Translucidez y comportamiento mecánico de la zirconia monolítica parcialmente estabilizada después de la tinción, los procedimientos de acabado y el envejecimiento artificial

Aug 25, 2023

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 16094 (2022) Citar este artículo

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La zirconia parcialmente estabilizada (5Y-PSZ) se ha utilizado ampliamente para fabricar restauraciones monolíticas indirectas, y aún no está claro el efecto de los procedimientos de acabado en las propiedades ópticas y mecánicas de estos materiales. El propósito de este estudio fue evaluar el efecto del teñido, pulido y glaseado sobre la rugosidad de la superficie, el contenido de fase cristalina, la microdureza, la tenacidad a la fractura, el módulo elástico dinámico, la resistencia a la flexión en tres puntos, la distribución de la deformación, el color (∆E00/∆L/ ∆a/∆b), y translucidez antes y después del envejecimiento artificial acelerado (rocío de agua y ultravioleta) del 5Y-PSZ. Se prepararon especímenes en forma de barra y rectángulo del 5Y-PSZ y se dividieron en seis grupos, según el procedimiento de acabado: GC (control), GS (tinción), GG (glaseado), GSG (tinción y glaseado), GP ( pulido), GSP (teñido y pulido). Hubo una diferencia significativa entre los grupos para la rugosidad superficial (p < 0,05), módulo elástico dinámico (p = 0,007), microdureza (p = < 0,05), ∆E00 (p = 0,010) y ∆a (p = 0,008). GC presentó mayor contenido de fase cúbica, y los grupos teñidos (GS, GSG y GSP) presentaron mayor contenido monoclínico. Los diferentes procedimientos de acabado afectaron la rugosidad, el módulo elástico dinámico, la microdureza y el color del 5Y-PSZ; siendo el pulido el acabado que proporciona cambios menores al 5Y-PSZ. El envejecimiento artificial acelerado provocó un cambio de color, independientemente del procedimiento de acabado utilizado.

La ciencia dental siempre está buscando mejoras en las propiedades ópticas de los materiales dentales. La zirconia monolítica desarrollada recientemente presenta menor opacidad, mayor translucidez y disponibilidad de colores para su uso como material restaurador monolítico1. Esto se atribuye a su capacidad para proporcionar una sonrisa natural y armoniosa con otros dientes2,3.

La zirconia tetragonal estabilizada con itria policristalina (3Y-TZP) es la más utilizada en odontología, pero la zirconia parcialmente estabilizada (4Y-PSZ y 5Y-PSZ), con mayores concentraciones de óxido de itrio en su composición en comparación con 3Y-TZP, 4 mol % para 4Y-PSZ y 5% mol para 5Y-PSZ4,5, están ganando un uso más amplio debido a algunas características. La adición de altas concentraciones de óxido de itrio promueve un aumento en la cantidad de contenido de fase cúbica5,6,7,8,9,10, aumentando la translucidez, ya que la fase cúbica tiene un índice de refracción isótropo, a diferencia de la fase tetragonal8,10, 11 Estas modificaciones se atribuyen a la reducción de la dispersión de la luz que mejora la translucidez del material para uso clínico12,13,14.

La zirconia es blanca y requiere un ajuste de color para imitar la apariencia de los dientes naturales15,16,17,18. Existen tres técnicas disponibles para asignar color a la zirconia: adición de óxidos metálicos durante la fabricación de bloques de zirconia, inmersión o aplicación de líquidos colorantes sobre zirconia presinterizada y tinción después del proceso de sinterización12,19,20. Estos métodos pueden afectar el contenido de la fase cristalina, lo que puede afectar las propiedades ópticas y mecánicas de la zirconia21.

El pulido y el glaseado son procedimientos de acabado que mejoran la estética de la zirconia22, reduciendo la rugosidad superficial4,23, la acumulación de biopelículas24 y el desgaste de los antagonistas25,26. Sin embargo, estos procedimientos de acabado modifican las características de la superficie y posiblemente las propiedades ópticas y mecánicas de los materiales, lo que puede reducir la longevidad de la restauración indirecta27,28,29,30,31,32.

