной керамики на основе диоксида циркония, PSZ (частично стабилизированный диоксид циркония) и FSZ (полностью стабилизированный диоксид циркония). Образцы разбили на следующие группы: покрытие глазурью без шлифовки; только шлифовка без покрытия глазурью; шлифовка в сочетании с полировкой резиновым колесиком с частицами алмаза; шлифовка в сочетании с полировкой резиновым колесиком с частицами алмаза плюс покрытие глазурью; шлифовка в сочетании с покрытием глазурью. Было установлено следующее: шлифовка, а также шлифовка с последующей полировкой повышает прочность материала PSZ, но не влияет на FSZ; искусственное старение повышает прочность PSZ, но не влияет на прочность FSZ; покрытие глазурью снижает прочность при изгибе обоих материалов; шлифовка с последующей полировкой позволяют получить гладкую поверхность материала без уменьшения его прочности [7]. Тем не менее полировка плотноспеченного диоксида циркония отнимает много времени и влечет за собой быстрый износ полиров и стирание материала полировальными инструментами. R. Pfefferle и соавт. [8] предложили проводить шлифовку и полировку реставраций из прозрачного диоксида циркония в полуспеченном состоянии. Были изготовлены фрезерованием 108 образцов из прозрачного диоксида циркония Ceramill Zolid HT+ (Amann Girrbach, Австрия) диаметром 16 мм, высотой 1±0,05 мм. Образцы разделили на 9 групп по 12 в каждой. В 7 группах образцы отполировали в предварительно спеченном состоянии: 1) фетровым колесиком; 2) фетровым колесиком в сочетании с полировальной пастой; 3) полировальной щеткой с козьим волосом; 4) полировальной щеткой с козьим волосом в сочетании с полировальной пастой; 5) инструментами из специального набора для полирования в неспеченном состоянии; 6) универсальными полирами; 7) мелкозернистой наждачной бумагой. После обжига образцы в каждой группе были разделены на 2 подгруппы (по 6 в каждой), в одной из которых их подвергали тонкой полировке, а в другой — шлифовке и полировке. В группе 8 окончательная обработка образцов была проведена в плотноспеченном состоянии (после обжига). Для выполнения этой процедуры использовали набор для двухэтапной полировки (грубой и тонкой). В группе 9 образцы не полировали. Результаты исследования показали, что полировка прозрачного диоксида циркония в полуспеченном состоянии улучшает оптические и прочностные свойства материала; повышенная шероховатость поверхности в сочетании с использованием полировочных паст ассоциируется с уменьшением прозрачности; двухэтапный протокол полирования снижает шероховатость, позволяет получить нужное качество поверхности; использование двухэтапного протокола полирования позволяет повысить прочность прозрачного диоксида циркония при изгибе [8].
Анализ работ, приведенных в этом разделе, показал, что лабораторные процедуры изготовления монолитных реставраций из прозрачного диоксида циркония, в частности, обжиг и окончательная обработка, тоже оказывают влияние на его прозрачность. В следующем разделе будут рассмотрены все факторы, влияющие на прозрачность.
Факторы, влияющие на прозрачность
На прозрачность могут влиять две группы факторов, а именно относящиеся к материалу и клинические факторы. Сообщается [9] о ряде важных факторов, относящихся к материалу, которые влияют на прозрачность диоксида циркония. В число этих факторов входят технология изготовления заготовок; микроструктура материала; размер зерен; рассеяние света на границах зерен; пористость; примеси и дефекты; режимы обжига; химический состав материала (процентное содержание оксида иттрия, наличие стабилизирующих добавок); процентное соотношение фаз (кубической, тетрагональной, моноклинной); индексы отражения и преломления; двулучепреломление в материале; длина волны падающего света. Все эти факторы были рассмотрены в части 1 обзора, поэтому здесь мы остановимся на клинических факторах.
К клиническим факторам, влияющим на прозрачность цирконового протеза, относятся толщина стенки реставрации, способ обработки поверхности зубного протеза и ее стирание, низкотемпературная деградация [10].
