هر آنچه باید از زیرکونیا بدانیم

در دندانپزشکی هر روزه با موارد چالش برانگیز جدیدی رو به رو می شویم. بسیاری از بیماران درخواست لبخندی زیبا و جدید را دارند. بعنوان یک پزشک اولین اولویت ما باید تامین عملکرد مناسب بیمار و در مرحله بعد ایجاد ظاهری زیبا و کامل باشد. براین اساس٬ این سوال ایجاد می شود که کدام ماده برای چه کاری مناسب است؟

• سرامیک ها: بخش مهمی از علوم بیومتریال های دندانپزشکی را تشکیل می دهند.
• زیرکونیا: یکی از این مواد سرامیکی است که در دندانپزشکی امروزه نقش ویژه ای دارد.

زیرکونیا چیست:

• اکسید زیرکونیوم(ZrO2) یا زیرکونیا٬ اکسید فلزی است که از واکنش حرارتی زیرکونیوم٬ توسط شیمیدان آلمانی Martin Heinrich Klaproth  درسال 1789 حاصل شد.
• نامگذاری این محصول از دو واژه (زر) و(گون) به معنای ( به رنگ طلا ) آمده است.
• زیرکونیا از مینرال طبیعی بنام  بادلیت تامین میشود ک بادلیت اولین بار پر سال 1892 در سریلاتکا کشف شد  این ماده معدنی حاوی 80تا90 درصد زیرکونیا است و ناخالصی های اصلی معمولا SiO2 – TiO2 – Fe2O3 هستند.
• زیرکونیا با زیرکونیوم(zr) که به شکل سیلیکاتی (ZrSiO4)  یافت میشود متفاوت است زیرا زیرکونیوم فلز درخشنده و خاکستری رنگ است.

تاریخچه زیرکونیا در پزشکی:

• استفاده بعنوان بیومتریال از دهه 1970
• کاربرد گسترده بعنوان پروتز های لگن خاصره
• استفاده در دندانپزشکی از سال 2004

انتقال فاز در زیرکونیا :

• سه فاز کریستالی متفاوت: منوکلینیک در دمای اتاق٬ تتراگونال در 1200 درجه سانتیگراد٬ کیوبیک در2370 درجه سانتی گراد.
• حجم زیرکونیا در فاز منوکلینیگ 4/4 درصد بیشتر از فاز تتراگونال است.
• این تغییر فاز با تنش های بسیار زیاد همراه است که باعث ایجاد ترک در زیرکونیا حین سرد شدن پس از زینتر می شود.
• اگر زیرکونیا با برخی از اکسید های دیگر ترکیب شود٬ فاز تتراکونال و یا کیوبیک پایدار میشوند.
• این پایدار کننده ها شامل اکسید منیزیم٬ اکسید ایتریا٬ اکسید کلسیم و اکسید سریم هستند.
• افزودن مقادیر کم ایتریا باعث بهبود خواص مکانیکی ٬ حرارتی و الکتریکی میشود.

Zirconia= Ceramic steel

• زیرکونیا٬ شباهت های بسیاری با سیستم های بر پایه آهن( فولاد زنگ نزن) دارد. بعنوان مثال:

1. 3 آلوتروپ مختلف
2. تغییر فاز مارتنزیتی
3. فازهای نیمه پایدار

این سرامیک بعنوان فولاد سرامیکی شناخته شده است.

استفاده از زیرکونیا در دندانپزشکی:

1. Crowns bridges
2. Inlays and onlays
3. Veneers
4. Endodontic post and cores
5. Fillers in dental composite
6. Implants
7. Implant abutments
8. Orthodontic brackets
9. Pedodontic crowns

ایمپلنت های زیرکونیایی شخصی سازی شده CAD/CAM implants:

جراحان اتریشی سیستم ایمپلنت های شخصی سازی شده بوسیله کدکم را جهت درمان های یک مرحله ای طراحی کردند.بطور خلاصه٬ پس از کشیدن دندان٬ اسکن انجام شده و نمونه زیرکونیا ساخته میشود.