Se dispone de información limitada sobre el comportamiento del 5Y-PSZ después de los procedimientos de tinción y acabado, que son procedimientos que se realizan de forma rutinaria en la clínica dental. Por lo tanto, el propósito de este estudio fue evaluar el efecto del teñido, pulido y glaseado sobre las características de la superficie y las propiedades mecánicas del 5Y-PSZ y la influencia del envejecimiento artificial sobre el color y la translucidez. La hipótesis nula probada fue que la tinción, el pulido, el glaseado y el envejecimiento artificial no tienen influencia en las propiedades evaluadas del 5Y-PSZ.

La rugosidad de la superficie fue diferente en los grupos experimentales (Fig. 1). GC y GP mostraron una rugosidad superficial regular y similar. La combinación del procedimiento de tinción y acabado (GSG y GSP) proporcionó algunos defectos y una superficie irregular, y los grupos GG y GS mostraron grandes irregularidades.

Capturas de imagen de la morfología superficial de los grupos experimentales. (a) GC (control). (b) GG (acristalamiento). (c) GS (tinción). (d) GSG (tinción y glaseado) (e) GP (pulido). (f) SGP (teñido y pulido).

Se encontró una diferencia significativa entre los grupos en la rugosidad (Sa—µm) (p = < 0,05), módulo elástico dinámico (GPa) (p = 0,007) y microdureza (KHN) (p = < 0,05). No hubo diferencias estadísticas entre los grupos en la resistencia a la flexión de tres puntos (MPa) (p = 0,137) y la tenacidad a la fractura (Kic) (p = 0,129). La Tabla 1 presenta los resultados de las características de la superficie y las pruebas mecánicas.

La Figura 2 ilustra el contenido de fase cristalina de 5Y-PSZ obtenido por difracción de rayos X y muestra que la tinción aumenta el contenido de fase monoclínica mientras que esta fase no se encontró cuando solo se realizaron procedimientos de acabado (GG y GP). GC tenía 95,7% de fase cúbica, 1,8% de fase tetragonal y 2,5% de fase monoclínica. Cuando solo se realizó glaseado (GG), redujo la fase cúbica (78,6%), aumentó la fase tetragonal (13,3%) y no se encontró fase monoclínica. La tinción (GS) promovió el mayor aumento del contenido de fase monoclínica (30,3%), el menor contenido de fase cúbica (37,3%) y el 24,1% de fase tetragonal. GP tuvo 70,8% de fase cúbica, 20,8% de fase tetragonal y no se encontró la fase monoclínica. Cuando se usó una combinación de procedimiento de tinción y acabado (pulido o glaseado), no se encontró contenido de fase tetragonal. GSG presentó 60,3% de fase cúbica, 29,2% de fase monoclínica y GSP presentó 79,2% de fase cúbica y 20,8% de fase monoclínica.

Difractogramas obtenidos a partir de barras 5Y-PSZ sometidas a procedimientos de tinción y/o acabado superficial.

Las Figuras 3 y 4 ilustran los mapas de deformación para 5Y-PSZ, que mostraron un comportamiento similar para los diferentes grupos durante las pruebas de resistencia a la flexión de tres puntos y tenacidad a la fractura. Se presentan las deformaciones en compresión, representadas por colores fríos, correspondiendo el color blanco a la zona neutra, y los colores cálidos representando las fuerzas de tracción.

Deformaciones horizontales (Exx) en microdeformaciones (µs) generadas durante el ensayo de resistencia a la flexión de tres puntos del GSG.

Deformaciones horizontales (Exx) en microdeformaciones (µs) generadas durante el ensayo de tenacidad a la fractura del GSG.

La Tabla 2 muestra la variación de color promedio (∆E, ∆L, ∆a, ∆b) de los grupos 5Y-PSZ. Hubo una diferencia significativa entre los grupos. La Figura 5 muestra la desviación media y estándar de la translucidez en cada grupo antes (T1) y después del envejecimiento artificial acelerado (T2). No se observaron diferencias estadísticas en las siguientes comparaciones: valores de translucidez en T1 y T2 (p = 0,069), grupos (p = 0,638) e interacción tiempo*grupo (p = 0,533).

