Charakterystyka stomatologicznych materiałów ceramicznych, opracowywanych w technologii CAD/CAM

Postęp technologiczny jest widoczny w każdej dziedzinie stomatologii, a w szczególności w stomatologii odtwórczej.
Z roku na rok zmniejsza się ilość etapów pracy wykonywanych ręcznie oraz czas, który technik musi poświęcić na wykonanie pracy protetycznej. Rozwój technologii, tworzenie plików STL, które mogą być realizowane w technologii druku 3D lub frezowania (CAM), umożliwia zastępowanie modeli gipsowych modelami drukowanymi z żywic lub wręcz wykonanie niektórych prac jedynie na podstawie modeli wirtualnych. W przypadku prac większych niż trzypunktowe oraz uzupełnień na implantach, niezbędne jest fizyczne wykonanie modelu. Rodzaje materiałów ceramicznych stosowanych w technologii CAD/CAM (1):

Ceramika skaleniowa

Zaliczana jest do grupy ceramik szklanych. Jako pierwsza była stosowana w protetyce stomatologicznej. W jej skład wchodzi szklana, amorficzna matryca oraz pogrążone w niej kryształy skaleni o wielkości 4 μm. Składa się z krzemianu glinowo-potasowego, dwutlenku krzemu (56–64 proc.), tlenku glinu (20–23 proc.), tlenku sodu (6–9 proc.), tlenku potasu (6–8 proc.), tlenku wapnia (0,3–0,6 proc.), ponadto tlenku irytu i cyrkonu. Dodatek tlenku itru oraz cyrkonu zwiększają odporność na pękanie, z kolei tlenki żelaza, chromu i cynku odpowiadają za uzyskanie odpowiedniej barwy (1, 3, 4, 5).
Wśród zalet ceramiki skaleniowej wymienia się bardzo dobre odwzorowanie barw i stopień transparencji, który dorównuje pod tym względem pracom protetycznym wykonanym techniką licowania. Technik ma do dyspozycji szerokie spektrum kolorystyczne, zgodne z kolornikami VITAPAN Classic i 3D-Master (VITA Mark II). Uzyskiwany efekt estetyczny jest bardzo dobry, także dzięki zdolności samodostosowania się w jamie ustnej poprzez pochłanianie światła odbitego od sąsiednich zębów (efekt kameleona).
Gładkość otrzymywanych powierzchni w przypadku ceramiki skaleniowej nie sprzyja adhezji płytki bakteryjnej i tworzeniu się kamienia nazębnego.
Zawartość fazy szklanej w strukturze materiału umożliwia cementowanie adhezyjne, które znacząco poprawia odporność na złamania, w porównaniu z cementowaniem konwencjonalnym (5).
Ceramika skaleniowa pomimo bardzo dobrych właściwości estetycznych jest mało odporna na zginanie, a w konsekwencji jest stosunkowo krucha. Oscylując w granicach 60–110 MPa, predysponuje do złamań. Ponadto charakteryzuje ją dość duża twardość, w granicach 6,5 GPa (wg Vickersa), która może skutkować abrazyjnością w stosunku do zębów własnych pacjenta. W przypadku materiałów VITABLOCS producent, jako bezwzględne przeciwskazanie wymienia parafunkcje oraz duże obciążenia okluzyjne na zębach trzonowych (1, 4, 5).
Z uwagi na swoją charakterystykę, materiał ten najczęściej wykorzystywany jest d o wykonania licówek i koron w odcinku estetycznym. Producent wskazuje też możliwość wykorzystania materiału do wkładów, nakładów oraz endokoron (zęby trzonowe). Nie zaleca natomiast wykonywania monolitycznych mostów (1, 4).
Do przykładowych materiałów należą: VITABLOCS (V. Mark II, V. Triluxe, V. Triluxe Forte, V. RealLife), CEREC Blocs C PC (1, 2, 6).