بلوک های زیرکونیای CAD/CAM:

• ماشینکاری سخت: راهکار دیگر استفاده از بلاک کاملا چگال است. ولی این راهکار نیاز به دوساعت تراشکاری برای هر واحد دارد درحالی که تراش بلاک های متخلخل  فقط 30-45 دقیقه برای بریج سه واحدی نیاز دارد.
• ماشینکاری نرم: این گروه اغلب از یک بلاک متخلخل ساخته شده اند که در اندازه بزرگتر( حدود ۲۵ درصد) تراش داده شده و زینتر مشوند تا به دانسیته مناسب برسند.

دمای زینتر زیرکونیا:

• بلوک های زیرکونیای موجود برای ماشین کاری نرم٬ نیاز به فرایند زینتر در دمای 1550-1350 درجه سانتی گراد دارند.
• میکروساختار 3Y-TZP برای کربرد های دندانپزشکی دارای دانه های هم محور با اندازه 0/5-0/2 میکرون هستند که به دمای زینتر بستگی دارد.

عملکرد٬ زیبایی٬ سازگاری:

• حصول هر دو عملکرد و زیبایی باهم چندان ساد نیست. هر بیمار شرایط خاص خود را دارد برای مثال : بیمار با براکزیسم حاد٬ برخی از مواد٬ با وجود زیبایی عالی٬ استحکام لازم را نداشته و نمیتواند مورد استفاده قرار بگیرد.
• انتخاب و ترکیب مواد دندانی فقط عملکرد و زیبایی را تعیین نمی کند و بیمار باید احساس راحتی نیز داشته باشد. بنابراین تکنسین و دندانپزشک با مسیولیت بالایی در زمینه های مختلف مواجه هستند.

ماده مناسب را احساسی و براساس باورها قلبی انتخاب نکنید:

• علم مواد موضوعی پیچیده است و انتخاب ماده مناسب بین انبوهی از تولیدکننده ها و شرکت ها٬ فرآیندی وقت گیر و نیازمند حوصله است. با این حال انتخاب ماده مناسب  حایز اهمیت است این انتخاب نباید براساس ( احساسات) باشند موفقیت هر ریستوریشن به ماده انتخاب شده بستگی دارد.
• انتخاب مناسب ترین ماده همیشه به موقعیت بستگی دارد. مواد رستوریشن های تمام سرامیک٬ بعلت زیبایی و خواص بهتر٬ با ریستوریشن های سنتی فلز-سرامیک در حال جایگزینی هستند. در این موارد اکسید زیرکونیوم٬ لیتیم دی سیلیکات و گلس سرامیک ها نقش مهمی را در گروه مواد تمام سرامیک بازی می کنند.
• اکسید زیرکونیوم بعلت ظاهر و استحکام مکانیکی آن مورد توجه قرار گرفته است. این ماده دارای استحکام بالا٬ رنگ های دندان و زیست سازگاری مناسب و امکان پودر گذاری با سرامیک هاست بعلاوه استحکام بالا٬ شرایط استفاده در اندیکاسیون های مختلف را فراهم می کند.
• لیتیم دی سیلیکات / گلس سرامیک ها امکان استفاده در اندیکاسیون های مختلف را با زیبایی بالا فراهم می کند. از این رو برای ریستوریشن های قدامی با زیبایی بالا  و نیز تامین خواص مکانیکی مناسب گزینه ای عالی هستند.
• هر دو ماده می توانند توسط سرامیک های مختلف٬ پس از کات بک٬ بیلدآپ شوند و زیبایی فوق العاده فراهم آورند. این دوسیستم درواقع رقبای یکدیگر محسوب می شوند. در زمان انتخاب ماده مناسب٬ تصمیم گیری چندان ساده نیست و با انتخاب های گسترده و غیرقابل تصوری رو به رو خواهید شد.

کدام سیستم منجر به موفقیت می شود:

• یک سیستم تمام سرامیک٬ امکان ارایه رستوریشن دلخواه بیمار را فراهم می کند. صرف نظر از تکنیک تولیدکننده ها یا روشی که شما انتخاب می کنید. این مواد راهکاری برای تقریبا همه اندیکاسیون ها هستند بعلاوه خواص زیبایی نیز در این موارد به بهترین شکل فراهم می شود.