Translucidez (T) presentada como valores medios y desviación estándar de los grupos 5Y-PSZ en T1 y T2.

La hipótesis nula fue rechazada porque los procedimientos de tinción y acabado afectaron la morfología superficial y la rugosidad, el módulo elástico, la microdureza y el color del 5Y-PSZ.

5Y-PSZ está indicado para fabricar coronas monolíticas en la región anterior11,33. Los procedimientos de acabado para las restauraciones de zirconia, como el pulido y el glaseado, influyen en las características de la superficie de la zirconia y están indicados para un mejor desempeño clínico y longevidad22,23,24. GC y GP mostraron una menor rugosidad superficial mientras que la mayor rugosidad se produjo en los grupos que recibieron glaseado y tinción. El pulido proporciona una gran suavidad superficial en 5Y-PSZ34 de acuerdo con Vila-Nova et al.35.

Los diferentes procedimientos de acabado superficial pueden afectar directamente a la microestructura del 5Y-PSZ al introducir tensiones residuales que pueden afectar sus propiedades mecánicas27,29,30,31. Los valores de microdureza más bajos se asociaron con los grupos que recibieron glaseado o tinción. Se encontró una mayor microdureza en GC, GP y GG. Esta diferencia probablemente se atribuya a la introducción de una capa de tinte/esmalte en la superficie del 5Y-PSZ, cuya microdureza es más baja, y esta capa de esmalte no interactúa con el 5Y-PSZ a granel debido a las diferentes características de su microestructura.

No hubo diferencia entre los grupos en la prueba de resistencia a la flexión de tres puntos y resistencia a la fractura. Los resultados del presente estudio corroboraron Vila Nova et al. (2020)34, quienes obtuvieron valores medios de resistencia a la flexión de 528 MPa en el 5Y-PSZ. Los valores de tenacidad a la fractura de 5Y-PSZ son inferiores a los de 3Y-TZP y 4Y-PSZ35. Este estudio mostró valores de tenacidad del 5Y-PSZ inferiores a otros estudios con la misma metodología, tales como: 3,56 MPa33, 2,63 MPa36 y 2,1 MPa37. Sin embargo, estos otros estudios no utilizaron 5Y-PSZ precoloreado, lo que sugiere que la introducción de pigmentos durante la fabricación de bloques de zirconio puede conducir a una reducción de la tenacidad a la fractura.

La distribución de deformaciones durante el ensayo de tenacidad a la fractura mostró un comportamiento similar al de la cerámica feldespática, el disilicato de litio, la cerámica reforzada con leucita y el material de resina con nanorrelleno, y la mayor concentración de tensiones se produjo en la muesca, a medida que la carga aumentaba gradualmente durante el ensayo hasta la fractura38,39. El procedimiento de tinción redujo el módulo elástico dinámico, si se compara con GC, que presentó valores más altos. Esta reducción probablemente puede ser causada por sales y óxidos metálicos presentes en las manchas18. Existe similitud entre los valores del módulo de elasticidad dinámico del 5Y-PSZ con otros estudios con 4Y-PSZ (210GPa)40 y 3Y-TZP (202GPa)41.

Todos los grupos mostraron una reducción en el contenido de la fase cúbica después de los procedimientos de tinción y acabado. Aunque la tinción promovió un aumento del contenido de fase monoclínica en GS, GSG y GSP de 5Y-PSZ precoloreada, el comportamiento mecánico no mejoró. Estos resultados difieren de los de Shah et al.42, quienes reportaron que los óxidos que dan color al 3Y-TZP modifican el tamaño de grano de la zirconia y aumentan el contenido de fase monoclínica, lo que puede mejorar el comportamiento mecánico del material. Sin embargo, es necesario considerar las diferencias del 3Y-TZP utilizado en el estudio anterior y el 5Y-PSZ del presente estudio. Además, los óxidos presentes en los tintes pueden reducir los granos, afectando las propiedades mecánicas18.