Ceramika leucytowa

Zaliczana do ceramik szklanych. W jej skład wchodzi dwutlenek krzemu (60– 65 proc.), tlenek glinu (16–20 proc.), tlenek potasu (10–14 proc.), tlenek sodu (3,5–6,5 proc.) i inne tlenki oraz barwniki. Ponadto tetragonalne kryształy leucytu wielkości 1–5 μm (20 proc.), odpowiedzialne za zwiększenie wytrzymałości materiału na złamania oraz poprawę modułu sprężystości poprzez inhibicję pęknięć rozchodzących się w matrycy materiału (1, 2, 6).
Bloczki tego materiału występują w trzech stopniach translucencji:
HT (high translucent) – monochromatyczne bloczki o wysokiej translucencji,
LT (low translucent) – monochromatyczne bloczki o niskiej translucencji,
MULTI (multi translucent) – polichromatyczne bloczki w części zębinowej oraz HT w części brzegu siecznego (9).
Do zalet tego materiału należy wymienić zwiększoną wytrzymałość mechaniczną na zginanie (150–160 MPa), którą gwarantuje dodatek kryształów leucytu. Kryształy leucytu mają współczynnik załamywania światła zbliżony do skaleni, dzięki czemu nie pogarszają się walory estetyczne tego materiału. Podobnie jak w przypadku ceramiki skaleniowej występuje tutaj efekt kameleona. Efektem ubocznym inkorporacji krystalicznej może być utrata przezierności.
Ceramika leucytowa może być poddana glazurowaniu oraz indywidualnej charakteryzacji, co poza oczywistym wzrostem walorów estetycznych wpływa również na zwiększenie wytrzymałości na złamania oraz cykliczne obciążenia.
Oprócz prac pełnokonturowych oraz całościowo licowanych, materiał ten może być licowany częściowo, od strony wargowej, na brzegu siecznym (metoda cut- -back), aby uzyskać kompromis pomiędzy wytrzymałością prac pełnokonturowych a estetyką prac licowanych.
Do cementowania prac z użyciem tego materiału zalecana jest procedura cementowania adhezyjnego (1, 2, 7, 9). Twardość tej ceramiki jest podobna do skaleniowej i wynosi 6,2 GPa, może to skutkować wysoką abrazyjnością pracy protetycznej w stosunku do zębów własnych. Mimo większej odporności mechanicznej od ceramiki skaleniowej, nie jest ona na tyle wysoka, aby można było wykorzystywać ten materiał do wykonywania mostów. Dlatego producent (Ivoclar) poleca stosowanie tej ceramiki do projektowania pojedynczych uzupełnień – licówki, korony, wkłady i nakłady (9). Przykładowymi materiałami są: IPS Empress CAD, Empress Multi (polichromatyczny), ProCAD, Paradigm C.

Ceramika na bazie dwukrzemianu litu

Zaliczana jest do ceramik szklanych z dodatkiem kryształów dwukrzemianu litu. Kryształy dwukrzemianu swoją strukturą przypominają wydłużone ziarna o długości 0,5–5 μm. Dzięki ich wzmocnieniu odporność na zginanie wzrosła średnio 5 razy w porównaniu do ceramiki skaleniowej i wynosi 350–360 MPa.
Występuje w postaci całkowicie oraz częściowo skrystalizowanej. Częściowo skrystalizowana ma mniejszą twardość, dzięki czemu podczas procesu frezowania nie dochodzi do nadmiernego zużycia wierteł frezarki ani uszkodzeń materiału. Po wyfrezowaniu wymaga krystalizacji w piecu o temp. ok. 850 st. C przez 25– 30 min. W trakcie tego procesu odporność na zginanie wzrasta z ok.130 MPa do 360 MPa (3, 6, 7, 10).
Ceramika dwukrzemianu litu cechuje się wysokimi walorami estetycznymi, dlatego chętnie wybierana jest do wykonywania licówek czy koron w odcinku przednim. Ponadto możliwość indywidualnej charakteryzacji oraz zastosowanie metody cut-back zwiększa spektrum możliwości estetycznych. Dzięki wzrostowi wytrzymałości materiału zwiększył się wachlarz zastosowań o możliwość frezowania mostów trzypunktowych z ograniczeniem długości przęsła do 11 mm w odcinku przednim i 9 mm w odcinku bocznym, oraz nadbudów implantologicznych w odcinku przednim, jak i bocznym.
Charakteryzuje się mniejszą twardością, wynoszącą 5,8 GPa, dzięki czemu zmniejszyły się właściwości abrazyjne w stosunku do zębów własnych pacjenta. Szybka obróbka oraz proces krystalizacji umożliwia wykonywanie uzupełnień w ciągu jednej wizyty, co jest dużą zaletą dla pacjentów.
Producent (Ivoclar) nie wyklucza możliwości cementowania tradycyjnego, ale zaleca adhezyjne, dzięki któremu następuje wzrost wytrzymałości na złamania o 223 proc. w stosunku do cementowania konwencjonalnego (1, 2, 3, 6, 10). Przykładem tego materiału jest IPS e.max CAD.