استحکام خمشی و دلیل اهمیت آن:

• استحکام خمشی می تواند میزان پایداری ماده را در مقابل نیروهای فشاری و کششی تعریف کند. اما سیستم های اندازه گیری متفاوت هستند از دیدگاه علمی ٬ استحکام خمشی در مورد میزان مقاومت ماده در مقابل تغییرشکل بحث می کند٬ بعبارتی تعیین میکند که چه مقدار نیرو لازم است تا یک نمونه استاندارد با قطر مشخص دچار شکست شود. به محض افزایش نیرو به بیش از این مقدار٬ نمونه می شکند.هرچه این عدد بزرگتر باشد ٬ ماده در مقابل نیروهای بیشتری مقاومت میکند. با این وجود٬ عدد استحکام خمشی به شدت وابسته به متد اندازه گیری و آماده سازی سطوح (مثلا نموه پولیش شده یا خام) است. از این رو مقایسه مواد مختلف مستلزم دقت بالایی است و لازمه مقایسه استفاده از روش یکسان برای همه مواد است.

مزیت اصلی استحکام خمشی بالا:

1. ریستوریشن های لانگ اسپن: استحکام خمشی بالا برای رستوریشن های تحت استرس یک لازم است. در نتیجه استحکام خمشی می تواند یک راهنما برای انتخاب مواد در کاربردهاب مختلف باشد:

• هر چه استحکام خمشی بالاتر باشد تعداد واحد های بیشتری در یک رستوریشن می توان لحاظ نمود.
• به عبارت دیگر٬ هرچه رستوریشن بزرگتر باشد٬ ماده با استحکام بالاتری نیاز است.
• عدد استحکام لازم برای هر ریستوریشن  یا اندیکاسیون خاص در استاندارد های مربوطه عنوان شده است.

2.  درمان هایی با حداقل تهاجم که مستلزم ضخامت دیواره نازک هستند

• استحکام خمشی روی ضخامت دیواره قابل تراش اثر می گذارد٬ هرچه این عدد بالاتر باشد امکان کاهش ضخامت دیواره بیشتر است٬ بعنوان مثال در برخی گلس سرامیک های تجاری یا دیسک های زیرکونیا٬ می توان ضخامت دیواره را در دندان قدامی تا 0/4 و در دندان خلفی تا 0/6 میلیمتر کاهش داد.یعنی:
• ماده ای با استحکام خمشی بالا و استحکام شکست بالا امکان ساخت ریستوریشنی با حداقل ضخامت را فراهم میکند.
• درمان هایی با حداقل تهاجم به بهترین شکل ممکن می شود.

زیرکونیا و کبالت : قهرمان استحکام!

• زیرکونیا احتمالا بهترین ماده تمام سرامیک در دندانپزشکی از نظر استحکام خمشی است. در بسیاری از محصولات تجاری مقدار استحکام خمشی به 1200 MPa میرسد که عدد بسیار بالایی است. درصورت افزایش میزان ترنسلوسنسی جهت حصول زیبایی بالاتر٬ عدد استحکام تا حدود MPa 600 کاهش می یابد.

استحکام و ترنسلوسنسی : در انطباق کامل:

• بطور کلی ارتباط بین استحکام و ترنسلوسنسی در اکسید های سرامیکی موجود کاملا در هم تنیده است.

1. هرچه ترنسلوسنسی بالاتر باشد٬ استحکام کمتر می شود
2. به عبات دیگر هر چه استحکام بالاتر باشد٬ ترنسلوسنسی کمتر می شود.

• برای حصول یک ریستوریشن زیبا و مناسبباید با ماده ای انتخاب شود که بالاترین میزان زیبایی طبیعی و ترنسلوسنسی را در کنار استحکام بالا فراهم اورد.