Толщина стенки реставрации. F. Wang и соавт. [11] изучали прозрачность образцов в форме дисков, изготовленных из 8 видов стеклокерамики и 5 видов керамики на основе диоксида циркония повышенной степени прозрачности (Cercon Base, Zenotec Zr Bridge, Lava Standard, Lava Standard FS3, Lava Plus), в зависимости от толщины. Для оценки прозрачности использовали показатель прозрачности (ТР), который впервые внедрен в стоматологическую практику в 1995 г. W. Johnston и соавт. [12] для оценки прозрачности челюстно-лицевых эластомеров. ТР рассчитывается на основании цветовых различий для образцов на черном и белом фоне. F. Wang и соавт. [11] установили, что между показателем прозрачности ТР и толщиной материала существует пропорциональная зависимость, т.е. прозрачность образца увеличивается пропорционально уменьшению его толщины. G. Pekkan и соавт. [10] отметили, что прочность монолитных реставраций из диоксида циркония находится в допустимых пределах при толщине материала в диапазоне от 0,5 до 0,9 мм. Однако уменьшать толщину реставрации с целью повышения ее прозрачности следует очень осторожно, учитывая тип и цвет культи опорного зуба, который также оказывает влияние на окончательный цвет коронки.
Фиксация цементом и цвет цемента. Реставрации из прозрачного диоксида циркония можно фиксировать традиционными цементами (стелоиономерными, фосфатными, поликарбоксилатными) или полимерными цементами [11]. O. Malkondu и соавт. [13] изготовили фрезерованием 60 дисков из прозрачного диоксида циркония (по 30 дисков толщиной 0,6 и 1 мм). На поверхность каждого диска был нанесен обычный стеклоиономерный цемент, либо стеклоиономерный цемент, модифицированный полимером, либо полимерный цемент. Все цементы были изготовлены одним производителем («3M ESPE», США). Для оценки прозрачности и цветовых различий образцов после нанесения цементов использовали спектрофотометр CM-2600d («Konica Minolta Sensing, Inc», Япония). Полимерные цементы и стеклоиономерные цементы, модифицированные полимером, обладали большей прозрачностью, чем обычные стеклоиономерные цементы. При обоих оцениваемых значениях толщины материала стеклоиономерный цемент оказывал наиболее выраженное влияние на показатель прозрачности цирконовых дисков. Исследования показали, что цементы разного типа по-разному влияют на цвет монолитной цирконовой реставрации, особенно в случае тонкого материала. Во избежание неблагоприятного изменения тщательно подобранного цвета коронок или зубных протезов из диоксида циркония следует внимательно выбирать цвет и тип цемента. По оптическим свойствам цементы делят на окрашенные, отбеленные, непрозрачные и прозрачные. Непрозрачные, или опаковые, цементы обладают более светлым цветом, в то время как прозрачные цементы делают окраску реставрации более темной. Если цемент более прозрачный, то решающее значение приобретает эффект фона. Опаковые цементы можно использовать для маскировки цвета металла или темных зубов, зубов с нарушенной окраской. Для компенсации цвета цемента рекомендуют увеличить толщину керамики [14, 15].
Окрашивание монолитной керамики. T. Sulaiman и соавт. [16] сообщили, что окрашивание влияет на оптические свойства диоксида циркония, поскольку вызывает кристаллографические и микроструктурные изменения в материале. Авторы оценивали влияние наружного окрашивания на прозрачность частично и полностью стабилизированного диоксида циркония и пришли к выводу, что прозрачность последнего после окрашивания значительно уменьшается. Авторы объясняют это тем, что более крупные зерна и границы зерен полностью стабилизированного диоксида циркония поглощают большее количество окрашивающей жидкости, а это приводит к снижению прохождения света. В то же время S. Kurtulmus-Yilmaz и M.Ulusoy [17] полагают, что наружное окрашивание не влияет на прозрачность цирконовых реставраций. По мнению G. Alp и соавт. [18], при толщине каркаса 1, 1,5 и 2 мм цирконовые реставрации, окрашенные снаружи, обладают значительно большей прозрачностью, чем предварительно окрашенные пропиткой красителем. G. Pekkan и соавт. [10] полагают, что, для того чтобы получить оптимальную прозрачность, в клинической практике технику окрашивания (наружное окрашивание или окрашивание погружением) следует подбирать в зависимости от конкретного типа стоматологической керамики на основе диоксида циркония.
