REHABILITACIÓN ORAL

COMPARACIÓN AL SEM DE DIFERENTES TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE Y-TZP RECTIFICADOS CON FRESAS DE DIAMANTE POSTSINTERIZACIÓN

Recibido para publicación: 21-01-2013 Aceptado para publicación: 06-06-2013

RESUMEN Objetivo: Actualmente no existe un protocolo universal que determine el manejo de las estructuras de Y-TZP que han sido sometidas a procesos abrasivos. El objetivo del presente estudio es comparar el efecto del tratamiento térmico en superficies de estructuras de Y-TZP mediante microscopía electrónica de barrido. Método: Se usó un material de dióxido de Zirconio estabilizado con Ytrio, en presentación de bloque para el sistema CEREC (Sirona Dental Company) (Vita Zanfabrik) a partir del cual se obtuvieron cortes de 2 mm de espesor. Se procedió a distribuir las muestras en 4 grupos de 10 láminas cada uno y un grupo adicional de control para verificación de sinterización, compuesto por una lámina de cada grupo. Los tratamientos térmicos en 3 grupos se hicieron a 1000 C por 40 min, 1200 C por 120 min o a 1530ºC por 120 min de acuerdo a las indicaciones de cada fabricante de hornos. Resultados: No se encontraron diferencias significativas en la formación de fisuras entre los grupos con diferente tratamiento térmico, pero se encontraron diferencias significativas entre el grupo control y los demás grupos. Conclusiones: La observación al microscopio electrónico mostró que la rectificación con fresas de diamante puede causar una degradación superficial en estructuras de Y-TZP reduciendo la confiabilidad del material a largo plazo. Los tratamientos térmicos a 1000ºC y 1200ºC no son suficientemente efectivos para eliminar estas fisuras en superficie de Y-TZP. El tratamiento térmico de estructuras de Y-TZP a 1530ºC por 120 minutos reduce notablemente las grietas que se formaron por el rectificado con fresa de diamante. Palabras clave: Rehabilitación oral. Materiales dentales. Zirconio.Ytrio ABSTRACT Objective: There is no any universal protocol to manage Y-TZP structures previously submitted to abrasive procedures. The purpose of this study was to compare the effect of three thermal treatments on the surface of Y-TZP observed by SEM. Method: The tested material was Ytrium stabilized Zirconium dioxide (Y-TZP) in blocks to be used in the CEREC system (SironaVita Zanfabrik). Cross-sections 2 mm width were obtained and distributed in 4 groups, 10 specimens each, plus an additionalgroup to check the sinterization, including one specimen from each group. The control group was not submitted to any thermal treatment. The 3 experimental groups were submitted to 1000 C, 40 min, 1200 C, 120 min or 1530ºC 120 min following the manufacturer indications for each furnace. Results: No significant differences in the crack number between thermal treated groups were found, but the difference was significant between the control group (not thermal treatment) and the other groups. Conclusions: The SEM images show that rectification treatment with diamond burs changes the Y-TZP surface causing surface degradation that may reduce Y-TZP long term reliability. The 1000ºC and 1200ºC treatments are not effective to eliminate surface cracks in the Y-TZP surface but the 1530ºC for 120 minutes treatment reduced the number of cracks induced by the rectification with diamond bur. Key words: Oral Rehabilitation. Dental materials. YTZP.

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Rehabilitador Oral Fundación CIEO. Rehabilitador Oral Fundación CIEO Docente U.Nacional.Fundación Universitaria UniCIEO.

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INTRODUCCIÓN Las restauraciones metal porcelana son la base del modelo actual de prótesis fija; pero, a pesar de su contrastado éxito, no han cesado los esfuerzos por lograr sistemas totalmente cerámicos que cumplan con requisitos estéticos, funcionales y biocompatibles que equiparen o superen el éxito de dicho material. (1, 2) (Figura 1).

usan actualmente en odontología (3Y-TZP), El zirconio parcialmente estabilizado con cationes de magnesio (Mg-PSZ) y El zirconio endurecido con alúmina (ZTA). Las restauraciones se procesan por maquinado suave de bloques presinterizados seguido de una sinterización a altas temperaturas, o por maquinado fuerte de bloques completamente sinterizados. (8-11) (Figura 2).