Ceramika szklana wzmacniana dwukrzemianem litu z dodatkiem tlenku cyrkonu

Przez dodatnie tlenku cyrkonu, stanowiącego ok. 10 proc. całkowitego ciężaru, odporność na zginanie wzrosła o ok. 15 proc., z 360 MPa do 420 MPa. Bloczki materiału dostępne są w dwóch przeziernościach: T – translucent i HT – high translucent. Ceramika ta cechuje się wysoką estetyką oraz przeziernością, ponadto wykazuje opalescencję, fluorescencję i efekt kameleona. Producent podaje możliwość zastosowania tego materiału w wykonawstwie wszelkiego rodzaju uzupełnień jednopunktowych. Podobnie jak w przypadku materiałów na bazie dwukrzemianu litu, możliwa jest indywidualna charakteryzacja uzupełnienia protetycznego przeznaczonymi do tego farbkami VITA Akzent Plus w 19. odcieniach kolorystycznych. Cementowaniem z wyboru powinno być cementowanie adhezyjne.
Niestety wraz ze wzrostem wytrzymałości materiału wzrasta jego abrazyjność, gdyż twardość materiału wynosi aż 7 GPa. W przypadku wszystkich materiałów na bazie ceramik szklanych producenci nie zalecają piaskowania abrazyjnego przed cementowaniem prac protetycznych. Przykładowe materiały: VITA Suprinity PC, Celtra CAD Dentsply Sirona (1, 7, 11, 12).

Ceramika tlenkowa

Ceramiki tlenkowe wyróżnia jednolita budowa i brak obecności w ich składzie krzemu. Cechami charakterystycznymi tych materiałów są ponadto homogenność, duża twardość, bardzo dobra szczelność brzeżna i przepuszczalność dla promieni RTG. Stosowane są głównie jako podbudowy pod korony i mosty. W przypadku tych ceramik zalecane jest piaskowanie tlenkiem glinu, aby polepszyć połączenie mikromechaniczne.

Na przykładzie materiałów firmy VITA wyróżniamy:

• VITA In-Ceram Spinell – ceramika tlenkowo-glinowa infiltrowana szkłem, zawierająca spinel. Ze względu na mniejszą zawartość tlenku glinu jest blisko dwukrotnie bardziej przezierna niż In-Ceram Alumina. Z tego względu nie powinna być stosowana w przypadku mocno przebarwionych filarów. Jednak wytrzymałość na zginanie rzędu 400 MPa wg producenta umożliwia wykonywanie podbudów koron w odcinku przednim, bocznym oraz wkładów i nakładów.
• VITA In-Ceram Alumina – ceramika tlenkowo-glinowa infiltrowana szkłem. Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na zginanie rzędu 500 MPa i twardością 11,5 GPa. Mechanizm wzmocnienia ceramiki opiera się na tzw. efekcie mostkowania, polegającym na omijaniu przez pęknięcie twardych i gęsto ułożonych ziarenek tlenku glinu. To z kolei prowadzi do utraty energii i zablokowania pęknięcia. Znajduje zastosowanie w wykonawstwie koron i mostów z krótkim przęsłem.
• VITA In-Ceram Zirconia – ceramika tlenkowo-glinowa infiltrowana szkłem, zawierająca cyrkon. W jej skład wchodzi stabilizowany itrem ditlenek cyrkonu, stanowiący wagowo ok. 33 proc. Charakteryzuje się małą przeziernością, wytrzymałością na zginanie rzędu 600 MPa oraz dużą twardością. Polecana jest głównie w wykonawstwie koron i mostów w odcinku bocznym (1, 2, 5, 6, 13).

