Title: Overview of the types of dental ceramics
Streszczenie: Celem pracy jest przedstawienie przeglądu rodzajów ceramik stosowanych obecnie w stomatologii, z uwzględnieniem ich właściwości chemicznych i mechanicznych. W oparciu o bieżące piśmiennictwo wykazano wady i zalety każdej z nich. Zaprezentowano podział współcześnie stosowanych materiałów ceramicznych w protetyce, a na podstawie ich parametrów przedstawiono możliwości zastosowania tych materiałów w przypadku konkretnego uzupełnienia.
Słowa kluczowe: tlenek cyrkonu, uzupełnienia pełnoceramiczne, ceramika
Summary: The aim of the paper is to present an overview of the types of ceramics currently used in dentistry, taking into account their chemical and mechanical properties. Based on the current literature, the advantages and disadvantages of each of them have been demonstrated. The division of currently used ceramic materials in prosthodontics has been presented. On the basis of their parameters we showed the possibilities of applying these materials in the case of a specific prosthodontic restoration.
Keywords: zirconium dioxide, all-ceramic restoratives, ceramic materials

Od obecnie wykonywanych uzupełnień protetycznych wymagane są: doskonała estetyka, wytrzymałość oraz biokompatybilność. Oczekiwania pacjenta co do wyglądu wykonanej pracy zmuszają stomatologów do poszukiwania coraz to nowszych rozwiązań i materiałów. Dlatego też coraz częściej stosowane są odbudowy pełnoceramiczne zastępujące prace na podbudowie metalowej (1). Duży rozwój materiałoznawstwa oraz technologii wykonywania protez stałych pozwala na produkcję coraz bardziej wytrzymałych uzupełnień, nietracących przy tym właściwości estetycznych.

Powodzenie kliniczne zależy jednak od właściwego wykonania pracy przez technika, a zadaniami lekarza są unikanie błędów w trakcie preparacji filaru oraz prawidłowe przygotowanie do cementowania, ponadto lekarz powinien znać wskazania do wykonania takich uzupełnień.

Tematem pracy są charakterystyka budowy oraz właściwości fizycznych wybranych materiałów ceramicznych stosowanych zarówno do licowania podbudowy metalowej, jak i do wytwarzania uzupełnień pełnoceramicznych.

Rys historyczny

Początki rozwoju protetyki opartej na materiałach ceramicznych sięgają XIX wieku. Już w 1820 r. dentysta J.C.F. Maury przedstawił pracę opisującą metodę pozwalającą na uzyskanie porcelany półprzeźroczystej. Opisywał formowanie zębów z dwóch składowych ceramicznych: porcelanowego jądra i glazury tworzącej płaszcz. W 1825 r. produkcją zębów porcelanowych na dużą skalę zajął się jubiler S.W. Stockton. Charles Henry Land był pionierem indywidualnych, pełnych i wypalanych koron o wysokiej estetyce. W 1894 r. zbudowano piec elektryczny umożliwiający wypalanie uzupełnień ceramicznych. Rok 1898 był rokiem odkrycia porcelany o niskiej temperaturze topnienia. Wszystkie te odkrycia przyczyniły się do rozpowszechnienia uzupełnień pełnoceramicznych i ich produkcji na masową skalę (12).

Charakterystyka materiałów ceramicznych

Materiały ceramiczne są materiałami obojętnymi dla organizmu. Z początku były stosowane tylko jako olicowanie uzupełnień stałych czy też w produkcji zębów w protezach ruchomych. Znaczny postęp w dziedzinie protetyki spowodował, że możliwe stało się użycie tych materiałów również w wykonawstwie rozległych uzupełnień protetycznych obejmujących cały łuk zębowy (13).

Ceramiki są materiałami o różnych właściwościach, takich jak: twardość, kruchość, transparencja czy też wytrzymałość. Cechy te są zależne od: techniki powstawania, mikrostruktury oraz składu chemicznego. Porcelana jest materiałem niejednorodnym zawierającym składową organiczną, nieorganiczną oraz powietrze (14).

Współczesne materiały ceramiczne stosowane w protetyce można podzielić na dwie grupy. Pierwszą stanowią ceramiki wielofazowe z dużym udziałem fazy szklanej, drugą – materiały bez fazy szklanej (ceramika tlenkowa) (2).