Figura 2. Fresado CAM Figura 1. Prótesis Totalmente Cerámica

La incorporación de diferentes sistemas para la fabricación de estructuras como los sistemas CAD CAM, los sistemas Pantográficos, etc., y materiales de ultima generación como el Zirconio;(3, 4) han experimentado un rápido desarrollo, con aplicación potencial de este material en múltiples restauraciones en Rehabilitación Oral. (4, 6) Desde el punto de vista tecnológico, el Zirconio parece tener un excelente comportamiento a corto plazo; sin embargo, no hay datos sobre longevidad intraoral a largo plazo y por esta razón su futuro todavía se desconoce. (2) En la actualidad el Zirconio se usa ampliamente para fines industriales y biomédicos siendo la aplicación más extendida la fabricación de cabezas en forma de bola de Y-TZP para reemplazo total de cadera o para artroplastia de cadera total. Ha sido utilizado también en aplicaciones médicas como: herramientas quirúrgicas, manipulación de sangre, instrumentación, implantes quirúrgicos y ortopedia.(3 - 7) Solamente tres de los muchos tipos de sistemas cerámicos que contienen Zirconio se

El Y-TZP se encuentra disponible para maquinado suave utilizando temperaturas de sinterización final que varían entre 1350 y 1550ºC, dependiendo del fabricante. Este rango bastante amplio de temperaturas de sinterización es posible que influya sobre el tamaño de grano y más tarde sobre la estabilidad de fase del Y-TZP para aplicaciones odontológicas. (9,10) Las restauraciones de Y-TZP son muy aceptadas por los odontólogos y los pacientes en comparación con otros sistemas cerámicos dentales. Esta aceptación puede deberse a la resistencia del Y-TZP debido a que su microestructura es totalmente cristalina y además posee un mecanismo de refuerzo denominado “refuerzo de transformación”. (6) La transformación de fase tetragonal a monoclínica puede ser iniciada por estrés (desgaste, maquinado, arenado, etc.) y/o el exceso de humedad. La propagación de grietas es inhibida por la expansión de volumen en el extremo de la grieta. El fenómeno de transformación de fase, produce alta resistencia a la fractura. (1, 3, 6, 10)

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Las cerámicas Y-TZP son propensas al envejecimiento en ambientes húmedos. Se ha reportado entre el 2001 y 2002 varios miles de cabezas de fémures de prótesis de Y-TZP que fracasaron en un corto período de tiempo, y el origen de la fractura estuvo claramente asociado a una degradación hidrotérmica; sin embargo, ningún fracaso ha sido hasta ahora reportado para el Zirconio dental bajo estas condiciones. (2, 10) En 2010 Hjerppe y colaboradores(11) realizaron un estudio cuyo objetivo era determinar el efecto del tratamiento térmico de sinterización de la porcelana, sobre las propiedades mecánicas del Y-TZP. Concluyeron, con base en los resultados que dicho tratamiento térmico repetido no afecta la resistencia del material pero causa algo de transformación de fase tetragonal a monoclínica. Soportando lo expuesto por Hjerppe y colaboradores, y según recomendaciones de algunos fabricantes de materiales a base de Zirconio el realizar un tratamiento térmico en estructuras de Y-TZP que han sido sometidas a tratamientos de superficie como el tallado, arenado y rectificado; produce una estabilización de las moléculas de fase monoclínica a la fase tetragonal.(11) Pocos estudios referencian la influencia del tratamiento térmico de superficie de Y-TZP después de la abrasión, fresado, pulido, arenado, etc.; (7, 8, 12, 15) Kosmac y Colaboradores en 2008.(12) reportan que estos tratamientos producen una significativa disminución de la fase monoclínica en estructuras previamente talladas o arenadas. Además, los granos tetragonales de la superficie estaban divididos y distorsionados, indicando que se presenta una transformación invertida de monoclínica a tetragonal, pero recomiendan solo el arenado del Y-TZP para reforzar en la práctica clínica y confirman que el fresado puede causar una degradación sustancial de la resistencia y reduce la confiabilidad de la restauración. (12, 16, 17) Otros estudios refieren que estos efectos disminuyen la re-