Ceramika na bazie tlenku cyrkonu

Tlenek cyrkonu zaliczany jest do ceramiki polimorficznej pozbawionej fazy szklistej a jego charakterystyczną cechą jest obecność kryształów cyrkonu o wielkości ziaren 0,1–0,5 μm. Występuje w trzech postaciach alotropowych: w temperaturze pokojowej – monocyklicznej, powyżej 1170° C – tetragonalnej i powyżej 2370° C w kubicznej. Najbardziej korzystną biochemicznie i biomechanicznie jest postać tetragonalna. Charakteryzuje się największą wytrzymałością na zginanie spośród wszystkich ceramik, oscylującą w granicach od 850 MPa do 1200 MPa w zależności od struktury i translucencji bloczka. Tę cechę zawdzięcza zjawisku transformacji wzmacniającej, polegającej na przechodzeniu formy tetragonalnej w monocykliczną pod wpływem rozchodzącego się pęknięcia. Zabezpiecza to strukturę cyrkonu przed rozchodzeniem się mikropęknięć. Wykazuje mniejszą zdolność do akumulacji bakterii w porównaniu do stopów tytanu. Tlenek cyrkonu wymaga obróbki termicznej, pod wpływem której ulega skurczowi o 20–25 proc., dlatego prace protetyczne frezowane są jako elementy powiększone, a następnie synteryzowane.
Wyróżniamy bloczki monochromatyczne i polichromatyczne, każdy o 3 stopniach translucencji. Ceramika na bazie tlenku cyrkonu znajduje zastosowanie przy wykonywaniu prac pełnokonturowych, podbudów pod korony i mosty oraz uzupełnień na implantach. Istnieje możliwość wykonywania prac pełnołukowych. Przykładowe materiały: IPS e.max ZirCAD, Kuraray KATANA Zirconia (1, 2, 5, 6, 7, 14, 15).

Ceramika hybrydowa

Jest to ceramika powstała w wyniku połączenia ceramiki z kompozytem. Charakteryzuje się podwójnie usieciowaną strukturą. Większość masy własnej stanowi siatka ceramiczna poprzeplatana siatką polimerową. Taka budowa zapewnia znakomitą elastyczność. Po uderzeniu cechuje się plastyczną deformacją (złamanie ciągliwe).Wynika to z jej podwójnej struktury i elastyczności warstwy polimerowej, która absorbuje siłę uderzenia.
Twardość, a co za tym idzie abrazyjność, jest mniejsza od naturalnego uzupełnienia i wynosi ok. 2,5 GPa (dla szkliwa jest to: 3–5,3 GPa), natomiast efekt kameleona zapewnia wysoki efekt estetyczny. Wymagają jednak charakteryzacji i polerowania. Odporność na zginanie, w zależności od producenta, waha się od 140 MPa do 200 MPa. Możliwe jest wykonywanie pojedynczych uzupełnień protetycznych licówki i korony.
Przykładowymi materiałami tego typu są: Cerasmart, Ambarino, VITA Enamic, Hyramic Upcera, SHOFU Block & Disc (1, 2, 16, 17).
Na rynku dostępna jest szeroka gama materiałów do wykonywania uzupełnień ceramicznych. Wybór materiału powinien być uzależniony od sytuacji klinicznej w jamie ustnej, umiejscowienia braku, ilości obecnych tkanek własnych zęba oraz oczekiwań estetycznych pacjenta. Na podstawie przeprowadzonego badania klinicznego i zebranego wywiadu wybór powinien paść na materiał, który najlepiej będzie się sprawdzał w danych warunkach, nie tylko ze względu na właściwości fizyko-mechaniczne, ale również będzie satysfakcjonował pacjenta pod względem estetyki. Ponadto, niektóre materiały oraz proces technologiczny CAD/CAM (frezarki w gabinecie) umożliwiają wykonywanie uzupełnień protetycznych na jednej wizycie.
Celem pracy było przedstawienie charakterystyki poszczególnych materiałów ceramicznych oraz możliwości ich zastosowania, aby, poszerzając spektrum wiedzy, starać się ograniczyć ryzyko związane z niewłaściwym wyborem materiałów odtwórczych, gwarantując długotrwały efekt odbudowy protetycznej pracy.

Autorzy: lek. dent. Kamil Zdebski, dr n. med. Borys Tomikowski

Zakład Protetyki Stomatologicznej CKD Łódź

Artykuł opublikowany w numerze 5/2023 magazynu Nowy Gabinet Stomatologiczny. Zobacz pełny spis treści.

---

Dowiedz się więcej - Nowy Gabinet Stomatologiczny.

Więcej ciekawych artykułów w "Nowy Gabinet Stomatologiczny" - zamów prenumeratę lub kup prenumeratę w naszym sklepie.