La tinción de zirconia ocurre en la reproducción cromática y el mimetismo dental21,43,44,45. Todos los protocolos de acabado mostraron un cambio de color ∆E00, perceptible por el ojo humano con envejecimiento artificial acelerado simulando 1 año de servicio clínico46,47,48. La menor estabilidad de color de la zirconia está influenciada por las propiedades y cualidades de la superficie49. Las diferencias en las variaciones de color pueden surgir de la composición del material y los líquidos colorantes22. 5Y-PSZ presenta una translucidez estable, independiente de tinciones, procedimientos de acabado superficial y envejecimiento artificial acelerado.

Los maquillajes se utilizan en restauraciones monolíticas 5Y-PSZ cuando el color requiere ajuste. Cuando las manchas son necesarias, el uso de una capa de esmalte para proteger la mancha es importante y el cambio de color es menor que el pulido después de la mancha. Sin embargo, a veces el color es ideal y no es necesario teñir. Entonces, la estabilidad del color del pulido es mejor que el esmalte. Estos resultados son importantes para guiar al odontólogo en la elección de los procedimientos de acabado ideales en la práctica clínica.

El estudio demostró que el comportamiento mecánico del 5Y-PSZ se ve afectado por los procedimientos de tinción y acabado superficial, que son procedimientos clínicos y de laboratorio de rutina en la finalización de restauraciones, exhibiendo buenos resultados cuando se somete al pulido, que se indica como el mejor protocolo para acabado de restauraciones indirectas 5Y-PSZ. El envejecimiento artificial acelerado no afecta la translucidez de 5Y-PSZ, pero cambia el color del material, independientemente del procedimiento de acabado de la superficie. Sin embargo, las limitaciones de este estudio fueron: el diseño de los especímenes fue diferente al de las prótesis dentales, la tinción se realizó en una sola capa, utilizando un solo color de tinción, el envejecimiento artificial acelerado no simula todos los factores presentes en la cavidad oral, como Variación de pH, formación de biopelículas. Además, 12 meses de servicio clínico se considera un período corto al medir el éxito clínico de los materiales. Los estudios clínicos que utilizan procedimientos de tinción y acabado superficial en restauraciones indirectas 5Y-PSZ son necesarios para establecer la longevidad.

En base a los hallazgos de este estudio in vitro, se extrajeron las siguientes conclusiones:

Los procedimientos de tinción y acabado superficial aplicados en 5Y-PSZ promovieron cambios en la rugosidad de la superficie, el módulo elástico dinámico y la microdureza.

La resistencia a la flexión en tres puntos y la tenacidad a la fractura no difirieron significativamente; el pulido promovió cambios menores en las propiedades mecánicas de 5Y-PSZ.

Todos los grupos mostraron transformación de fase cristalográfica y la tinción promovió un aumento del contenido de fase monoclínica.

El envejecimiento artificial acelerado cambia el color de 5Y-PSZ, independientemente del procedimiento de acabado superficial utilizado. La translucidez no se vio afectada.

Se utilizaron bloques de zirconio parcialmente estabilizado (5Y-PSZ) (precoloreados en color A2) (Tabla 3) para fabricar las muestras. Se obtuvieron barras de dos dimensiones (30 × 4,4 × 2 mm y 25 × 3 × 4 mm), y probetas en forma de rectángulo (5 × 6 × 2 mm) utilizando una sierra de precisión, con la ayuda de un disco de diamante enfriando con agua. , y terminado manualmente con lija utilizando una granulación secuencial de 320, 400, 600 y 1200. Antes de la sinterización, las probetas se limpiaron o lavaron en un baño ultrasónico con agua destilada, y luego se sinterizaron en un horno, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Las muestras se dividieron aleatoriamente en 6 grupos: GC (control), GS (tinción), GG (glaseado), GSG (tinción y glaseado), GP (pulido), GSP (tinción y pulido).