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sistencia flexural del material (2, 8, 12) Guazzato y cols (16) encontraron que el tallado es el factor que más induce la transformación de fase, disminuyendo la resistencia a la flexión biaxial y formando grietas en la interfase entre Y-TZP y porcelana. Después de revisar la literatura se observa que actualmente no existe un protocolo universal que determine el manejo de las estructuras de Y-TZP que han sido sometidas a procesos abrasivos. Por lo tanto el objetivo del presente estudio es comparar el efecto del tratamiento térmico en superficies de estructuras de Y-TZP mediante microscopía electrónica de barrido. MÉTODO El tipo de investigación fue experimental in Vitro. Se elaboraron 44 especímenes basados en la norma ISO 13356:2008, la cual especifica las características y el método de prueba para evaluar la bioestabilidad y la biocompatibilidad de cerámicas de Y-TZP. ELABORACIÓN DE LOS ESPECÍMENES En este trabajo se usó un material de dióxido de Zirconio estabilizado con Ytrio, en presentación de bloques de 20/15 para el sistema CEREC (Sirona Dental Company) del mismo lote de fabricación (Vita Zanfabrik). Las muestras se obtuvieron mediante cortes de 2 mm de grosor realizados a los bloques de Y-TZP con un disco de diamante en una cortadora automática BUEHLER – ISOMET 1000 Las muestras fueron sinterizadas en el horno Zircomat T,Vita Zhanfabrik, a una temperatura de 1530ºC durante 120 min.; la sinterización se realizó de acuerdo a las indicaciones del fabricante, para llevar el material a una fase metaestable tetragonal.

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TRATAMIENTO TÉRMICO Una vez realizado el tratamiento de superficie se procedió a realizar la distribución de los 4 grupos según el tratamiento térmico. Los tratamientos se realizaron en hornos Vita Zhanfabrik a diferentes temperaturas. (Tabla 2). Tabla 2. Tratamientos térmicos por grupo

Figura Corte 3. Especimenes

GRUPO

HORNOS – VITA (Zanfabrik)

GRUPO II

VACUMAT 6000M – 1000ºC 40min

GRUPOIII

INCERAMAT II – 1200ºC 120min

GRUPO IV

ZIRCOMAT T – 1530ºC 120min

Se procedió a distribuir las muestras en 4 grupos de 10 láminas cada uno y un grupo adicional para verificación de sinterización, compuesto por una lámina de cada grupo. TRATAMIENTO DE SUPERFICIE El tratamiento de superficie se realizó a las 40 laminas (Tabla 2); el rectificado se realizó con una pieza de mano de alta velocidad y alto torque, con 5 salidas de irrigación de marca SYNEA W&H. Se utilizó una fresa de diamante galvanizado de tamaño de grano entre 27-76 µm, especifica para realizar desgastes de Y-TZP de referencia ZIRPREP, JOTA; con la que se realizó un rectificado en 3 tiempos sobre la superficie de las laminas por un mismo operador. Tabla 1. Clasificación de los grupos GRUPO GRUPO I n=10 GRUPO II n=10 GRUPO III n=10 GRUPO IV n=10

CARACTERISTICAS 10 láminas de Y-TZP rectificadas con fresa de diamante 10 láminas de Y-TZP rectificadas con fresa de diamante 10 láminas de Y-TZP rectificadas con fresa de diamante 10 láminas de Y-TZP rectificadas con fresa de diamante

Figura 4. Sinterizacion

Se utilizaron las temperaturas y tiempos de cocción adecuadas según indicaciones del fabricante para su respectivo horno. El grupo de verificación y el grupo I no fueron sometidos a ningún tratamiento térmico. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM): La preparación de las muestras se hace por un proceso de metalización, en el equipo SPUTTER SDC050 BALZERS. Posteriormente se organizan las muestras en unos vástagos metálicos y finalmente se introducen en condiciones de prevacío con argón como gas de ataque (plasma) sobre una sustancia de oro/paladio durante 15 min.