Низкотемпературная деградация (НТД). Это спонтанный фазовый переход из тетрагональной модификации диоксида циркония в моноклинную, возникающий со временем при низкой температуре в присутствии влаги [19]. НТД сопровождается увеличением объема зерен, что вызывает увеличение шероховатости поверхности и появление микротрещин. Эти микротрещины действуют так же, как поры и дефекты, т.е. усиливают рассеяние падающего света, что приводит к снижению прозрачности материала [20] E. Camposilvan и соавт. [21] изучали три новых прозрачных материала на основе диоксида циркония и сравнивали их со стандартным 3Y-TZP. Они подвергали эти материалы искусственному старению в течение 54 ч в автоклаве при температуре 134 °C и давлении пара 2 бар (ранее J. Chevalier и соавт. [22] сообщили, что 1 ч искусственного старения диоксида циркония при температуре 134 °C и давлении пара 2 бар приблизительно соответствует 2—4 годам клинической службы материала во рту пациента при температуре 37 °C и установили, что прозрачная цирконовая керамика с частичным содержанием кубической модификации диоксида циркония не подвержена низкотемпературной деградации, однако прочность прозрачных материалов ниже, чем у стандартного 3Y-TZP. Более того, свойства прозрачного диоксида циркония от разных производителей также могут существенно различаться в зависимости от используемых ими сырьевых материалов и технологических подходов.
Свойства прозрачного диоксида циркония
Физико-механические свойства. Увеличение количества стабилизирующей добавки с 3 мол. % (3Y-TZP) до 4 мол. % (4Y-TZP) и до 5 мол. % (5Y-TZP) привело к увеличению количества кубической модификации и позволило снизить двойное лучепреломление, за счет чего значительно повысилась прозрачность диоксида циркония. Однако при этом существенно уменьшились прочность и трещиностойкость материала, поскольку кубический диоксид циркония не подвержен трансформационному упрочнению [23]. Введение в качестве стабилизирующих добавок 0,2 мол. % La2O3 повышает прозрачность материала и его устойчивость к старению, но снижает его прочность [23], а введение оксида алюминия повышает прочность материала, но одновременно снижает его прозрачность [24].
В таблице представлены прочность при изгибе и трещиностойкость стандартной керамики (3Y-TZP) и более прозрачных ее вариантов (4Y-PSZ, 5Y-PSZ).
Таблица. Физико-механические свойства керамики на основе диоксида циркония — стандартной (3Y-TZP) и более прозрачной (4Y-PSZ, 5Y-PSZ) [23]
| Наименование материала | Производитель | Состав | Содержание кубической фазы диоксида циркония, % | Прочность при изгибе, МПа | Трещино стойкость, МПа⋅м1/2 |
| Lava Frame | 3M ESPE | 3Y-TZP | <15 | 1200—1500 | 3,5—4,5 |
| Prettau Zirconia | Zirconzhan | 3Y-TZP | <15 | 1200—1400 | 3,5—4,5 |
| KaVo Everest ZH | KaVo Dental | 3Y-TZP | <15 | 1200—1400 | 3,5—4,5 |
| Vita YZ T | Vita Zahnfabrik | 3Y-TZP | <15 | 1100—1300 | 3,5—4,5 |