Ceramikę z fazą szklaną możemy podzielić na następujące rodzaje:

• ceramika skaleniowa na bazie krzemianu glinu – szpatu polnego,
• ceramika leucytowa na bazie glinokrzemianu potasu – leucytu,
• ceramika dikrzemowo-litowa na bazie dikrzemianu litu,
• ceramika szklana na bazie fluoroaminy czterokrzemowej – miki (1, 4).

Ceramika szklana na bazie szpatu polnego oraz ceramika leucytowa

Materiał ten zaczął być wykorzystywany już pod koniec XIX w. poprzez napalanie jej na model pokryty folią platynową lub palladową. Korony wykonane z ceramiki skaleniowej charakteryzowały się niewielką wytrzymałością. Udoskonalenie metod napalania porcelany oraz osadzania koron metodą adhezyjną pozwoliło na rozpowszechnienie jej zastosowania (13).

W skład ceramiki szklanej wchodzi matryca szkliwa ze szpatu polnego z rozproszonymi kryształami. Jest to podstawowy składnik porcelany, który w procesie wypalania w piecu roztapia się i przybiera postać fazy szklistej – nadaje to porcelanie odpowiednią przezierność (1, 3, 5).

Ceramika leucytowa zawiera 63% ditlenku krzemu (SiO₂) i 19% tlenku glinu (Al₂O₃) z dodatkiem kryształów leucytu. Stanowi ona modyfikację porcelany skaleniowej.

Podczas procesu synteryzacji z fazy szpatu polnego powstają kryształy leucytu. Gwarantuje to większą twardość końcową – aż dwukrotnie względem ceramiki skaleniowej (1). Ceramika ta może być wykonywana metodą konwencjonalną bądź tłoczoną na gorąco (14).

Pierwszym materiałem wprowadzonym na rynek był IPS Empress1 (Ivoclar).

Materiały te wykorzystywane są głównie do licowania struktur metalowych, jak i ceramicznych; używane są również do wytwarzania licówek, wkładów, nakładów oraz pojedynczych koron o zmniejszonym obciążeniu. Uzupełnienia z tego materiału należy wypiaskować w celu lepszej retencji do materiału wiążącego. Ich zalety to wysoka estetyka i brak konieczności użycia warstwy opakerowej, wady zaś to podatność na złamania i stosunkowo drogi sprzęt (14).

Przykładowe materiały oparte na tym rodzaju ceramiki poza IPS Empress I to: Authentic (Anax Dent), Creapress (Creation, Klema) i Optec HSP (5, 14).

Ceramika dikrzemowo-litowa

Ceramika dwukrzemowa to jedna z generacji sys­temu opartego na ceramice tłoczonej. Ceramika dikrze­mowo-litowa zawiera 60% ziaren dikrzemianu litu (Li₂Si₂O₅), które uzupełniają kryształy ortofosforanu litu. Fazą szklaną są ditlenek krzemu i tlenek litu. Taka budowa sprawia, że wartość wytrzymałości na zginanie tej ceramiki jest aż pięć razy większa niż ceramiki skaleniowej (4, 14).

Przedstawicielem tego rodzaju ceramiki jest materiał IPS Empress 2 wyprodukowany przez firmę Ivoclar oraz IPS e.max. W związku ze znacznym zwiększeniem wytrzymałości ceramika dikrzemowo-litowa jest używana do wykonywania: licówek i wkładów na słupkach z masy ogniotrwałej, licowania podbudów metalowych i ceramicznych, licówek – do uzupełnienia pojedynczych braków zębowych oraz trzypunktowych mostów w odcinku przednim i do przedtrzonowców (tylko IPS e.max Press) (1, 4, 5, 14).

Ceramika IPS e.max zapewnia wyjątkową estetykę – zdolności przepuszczania światła, tak jak w naturalnym uzębieniu, i 2,5-3 razy większą wytrzymałość mechaniczną w porównaniu z innymi rodzajami ceramiki szklanej.

Przy wykonaniu prac z materiału IPS e.max stosowana jest zarówno metoda tłoczenia, jak i wycinania metodą CAD/CAM (6, 7).

Ceramika szklana na bazie fluoroaminy czterokrzemowej – mika

Ceramika ta została wprowadzona na rynek w 1985 r. 55% tej ceramiki stanowi faza krystaliczna, w skład której wchodzą czterokrzemiany fluoromiki (K₂Mg₅Si₈O₂F₄). Faza szklista stanowi pozostałe 45%. Powstała ona w procesie cerammingu. Jest to wygrzewanie doprowadzające do krystalizacji części kryształów miki. Mikrostruktura tej ceramiki nie posiada pustych przestrzeni powodujących rozprzestrzenianie się pęknięć, zwiększa wytrzymałość oraz twardość. Materiał ten odznacza się dobrą estetyką z efektem kameleona.