اصلاح سطحی ایمپلنت های زیرکونیایی:

• تغییر خواص شیمی سطح به واسطه پوشش های زیست فعال با موادی مثل کلسیم فسفات ها٬ بیس فوسفونات ها٬ کلاژن و … انجام می شود.
• بهینه سازی خواص سطح و میکرورافنس به روش های مختلف صورت  میگیرد.

Bonding to Zirconia:

1. یکی از مشکلات استفاده از زیرکونیا٬ اتصال به دندان است.
2. اصلاح سطحی زیرکونیا٬ سطوح فعال جهت کاربرد های مختلف ایجاد می کند.
3. زیرکونیا در مقابل عملیات شیمیایی مختلف مقاومت بسیار دارد.
4. از این رو روش های اصلاح مکانیکی شدید برای ایجاد رافنس مناسب باید به کار رود.

روش های عملیات اصلاح سطح مرسوم عبارتند از:

  1. اسید اچ با اسید های داغ

• این روش بر پایه کنترل خوردگی و ذات فلزی زیرکونیوم خالص است
• در این روش زیرکونیا بصورت انتخابی اچ شده و گیر مکانیکی در مقیاس میکرون با اصلاح مرزدانه ها ایجاد  میشود که ناشی از حذف اتم های آرایش نیافته است.
• اسید اچ داغ با ترکیبی از اسید هایی با درجه خورندگی بالا٬ استحکام باند را افزایش می دهد.HNO3 – H2SO4 – HF .
• اسید سولفوریک به صورت محلول در هیدروژن پروکساید ( محلول Piranha) تاثیر مثبتی  در استحکام باند زیرکونیا با سمان های رزینی دارد.

  2.  سایش با ابزار الماسه

  3. پوشش با میکروذرات پرسلن با دمای ذوب پایین

  4.  اچ نفوذی انتخابی( SIE)

• SIE از فرایند بلوغ توسط القای حرارت جهت ایجاد تنش های اولیه در مرزدانه ها و نفوذ شیشه مذاب از مرز به داخل دانه بهره می برد.
• سپس شیشه با استفاده از HF اچ می شود و شبکه ای متخلخل داخل دانه ای ایجاد می کند که باعث قفل مکانیکی سمان رزینی در مقیاس نانومتری می شود.

  5. اسپاترینگ ذوبی

• اسپاترینگ ذوبی تکنیکی جدید است که برای ایجاد سطح زیر در زیرکونیا استفاده میشود و اساس آن اسپری واترجت-هوا حاوی ذرات میکروسکوپی زیرکونیا روی سطح فریم زیرکونیا قبل از زینتر است.
• در اثر یرخورد ذرات با سطح٬ تماس و چسبندگی ایجاد میشود.

پس از زینتر٬ این ذرات به سطح فریم ورک متصل شده و آندرکات های مناسب برای گیر مکانیکی با رزین ایجاد می کنند.

  6.  سایش با آلومینا(مکانیکی)

• سایش به وسیله ذرات با فشار پایین

  7.  استفاده از انواع لیزر

  8.  پلاسمای اکسی فلوراید

این روش مبتنی بر اصلاح شیمیایی زیرکونیا با ایجاد لایه نازک اکسی فلوراید روی سطح است که گیرنده اتصالات ارگانوسیلان ها محسوب می شود.

  9.  پوشش سایشی شیمیایی سیلیکا

  10.  اسپری پلاسما( پوشش سیلوکسان) 

نتیجه گیری باند به زیرکونیا:

• استفاده از سمان های لوتینگ بر پایه مونومر فسفاتی یا زیرکونای سایش یافته٬ ساده ترین و موثرترین راه سمنتاسیون زیرکونیا است.
• این سمان های رزینی گیر مکانیکی مناسب را نشان می دهند.

 رزین سمانی MDP:

• سمان های رزینی حاوی MDP انتخاب مناسبی برای لوتینگ Zro2 در کلینیک هستند که علت نرخ شکست کم و عدم کاهش گیر مکانیکی است. گروه های هیدروکسیل از سطح غیرفعال زیرکونیا به گروه های فسفات استری رزین MDP  متصل می شوند.

گردآوری : گروه تحقیق و پژوهش آنتوس