| Zenostar MO | Wieland Dental | 3Y-TZP | <15 | 1000—1300 | 3,5—4,5 |
| Lava Plus | 3M ESPE | 3Y-TZP | <15 | 1100—1300 | 3,5—4,5 |
| Cercon ht | Dentsply Sirona | 3Y-TZP | <15 | 1100—1300 | 3,5—4,5 |
| Vita YZ HT | Vita Zahnfabrik | 3Y-TZP | <15 | 1100—1200 | 3,5—4,5 |
| Bruxir Full-Strength | Glidewell | 3Y-TZP | <15 | 1100—1200 | 3,5—4,5 |
| Zpex | Tosoh | 3Y-TZP | <15 | 900—1100 | 3,5—4,5 |
| Zenostar T | Wieland Dental | 3Y-TZP | <15 | 900—1100 | 3,5—4,5 |
| Luxisse Dental | Heany | 3Y-TZP | <15 | 900—1100 | 3,5—4,5 |
| Katana HT/ML | Kuraray Noritake | 3Y-TZP | <15 | 900—1100 | 3,5—4,5 |
| inCoris TZI | Dentsply Sirona | 3Y-TZP | <15 | 900—1100 | 3,5—4,5 |
| Zpex 4 | Tosoh | 4Y-PSZ** | >25 | 800—1000 | 2,5—3,5 |
| ZirCAD MT | Ivoclar Vivadent | 4Y-PSZ | >25 | 800—900 | 2,5—3,5 |
| Zenostar MT | Wieland Dental | 4Y-PSZ | >25 | 600—800 | 2,5—3,5 |
| Katana ST/STML | Kuraray Noritake | 4Y-PSZ | >25 | 600—800 | 2,5—3,5 |
| Lava Esthetic | 3M ESPE | 5Y-PSZ | >50 | 700—900 | 2,2—2,7 |
| Cercon xt | Dentsply Sirona | 5Y-PSZ | >50 | 700—800 | 2,2—2,7 |
| DD cube X2 | Dental DirektM | 5Y-PSZ | >50 | 500—800 | 2,2—2,7 |
| BruxZir Anterior | Glidewell | 5Y-PSZ | >50 | 600—700 | 2,2—2,7 |
| Prettau Zirconia | Zirconzhan | 5Y-PSZ | >50 | 600—700 | 2,2—2,7 |
| Katana UT/UTML | Kuraray Noritake | 5Y-PSZ | >50 | 500—600 | 2,2—2,7 |
| Zpex Smile | Tosoh | 5Y-PSZ | >50 | 400—500 | 2,2—2,7 |
| Luxisse + | Heany | 5Y-PSZ | >50 | 400—500 | 2,2—2,7 |
Примечание. TZP — тетрагональный диоксид циркония частично стабилизированный (Tetragonal Zirconia Partially Stabilized); PSZ — частично стабилизированный диоксид циркония (Partially Stabilized Zirconia).
S. Kuroda и соавт. [25] сравнили прочность при изгибе, трещиностойкость и микротвердость образцов из прозрачного диоксида циркония до и после окрашивания разными красителями. Окрашивание рассматриваемыми красителями не влияло на прочность при изгибе и трещиностойкость материала. Однако в случае микротвердости картина была иная. Микротвердость по Виккерсу контрольного неокрашенного образца из прозрачного диоксида циркония составила 1350 HV. После окрашивания образцов красителями и последующего спекания микротвердость прозрачного диоксида циркония снижалась в пределах от 0,3 до 5,7%.
Оптические свойства. Основными оптическими свойствами материала являются его цвет, опалесценция, флуоресценция и прозрачность. На оптические свойства прозрачного диоксида циркония влияют размеры зерен, наличие пор и фазовый состав материала. В работе [26] подробно рассмотрено влияние внутренних и внешних факторов на оптические свойства прозрачного диоксида циркония). Для оценки опалесцентных свойств прозрачного диоксида циркония рассчитывали опалесценцию (OP) по формуле: OP=[(CIEaT*–CIEaR*)2+(CIEbT*–CIEbR*)2], где T — цвет в проходящем свете, а R — в отраженном свете на черном фоне. Как уже упоминалось ранее, глазурование реставрации приводит к снижению опалесценции материала.
