Translucidez y comportamiento mecánico de circonio monolítico parcialmente estabilizado después de tinciones, procedimientos de acabado y envejecimiento artificial.

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

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La circona parcialmente estabilizada (5Y-PSZ) se ha utilizado ampliamente para fabricar restauraciones monolíticas indirectas, y el efecto de los procedimientos de acabado sobre las propiedades ópticas y mecánicas de estos materiales aún no está claro. 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 de tres puntos, la distribución de deformaciones, el color (∆E00/∆L/ ∆a/∆b), y translucidez antes y después del envejecimiento artificial acelerado (pulverización de agua y ultravioleta) de 5Y-PSZ. Se prepararon muestras en forma de barra y rectángulo de 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 (tinción y pulido). Hubo una diferencia significativa entre los grupos en cuanto a rugosidad de la superficie (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 menores cambios al 5Y-PSZ. El envejecimiento artificial acelerado provocó cambios de color, independientemente del procedimiento de acabado utilizado.

La ciencia odontológica siempre busca mejoras en las propiedades ópticas de los materiales dentales. La circona 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 brindar una sonrisa natural y armoniosa con los demás dientes2,3.

La circona tetragonal policristalina estabilizada con itrio (3Y-TZP) es la más utilizada en odontología, pero la circona parcialmente estabilizada (4Y-PSZ y 5Y-PSZ), con mayores concentraciones de óxido de itrio en su composición en comparación con la 3Y-TZP, 4 moles. % para 4Y-PSZ y 5% molar 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 isotrópico, a diferencia de la fase tetragonal8,10, 11. Estas modificaciones se atribuyen a una menor dispersión de la luz que mejora la translucidez del material para uso clínico12,13,14.

La circona es blanca y requiere un ajuste de color para imitar la apariencia de los dientes naturales15,16,17,18. Hay tres técnicas disponibles para asignar color al circonio: adición de óxidos metálicos durante la fabricación de bloques de circonio, inmersión o aplicación de líquidos colorantes sobre circonio presinterizado y tinción después del proceso de sinterización12,19,20. Estos métodos pueden afectar el contenido de fase cristalina, lo que puede afectar las propiedades ópticas y mecánicas de la circona21.

El pulido y el glaseado son procedimientos de acabado que mejoran la estética del circonio22, reduciendo la rugosidad de la superficie4,23, la acumulación de biopelículas24 y el desgaste del antagonista25,26. 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 de 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 de 5Y-PSZ y la influencia del envejecimiento artificial sobre el color y la translucidez. La hipótesis nula probada fue que el teñido, pulido, vidriado y envejecimiento artificial no influyen 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 de 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 imágenes de la morfología superficial de los grupos experimentales. (a) GC (control). (b) GG (acristalamiento). (c) GS (tinción). (d) GSG (tintado y glaseado) (e) GP (pulido). f) GSP (tintado 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 superficiales 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 se realizó solo vidriado (GG), se redujo la fase cúbica (78,6%), se 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 tenía 70,8% de fase cúbica, 20,8% de fase tetragonal y no se encontró fase monoclínica. Cuando se utilizó 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 de barras de 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 y tenacidad a la fractura en tres puntos. Las deformaciones de compresión se presentan representadas por colores fríos, correspondiendo el color blanco a la zona neutra y los colores cálidos a las fuerzas de tracción.

Deformaciones horizontales (Exx) en microdeformaciones (μs) generadas durante la prueba 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 media y la desviación 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).

La translucidez (T) se presenta como valores medios y desviación estándar de los grupos 5Y-PSZ en T1 y T2.