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Posterior al proceso de metalización se visualizan las muestras por medio del microscopio electrónico de barrido FEI QUANTA 200 y se realiza un barrido rápido a 100X con el objetivo de localizar la zona donde fue rectificada la lamina, luego a 2500X y finalmente a cada lamina se le realiza un barrido a 10.000X según indica la norma ISO 13356.

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formación de crack ni fisuras, en comparación con los grupos en los que se realizó la rectificación mediante fresa de diamante.

ANÁLISIS ESTADÍSTICO Se exploraron los resultados por medio del software IMAGE J, que es un programa para procesamiento de imágenes digitales que proporciona un escaneo, análisis y cuantificación de defectos de superficie en una imagen que proviene de microscopía electrónica de barrido. Con base a los datos obtenidos se aplican las pruebas estadísticas de Shapiro Wilk, Kruskal Wallis, Bartlett y Mann Whitney. RESULTADOS

Figura 5. Microestructuras del material Y-TZP (Dióxido de Zirconio estabilizado con Ytrio en fase Tetragonal), magnificación a 10.000X; grupo de verificación

La Figura 6 muestra micrografías del Grupo I (grupo con rectificación y sin tratamiento térmico), Grupo II (rectificación y tratamiento térmico a 1000ºC por 40 minutos) y Grupo III (rectificación y tratamiento térmico a 1200ºC por 120 minutos), evidenciando en los tres grupos formación de grietas en sentido vertical y horizontal a lo largo de la zona visualizada.

La prueba de Kruskal Wallis, evidenció que los grupos presentan diferencias significativas en la Mediana; por lo que se realizó la prueba de Mann Whitney (Tabla 5) no encontrando diferencias significativas en la formación de fisuras entre los grupos I, II y III, pero encontrando diferencias significativas entre el grupo IV y los demás grupos. Tabla 3. Prueba de Mann Whitney

La Figura 5 muestra las micrografías del Grupo de Verificación. Se observa una superficie compuesta por una estructura monofásica uniforme, densa sin

A

B

C Figura 6. Visualización al SEM a una magnificación de 10.000X, A lámina del grupo I. B. Lamina del grupo II y C. Lámina del grupo III

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Las muestras de la Figura 7 correspondientes al grupo IV (grupo con rectificación en su superficie y tratamiento térmico a 1530ºC por 120 minutos), evidencian una estructura granular definida sin la presencia de fisuras; con un aumento en el tamaño de las partículas en comparación con el grupo de verificación. Figura 4. Comparación de grupos Tabla 4. Intervalos de confianza, variación entre grupos

A

DISCUSIÓN

B

C Figura 7. A, B, C. Visualización al SEM a una magnificación de 10.000X del Grupo IV

La Figura 4 ilustra la comparación entre grupos en cuanto a la presencia de fisuras, una vez aplicadas las pruebas estadísticas encontrando diferencias significativas entre el grupo IV y los demás grupos.

Los resultados de esta investigación revelan que el proceso de rectificación sobre láminas de Y-TZP, utilizando una fresa de diamante entre 14 y 76 µm con pieza de mano de alta velocidad, produce fisuras en la superficie, reduciendo la confiabilidad del material a largo plazo como lo evidenció Kosmac y col. en 1999 (12) en el estudio del efecto del fresado y arenado sobre la resistencia flexural y la confiabilidad de la cerámica de Zirconia Y-TZP. La observación en microscopio electrónico de las láminas de Y-TZP previo al tratamiento de superficie con fresa de diamante, reveló que dicha cerámica pasa de poseer una superficie monofásica a una superficie desestructurada e irregular, compatible con lo reportado por Vagkopoulou y colaboradores, en 2009, (4) acerca de la transformación de fases cristalográficas del Y-TZP ligado a tratamientos de superficie, como el fresado, el arenado, etc., y cómo dichos tratamientos influyen en la durabilidad y las propiedades del material a largo plazo.