Se utilizaron muestras en forma de barra (30 × 4,4 × 2 mm) (n = 60) para evaluar la rugosidad de la superficie, el contenido de fase cristalina, el módulo elástico dinámico y la resistencia a la flexión de tres puntos. Para el ensayo de tenacidad a la fractura se utilizaron otras probetas en forma de barra (25 × 3 × 4 mm) (n = 60), mientras que las de forma rectangular (n = 66) se sometieron a la prueba de microdureza Knoop, color y translucidez antes y después del acelerado. envejecimiento artificial.

Los procedimientos de tinción y acabado fueron realizados por un solo operador (AOS) después de la sinterización. Glaze (Glaze InSync, InSync, EE. UU.) y/o tinte (Stain InSync Orange, InSync, EE. UU.) se aplicaron con una brocha, en una sola capa, y se cocieron de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. El pulido se realizó con pulidores de diamante en dos pasos. Inicialmente, las muestras se pulieron con un pulidor de diamante de grano medio (Diacera W16DCmf, Eve Ernst Vetter GmbH, Alemania), y después con un pulidor de diamante de grano fino (Diacera W16DC, Eve Ernst Vetter GmbH, Alemania). Para ello, las probetas se colocaron en una matriz metálica (Fig. 6). La matriz con el espécimen y el instrumento rotatorio se colocaron en un dispositivo que garantiza el paralelismo y la estandarización de la carga aplicada en todos los especímenes50, y el pulido se realizó con pulidores de diamante en una pieza de mano de baja velocidad a 7000-12 000 rpm.

Paralelómetro y control de carga aplicado durante el pulido.

Se utilizó un microscopio láser confocal (LEXT OLS4000, Olympus, Japón) para evaluar la rugosidad de la superficie. Se eligió una imagen representativa de la superficie de cada grupo en función del patrón repetitivo encontrado. La rugosidad de la superficie (Sa) (n = 21) se calculó con el software (microscopio láser de medición 3D LEXT OLS4000; Olympus) que analizó toda la superficie escaneada y calculó una rugosidad media. El módulo elástico dinámico fue un método no destructivo caracterizado por la técnica de excitación de impulsos, utilizando equipos específicos (Sonelastic, ATCP Engenharia Física, Brasil) y software (Sonelastic v. 2.2, ATCP Engenharia Física, Brasil), de acuerdo con la norma ASTM E-1876 . La difracción de rayos X (XRD) se realizó utilizando un difractómetro (D2 Phaser, Bruker AXS Corporation, EE. UU.), y la cantidad relativa del contenido de fase cristalina se obtuvo a través del refinamiento de Rietveld utilizando el software (TOPAS V4.2, Bruker AXS Corporation, EE. UU. ).

El ensayo de resistencia a la flexión de tres puntos se realizó en una máquina de ensayo universal (Biopdi, São Carlos, Brasil) utilizando una celda de carga de 100 kgf a una velocidad de 0,5 mm/min, de acuerdo con la norma ISO 687251. La tenacidad a la fractura se calculó utilizando la única -Método de viga con muesca en V de borde de acuerdo con ISO 6872:201651. La muesca se realizó utilizando un disco de diamante (diamante sinterizado rígido de 0,25 mm, Odontomega, Brasil), con una profundidad que oscila entre 0,8 y 1,2 mm. A continuación, las muescas se terminaron con una pasta de pulir (Pasta de diamante Lunar, Odontomega, Brasil) y una hoja de afeitar (Navalha, Wilksonnson Sword, Reino Unido). Las muescas se examinaron bajo un microscopio óptico (S8AP0, Leica, Alemania) antes de la prueba para determinar la profundidad de la muesca entre 0,8 y 1,2 mm. Los especímenes fueron sostenidos por dos rodillos con una distancia de 20 mm entre ellos. La superficie con muescas se colocó hacia abajo y se cargó a una velocidad de 0,5 mm/min en una máquina de ensayo universal hasta la fractura. La correlación de imágenes digitales se utilizó para analizar cualitativamente la distribución de la deformación en las barras 5Y-PSZ durante las pruebas de resistencia a la flexión de tres puntos y resistencia a la fractura. La microdureza Knoop se evaluó utilizando un probador de microdureza (HMV-2, Shimadzu Corp., Japón) bajo una carga de 3 N durante 15 s (se aplicaron cinco muescas para cada espécimen en cinco lugares diferentes)52. El color y la translucidez se evaluaron utilizando un espectrofotómetro (Delta Vista 2.0, Delta Color, Brasil) a temperatura ambiente de acuerdo con las fórmulas descritas por Sharma et al. y Nassary et al.33,53. El color y la translucidez se evaluaron antes (T1) y después (T2) del envejecimiento artificial. El envejecimiento artificial se realizó utilizando el Sistema de Envejecimiento Acelerado para no metálicos C-UV (Conexim Matérias Primas Ltda, São Paulo, Brasil), con agua de condensación por aspersión con mezcla saturada de aire y vapor y luz UV-B con radiación concentrada entre 280 y 320 Nuevo Méjico. El programa consistió en 4 h de exposición a luz UV-B a 50 °C y 4 h de condensación a 50 °C por un período de 300 h. Este procedimiento de envejecimiento corresponde a 1 año de servicio clínico48,49,50.