Ceramika ta stosowana jest do produkcji licówek, wkładów i pojedynczych koron w odcinkach przednim i bocznym korony, narażonych na małe bądź średnie obciążenia (Dicor) (1, 3, 4, 14).

Drugą grupą jest ceramika bez fazy szkła – ceramika tlenkowa.

Ceramika na bazie tlenku glinu

Pierwszym materiałem był System In-Ceram wprowadzony na rynek w latach 90. przez VITA (Zahnfabrik). Jest to system ceramiki spiekanej. Składa się ona w 82% z Al₂O₃, w 12% z La₂O₃, w 4,5% z SiO₃ oraz w 0,8% z CaO. Obecnie istnieje kilka odmian tego materiału, różniących się nieco składem (1, 2). Do procesu infiltracji wykorzystywany jest specjalny piec In Ceramat. W piecu tym wypalany jest rdzeń aluminy o porowatej strukturze. Następnie ulega on procesowi synteryzacji i tworzy homogenną strukturę, która ulega infiltracji płynnym szkłem wapniowo-lantanowym. Zwiększa to wytrzymałość materiału, która wynosi 600-700 MPa. Pozwala to na produkcję pojedynczych koron na zęby przednie i boczne oraz mostów w odcinku przednim o długości do czterech członów. Jej wadami są odporność na kwasy, co utrudnia wytrawianie, oraz nieprzezierność rdzenia pogarszająca estetykę (5, 14, 15).

Ceramiką o największej wytrzymałości na bazie tlenku glinu jest obecnie materiał Procera All-Ceram (Nobel Biocare). System Procera wykorzystuje koncepcję CAD/CAM – zeskanowanie modelu kikuta, następnie wykonanie podbudowy z czystego w 99,9% tlenku glinu na metalowym kikucie poprzez prasowanie i synteryzację. Na tak wykonaną podbudowę nakładana jest warstwa licująca.

Mostów Procera nie można wykonać w jednej części, wykonywane są one w trzech częściach, a następnie łączone w laboratorium z matrycą szklaną w sterowanym temperaturowo procesie sklejania (1, 14, 15).

Ceramikę tę możemy stosować w przypadku mocno przebarwionych filarów i konieczności wykonania wkładu koronowo-korzeniowego – pomaga w tym opakerowość podbudowy.

Ceramika na bazie tlenku cyrkonu

Cyrkon jest metalem należącym do grupy tytanowców. Tlenek cyrkonu, który jest stosowany w protetyce, nie zawiera fazy szklanej. Wraz ze zmianą temperatury może przyjmować trzy różne postacie allotropowe. Postać monokliniczna występuje w temperaturze pokojowej – poprzez jej ogrzanie dochodzi do przekształcenia się w postać tetragonalną, która ma najlepsze właściwości biomechaniczne. Ostatnią formą jest forma kubiczna, inaczej nazywana cylindryczną (8). Najbardziej pożądaną formę tetragonalną możemy ustabilizować w temperaturze pokojowej poprzez dodanie itru (3Y-TZP) (10).

Ceramika ta składa się w 99,9% z kryształów czystego tlenku glinu Al₂O₃. Dzięki temu ma dużą gęstość i wytrzymałość mechaniczną.

Podbudowę z tlenku cyrkonu możemy wykonać jedynie poprzez frezowanie z użyciem systemu CAD/CAM. Właściwości fizykochemiczne cyrkonu uniemożliwiają wykonywanie prac poprzez odlewanie lub tłoczenie. Doprowadziło to do rozwoju technologii CAD/CAM (Computer-Aided Designing/Computer-Aided Manufacturing) (8, 9). Po wyfrezowaniu uzupełnienia należy je olicować porcelaną, tak samo jak w przypadku prac na podbudowie metalowej przy użyciu ceramiki szklanej.

Produkcja uzupełnień z bloczków ZrO₂ z użyciem metody frezowania pozwala na redukcję niedoskonałości i eliminację powstawania naprężeń wewnętrznych (11).