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

5Y-PSZ está indicado para fabricar coronas monolíticas en la región anterior11,33. Los procedimientos de acabado para restauraciones de circonio, como el pulido y el glaseado, influyen en las características de la superficie del circonio y están indicados para un mejor rendimiento 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 teñido. 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 la microestructura de 5Y-PSZ al introducir tensiones residuales que pueden afectar sus propiedades mecánicas27,29,30,31. Los valores más bajos de microdureza se asociaron con los grupos que recibieron vidriado o tinción. Se encontró una mayor microdureza en GC, GP y GG. Esta diferencia probablemente se atribuye a la introducción de una capa de tinte/esmalte en la superficie del 5Y-PSZ, cuya microdureza es menor, y esta capa de esmalte no interactúa con el 5Y-PSZ en masa debido a sus diferentes características de microestructura.

No hubo diferencias 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 más bajos que 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 circonio puede conducir a una reducción de la tenacidad a la fractura.

La distribución de deformaciones durante la prueba de tenacidad a la fractura mostró un comportamiento similar a la cerámica feldespática, disilicato de litio, cerámica reforzada con leucita y material de resina nanorrelleno, y la mayor concentración de tensión ocurrió en la entalla, a medida que la carga aumentó gradualmente durante la prueba hasta la fractura38,39. El procedimiento de tinción redujo el módulo elástico dinámico, en comparación con la GC, que presentó los 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 de 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 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 del 5Y-PSZ precoloreado, el comportamiento mecánico no mejoró. Estos resultados son diferentes a los de Shah et al.42, que informaron que los óxidos que dan color al 3Y-TZP cambian el tamaño de grano de la circona y aumentan el contenido de fase monoclínica, lo que puede mejorar el comportamiento mecánico del material. Sin embargo, es necesario considerar las diferencias entre el 3Y-TZP utilizado en el estudio anterior y el 5Y-PSZ del presente estudio. Además, los óxidos presentes en las manchas pueden reducir los granos, afectando las propiedades mecánicas18.

La tinción de circonio 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 del color del circonio 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 de los líquidos colorantes22. 5Y-PSZ presenta una translucidez estable, independiente de tinciones, procedimientos de acabado superficial y envejecimiento artificial acelerado.

Los tintes se utilizan en restauraciones monolíticas 5Y-PSZ cuando es necesario ajustar el color. Cuando son necesarios tintes, el uso de una capa de esmalte para proteger el tinte es importante y el cambio de color es menor que el pulido después del tinte. Sin embargo, a veces el color es ideal y no es necesario teñir. Entonces, la estabilidad del color del pulido es mejor que la del esmalte. Estos resultados son importantes para guiar al dentista 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 rutinarios en la finalización de las restauraciones, exhibiendo buenos resultados al ser sometido al pulido, lo 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 las muestras era diferente al de las prótesis dentales, la tinción se realizó en una sola capa, utilizando un solo color de tinte, el envejecimiento artificial acelerado no simula todos los factores presentes en la cavidad bucal, como Variación del pH, formación de biopelículas. Además, 12 meses de servicio clínico se consideran un período corto a la hora de medir el éxito clínico de los materiales. Son necesarios estudios clínicos que utilicen procedimientos de tinción y acabado superficial en restauraciones indirectas 5Y-PSZ para establecer la longevidad.

Con base en los hallazgos de este estudio in vitro, se sacaron las siguientes conclusiones:

Los procedimientos de tinción y acabado de superficies 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 del 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 de superficie utilizado. La translucidez no se vio afectada.

Para fabricar las muestras se utilizaron bloques de circonio parcialmente estabilizado (5Y-PSZ) (precoloreados en color A2) (Tabla 3). Se obtuvieron barras de dos dimensiones (30 × 4,4 × 2 mm y 25 × 3 × 4 mm) y probetas de forma rectangular (5 × 6 × 2 mm) utilizando una sierra de precisión, con la ayuda de un disco de diamante enfriado por agua. , y terminado manualmente con papel de lija utilizando una granulación secuencial de 320, 400, 600 y 1200. Antes de la sinterización, las probetas fueron limpiadas o lavadas en un baño de ultrasonidos con agua destilada, y luego sinterizadas en un horno, según 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. Otras probetas con forma de barra (25 × 3 × 4 mm) (n = 60) se utilizaron para el ensayo de tenacidad a la fractura, mientras que las de forma rectangular (n = 66) se sometieron al ensayo de microdureza, color y translucidez de Knoop antes y después de la aceleración. envejecimiento artificial.