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El proceso de tratamiento térmico experimental simuló la situación habitual en laboratorios dentales que usan Y-TZP en los que frecuentemente es necesario realizar procesos como la rectificacion de estructuras para lograr el asentamiento y la adaptacion de las mismas en modelos de trabajo. Durante el proceso de rectificación, se retiran decenas de micrómetros de material cuando la fresa entra en contacto con la superficie, y comúnmente se observan chispas lo que indica que tanto el estrés como la temperatura son altos durante esta operación. Para contrarrestar los efectos causados durante este procedimiento, no existe un protocolo que enuncie el adecuado uso de estructuras de Y-TZP post sinterización. La influencia del tratamiento térmico sobre las propiedades del Y-TZP se ha reportado en diversos estudios, después de procedimientos como el rectificado o pulido; el tratamiento térmico, disminuyó las tensiones causadas por estos procedimientos, pero en la literatura no se enuncia un protocolo universal en cuanto a tratamientos térmicos posteriores a procedimientos abrasivos en estructuras de Y-TZP; Kosmac y Oblack en 2007 (12) reportan una disminución en la fase Monoclínica, posterior al refuerzo de transformación m – t mediante la aplicación de un tratamiento térmico superior a 920ºC, soportando dichos resultados mediante la difracción de rayos X. El presente estudio aplicó tres tratamientos térmicos: a 1000ºC, 1200ºC y 1530ºC; el primero basado en las especificaciones del fabricante de los Bloques de Y-TZP, a partir de los cuales se obtuvieron las láminas para la visualización al SEM, el segundo a 1200ºC en estructuras rectificadas acorde a la temperatura a la cual se realiza el cambio de forma cristalográfica de Monoclínica a Tetragonal (1170ºC a 2370ºC), siendo esta temperatura utilizada de forma cotidiana; y a 1530ºC para observar los cambios en la superficie del Y-TZP al repetir el proceso de sinterización.

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Los resultados del presente estudio evidenció formación de fisuras en los grupos I, II y III; adicionalmente una reducción evidente de la formación de fisuras en el grupo IV con una reorganización de la estructura, con partículas uniformes y de mayor tamaño con respecto al grupo de verificación. Hjerpe y cols en 2009, reportan en su investigación que el tamaño de grano, fue menor en los grupos con tiempos de sinterización más cortos y que la temperatura es directamente proporcional al aumento del tamaño en los granos, compatible con los resultados del presente estudio. Con base en los resultados obtenidos en la presente investigación: 1. En lo posible se recomienda no realizar ajustes o rectificación postsinterización a estructuras de Y-TZP. 2. Realizar un protocolo para el adecuado manejo del Y-TZP en caso de haber realizado rectificaciones o desgastes con instrumentos rotatorios en la superficie del material. 3. Si se realiza rectificación, usar instrumentos y técnicas adecuadas según las especificaciones del fabricante. 4. En caso de haber realizado tratamientos de superficie al Y-TZP realizar el tratamiento térmico a 1530ºC, para disminuir el número de fisuras y así recuperar la estructura tetragonal y homogénea del material pero se aclara que esto no garantiza que el Y-TZP recupere sus propiedades fisicoquímicas. CONCLUSIONES La observación al microscopio electrónico mostró que los tratamientos de superficie como la rectifica-

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ción con fresas de diamante modifican la superficie del Y-TZP. La rectificación con fresas de diamante puede causar una degradación superficial en estructuras de Y-TZP reduciendo la confiabilidad del material a largo plazo. Los tratamientos térmicos a 1000ºC y 1200ºC no son lo suficientemente efectivos para eliminar fisuras en superficie de Y-TZP causadas por procedimientos abrasivos con fresas de diamante. El tratamiento térmico en estructuras de Y-TZP a 1530ºC por 120 minutos reduce notablemente las grietas que se formaron por de rectificado con fresa de diamante.

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