Los análisis estadísticos se realizaron utilizando el software estadístico IBM SPSS (20.0, IBM, EE. UU.), después de la prueba de normalidad de Shapiro-Wilk, los datos de todos los ensayos presentaron una distribución normal. Las características de la superficie, las propiedades mecánicas y el color se evaluaron mediante análisis de varianza de una vía (ANOVA) y prueba de Tukey post-hoc (α = 5%). La translucidez se evaluó mediante el modelo lineal de medidas repetidas y la prueba de Bonferroni.

Los datos que respaldan los resultados de este estudio están disponibles en el artículo y se pueden solicitar al autor correspondiente.

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Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Investigación de São Paulo FAPESP [beca de investigación # 2019/18367-4] y la Agencia para la Promoción de Cursos de Posgrado de Alto Estándar, Brasil (CAPES) para el apoyo al Programa de Posgrado en Rehabilitación Oral y la beca.

Departamento de Materiales Dentales y Prótesis, Facultad de Odontología de Ribeirão Preto, Universidad de São Paulo (USP), Ribeirão Preto, SP, Brasil

Allan Oliveira da Silva y Livia Fiorin

Departamento de Materiales Dentales y Prótesis, Facultad de Odontología de Ribeirão Preto, Universidad de São Paulo (USP), Ribeirão Preto, SP, Brasil

Adriana Claudia Lapria Faria

Departamento de Materiales Dentales y Prótesis, Facultad de Odontología de Ribeirão Preto, Universidad de São Paulo (USP), Ribeirão Preto, SP, Brasil

Ricardo Faría Ribeiro

Departamento de Materiales Dentales y Prótesis, Facultad de Odontología de Ribeirão Preto, Universidad de São Paulo (USP), Av. do Café, s/n, Ribeirão Preto, SP, 14040-904, Brasil

Renata Cristina Silveira Rodrigues

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AOS: metodología, recogida e interpretación de datos, redacción del artículo, revisión final del manuscrito. LF: conceptualización, metodología, revisión final del manuscrito. ACLF: seguimiento de las pruebas en el laboratorio, análisis estadístico, revisión final del manuscrito. RFR: investigador asociado del proyecto, interpretación de datos, redacción del artículo, revisión final del manuscrito. RCSR: investigador y coordinador del proyecto, conceptualización, interpretación de datos, revisión final del manuscrito.

Correspondencia a Renata Cristina Silveira Rodrigues.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

da Silva, AO, Fiorin, L., Faria, ACL et al. Translucidez y comportamiento mecánico de la zirconia monolítica parcialmente estabilizada después de la tinción, los procedimientos de acabado y el envejecimiento artificial. Informe científico 12, 16094 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20120-y

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Recibido: 07 junio 2022

Aceptado: 08 septiembre 2022

Publicado: 27 septiembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20120-y

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