В 2018 г. были исследованы два новых материала на основе кубического диоксида циркония, Katana STML и Katana UTML («Kuraray Noritake Dental Inc, Япония) [27], сравнивая прозрачность этих материалов с дисиликатом лития IPS e.max CAD LT («Ivoclar Vivadent AG», Лихтенштейн). Для исследования были изготовлены коронки моляров по технологии CAD/CAM. Прозрачность оценивали с помощью цифрового фоторадиометра HD 9221/S3 («Delta Ohm Srl», Италия). Прозрачность материалов Katana STML и Katana UTML оказалась выше, чем у IPS e.max CAD LT. Прозрачность диоксида циркония была достигнута за счет полного избавления от тетрагональной фазы.
Химические свойства. К химическим свойствам относятся изменение окраски материала, его эрозия и химическая растворимость. Изучены химические свойства прозрачного диоксида циркония и проведено сравнение его с другими материалами для изготовления реставраций по технологии CAD/САМ. Отмечено, что стеклокерамические материалы для CAD/CAM поддаются взаимодействию с молочной кислотой при температуре 60 °C, с раствором KOH при температуре 60 °C и с изотоническим раствором натрия хлорида при температуре 90 °C, в то время как диоксид циркония с этими растворами не взаимодействует. Гибридные полимеры подвержены дисколорации в красном вине и родамине B при температуре 37 °C, в то время как прозрачный диоксид циркония не меняет свою окраску. Сделано заключение о том, что высокопрозрачный диоксид циркония обладает наиболее высокой химической стабильностью из всех материалов для изготовления реставраций по технологии CAD/CAM [28].
Показания к применению
Прозрачный диоксид циркония является относительно новым материалом, поэтому данных о его клинической службе в отдаленные сроки лечения пока нет. В каталоге компании «Pritidenta» указано, что высокопрозрачный кубический диоксид циркония подходит для изготовления монолитных зубных протезов протяженностью до трех единиц. В инструкции к прозрачному диоксиду циркония Katana STML и Katana UTML содержится информация о том, что эти материалы применимы для изготовления виниров, вкладок/накладок, коронок передних зубов, мостовидных протезов протяженностью до 3 единиц, и мостовидных протезов большей протяженности. Прозрачный диоксид циркония Cercon xt показан для изготовления коронок и мостовидных протезов из 3 единиц, устанавливаемых в передние и жевательные области зубного ряда; Cercon ht — для изготовления коронок, первичных телескопических коронок, мостовидных протезов протяженностью не более 6 единиц (не более двух промежуточных единиц между опорными коронками). Прозрачный диоксид циркония VITA YZ HT предназначен для изготовления одиночных коронок и реставраций полной анатомии, устанавливаемых в передние и жевательные области зубного ряда. Противопоказаниями являются более двух промежуточных единиц между опорными коронками, парафункциональные привычки, в частности скрежетание зубами и стискивание зубов, невыполнение процедур гигиенического ухода за полостью рта, недостаточное количество твердой ткани опорных зубов [29—32]. На основании изложенного можно предположить, что не существует единых показаний к применению прозрачного диоксида циркония, показания различаются в зависимости от типа прозрачного диоксида циркония и фирмы-производителя материала. Клиническая служба прозрачного диоксида циркония в отдаленные сроки лечения остается невыясненной, и ряд авторов подчеркивают необходимость дальнейших клинических исследований реставраций из прозрачного диоксида циркония.
Заключение
Анализ публикаций, посвященных прозрачному диоксиду циркония, показал следующее.
1. Прозрачный диоксид циркония, выпускаемый разными производителями, различается своими оптическими, физико-механическими свойствами, склонностью к низкотемпературной деградации и показаниями к применению.
2. С повышением прозрачности прочность и трещиностойкость материала снижаются.
3. На прозрачность материала влияют две группы факторов: факторы, связанные с материалом, и клинические факторы.
4. Для точного определения показаний к применению прозрачного диоксида циркония необходимы дальнейшие клинические исследования.
5. Прозрачный диоксид циркония сочетает в себе хорошую прочность с улучшенной эстетикой, достигаемой за счет повышенной прозрачности материала, и его применение в клинической практике будет расширяться.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.