Los procedimientos de tinción y acabado fueron realizados por un solo operador (AOS) después de la sinterización. El glaseado (Glaze InSync, InSync, EE. UU.) y/o el tinte (Stain InSync Orange, InSync, EE. UU.) se aplicaron con una brocha, en una sola capa, y se cocieron según 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 luego con un pulidor de diamante de grano fino (Diacera W16DC, Eve Ernst Vetter GmbH, Alemania). Para ello, las muestras se colocaron en una matriz metálica (Fig. 6). La matriz con la muestra y el instrumento rotatorio se colocaron en un dispositivo que garantiza el paralelismo y la estandarización de la carga aplicada en todas las muestras50, y el pulido se realizó utilizando pulidores de diamante en una pieza de mano de baja velocidad a 7000-12000 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 en cada grupo en función del patrón repetitivo encontrado. La rugosidad de la superficie (Sa) (n = 21) se calculó con un software (LEXT 3D Measurement Laser Microscope 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 por impulso, utilizando equipos específicos (Sonelastic, ATCP Engenharia Física, Brasil) y software (Sonelastic v. 2.2, ATCP Engenharia Física, Brasil), según la norma ASTM E-1876. . La difracción de rayos X (DRX) se realizó utilizando un difractómetro (D2 Phaser, Bruker AXS Corporation, EE. UU.), y la cantidad relativa del contenido de fase cristalina se obtuvo mediante refinamiento Rietveld utilizando el software (TOPAS V4.2, Bruker AXS Corporation, EE. UU. ).

El ensayo de resistencia a la flexión en 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 el 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 rígido sinterizado de 0,25 mm, Odontomega, Brasil), con una profundidad que oscila entre 0,8 y 1,2 mm. Luego se remataron las muescas con una pasta de pulir (Lunar Diamond Paste, 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 las muescas entre 0,8 y 1,2 mm. Las probetas fueron sostenidas 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 prueba universal hasta la fractura. La correlación de imágenes digitales se utilizó para analizar cualitativamente la distribución de deformaciones en las barras 5Y-PSZ durante las pruebas de resistencia a la flexión y tenacidad a la fractura en tres puntos. La microdureza de 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 indentaciones para cada muestra 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 según las fórmulas descritas por Sharma et al. y Nassary et al.33,53. Se evaluaron el color y la translucidez antes (T1) y después (T2) del envejecimiento artificial. El envejecimiento artificial se realizó mediante el Sistema de Envejecimiento Acelerado para no metálicos C-UV (Conexim Matérias Primas Ltda, São Paulo, Brasil), con aspersión de agua de condensación con mezcla saturada de aire-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 unidireccional (ANOVA) y prueba post-hoc de Tukey (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 pueden solicitarse 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 de Promoción de Cursos de Posgrado de Alto Estándar de Brasil (CAPES) para el apoyo al Programa de Posgrado en Rehabilitación Oral y la beca.

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

Allan Oliveira da Silva y Lívia Fiorin

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

Adriana Claudia Lapria Faria

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

Ricardo Faria Ribeiro

Departamento de Materiales y Prótesis Dentales, 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, recolección 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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da Silva, AO, Fiorin, L., Faria, ACL et al. Translucidez y comportamiento mecánico de circonio monolítico parcialmente estabilizado después de tinciones, procedimientos de acabado y envejecimiento artificial. Informe científico 12, 16094 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20120-y

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Recibido: 07 de junio de 2022

Aceptado: 08 de septiembre de 2022

Publicado: 27 de septiembre de 2022

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

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