Ceramika na bazie tlenku cyrkonu jest biokompatybilna, ma również dobrą estetykę, dzięki czemu stała się alternatywą dla prac na podbudowie metalowej oraz do odtwarzania braków zębowych w odcinkach bocznych, gdzie na uzupełnienie działają duże siły zgryzowe.

Przykładami ceramik na bazie tlenku cyrkonu są: LAVA (3M ESPE), Cerec (Sirona), Everest (KaVo), Cercon (Dentsply), Procera AllZircon (NobelBiocare),
ZENO Tec (Wieland) oraz e.max ZirCAD (Ivoclar Vivadent).

Podsumowanie

Aby uzupełnienia ceramiczne były estetyczne, funkcjonalne i trwałe, ważne jest poznanie budowy, właściwości fizycznych i chemicznych materiału, z którym pracujemy. Decydując się na pracę protetyczną, musimy dokonać wyboru, z jakiego materiału zostanie ona wykonana, mając na uwadze rodzaj i stan filaru protetycznego oraz sposób osadzenia pracy. Biokompatybilność, dobra estetyka, a co za tym idzie – satysfakcja i zadowolenie pacjenta przemawiają za coraz powszechniejszym stosowaniem uzupełnień pełnoceramicznych.

Piśmiennictwo

1. Rinke S.: Uzupełnienia pełnoceramiczne, koncepcja praktyczna. Wyd. Kwintesencja, Warszawa 2013.

2. Supady J.: Rozwój protetyki w XIX i na początku XX wieku. „Prot. Stomatol.”, 2010, LX, 3, 225-232.

3. Pietruski J.K., Pietruska M.D.: Materiały i technologie używane we współczesnej protetyce stałych uzupełnień zębowych – wady i zalety przedstawione na podstawie przeglądu piśmiennictwa. „Stomatologia Estetyczna”, 2013, 9, 3, 89-99.

4. Czykiel E., Wasińska K.: Przegląd systemów pełnoceramicznych. „Art Dentistry”, 2010, 3, 200-204.

5. Hammerle Ch. i wsp.: Ceramika dentystyczna. Wyd. Kwintesencja, Warszawa 2008.

6. Porada M.: Podział i zastosowanie ceramik dentystycznych w zależności od ich budowy chemicznej – na podstawie piśmiennictwa. „Nowoczesny Technik Dentystyczny”, 2015, 1, 86-88.

7. Mierzwińska-Nastalska E.: Uzupełnienia ceramiczne. Postępowanie kliniczne i wykonawstwo laboratoryjne. Wyd. Med Tour Press International, Warszawa 2011.

8. Okoński P., Lasek K., Mierzwińska-Nastalska E.: Kliniczne zastosowanie wybranych materiałów ceramicznych. „Protet. Stomatol.”, 2012, LXII, 3, 181-189.

9. IPS e.max System dla Lekarzy. http://www.ivoclarvivadent.pl/pl/p/wszystkie-produkty/produkty/materialy-caloceramiczne/ips-emax-system-dla-lekarzy/.

10. McLaren E.A., Whiteman Y.Y.: Ceramika – uzasadnienie wyboru materiału. Cosmetic 1, 2014, 14-22.

11. Aleksander-Żaglewska E., Rosa M.: Systemy ceramiki bezmetalowej. „Protetyka”, 2011, 4.

12. Bączkowski B., Wojtyńska E., Michalik R. i wsp.: Leczenie protetyczne z zastosowaniem uzupełnień stałych na podbudowie z tlenku cyrkonu. „Protet. Stomatol.”, 2010, LX, 4, 285-293.

13. Kohal R.J., Papavasiliou G., Kamposiora P. et al.: Three-dimensional computerized stress analysis of commercially pure titanium and yttrium-partially stabilized zirconia implants. „Int. J. Prosthodont.”, 2002, 15, 189-194.

14. Majewski S.: Nowe technologie wytwarzania stałych uzupełnień zębowych: galwanoforming, technologia CAD/CAM, obróbka tytanu i współczesne systemy ceramiczne. „Protet. Stomatol.”, 2007, LVII, 2, 124-131.

15. Att W., Komine F., Gerds T.: Marginal adaptation of three different zirconium dioxide three-unit fixed dental prostheses. „J. of Prosthodontics”, 2009, 101, 2, 239-247.

Poradnia protetyki Stomatologicznej w Akademickim Centrum Stomatologii i Medycyny Specjalistycznej w Bytomiu