Monolithic zirconium dioxide as a full contour restorative material: With special emphasis on the optical and mechanical properties

Abstract

Full contour monolithic zirconia restorations have shown an increased popularity in the dental field over the recent years, owing to its mechanical and acceptable optical properties. However, many features of the restoration are yet to be researched and supported by clinical studies to confirm its place among the other indirect restorative materials

This series of in vitro studies aimed at evaluating and comparing the optical and mechanical properties, light cure irradiance, and cement polymerization of multiple monolithic zirconia material at variable thicknesses, environments, treatments, and stabilization.

Five different monolithic zirconia materials, four of which were partially stabilized and one fully stabilized were investigated. The optical properties in terms of surface gloss, translucency parameter, and contrast ratio were determined via a reflection spectrophotometer at variable thicknesses, coloring, sintering method, and after immersion in an acidic environment. Light cure irradiance and radiant exposure were quantified through the specimens at variable thicknesses and the degree of conversion of two dual-cure cements was determined via Fourier Transform Infrared spectroscopy. Bi-axial flexural strength was evaluated to compare between the partially and fully stabilized zirconia prepared using different coloring and sintering methods. Surface characterization was performed using a scanning electron microscope and a spinning disk confocal microscope.

The surface gloss and translucency of the zirconia investigated were brand and thickness dependent with the translucency values decreasing as the thickness increased. Staining decreased the translucency of the zirconia and enhanced surface gloss as well as the flexural strength of the fully stabilized zirconia but had no effect on partially stabilized zirconia. Immersion in a corrosive acid increased surface gloss and decreased the translucency of some zirconia brands. Zirconia thickness was inversely related to the amount of light irradiance, radiant exposure, and degree of monomer conversion. Type of sintering furnace had no effect on the optical and mechanical properties of zirconia.

Monolithic zirconia maybe classified as a semi-translucent material that is well influenced by the thickness, limiting its use in the esthetic zones. Conventional acid-base reaction, autopolymerizing and dual-cure cements are recommended for its cementation. Its desirable mechanical properties give it a high potential as a restoration for posterior teeth. However, close monitoring with controlled clinical studies must be determined before any definite clinical recommendations can be drawn.

Monoliittinen zirkonium dioksidi anatomiseen muotoon tehtyjen restauraatioiden materiaalina: kokeellisia tutkimuksia materiaalin optisista ja mekaanisista ominaisuuksista.

Zirkonian suosio on kasvanut viime vuosina lopulliseen muotoonsa valmistetuissa hammasproteettisissa rakenteissa materiaalin optisten ja mekaanisten ominaisuuksien parannuttua. Zirkoniarakenteet vaativat kuitenkin lisää materiaalitutkimuksia sekä kliinisistä kokemuksista saatavaa näyttöä ennen kuin materiaali vahvistaa paikkansa muiden epäsuorissa restauraatioissa käytettyjen materiaalien joukossa.

Näiden tutkimusten tavoitteena on ollut verrata erilaisten monoliittisten zirkonia materiaalien optisia ja mekaanisia ominaisuuksia ja valokovetuksen toimivuutta sekä selvittää materiaalin paksuuden, pintakäsittelyn ja stabilointiasteen vaikutusta niihin.

Tutkimukseen valittiin neljä osittain stabiloitua ja yksi kokonaan stabiloitu zirkonia materiaali. Optiset ominaisuudet arvioitiin materiaalin pinnan kiillon, läpikuultavuuden ja kontrastisuhteen perusteella. Analyysit tehtiin heijastus spektrofotometrilla ottaen huomioon tutkittavan materiaalin paksuus, värjäys, sintrausmenetelmä sekä happoaltistuksen vaikutus. Kahden zirkoniarakenteiden kiinnittämiseen käytettävän kaksoiskovetteisen kiinnityssementtien toimivuus testattiin eripaksuisilla testikappaleilla määrittämällä kovetusvalon irradianssi ja säteilyn läpäisevyys sekä sementin kovettumisaste. Mittaukset suoritettiin FTIR spektroskopiaa käyttämällä. Biaksiaalista taivutusluu-juusmittausta käytettiin selvittämään värjäyksen ja erilaisten sintrausmenetelmien vaikutus osittain tai kokonaan stabiloitujen zirkonia materiaalien mekaanisiin ominaisuuksiin. Materiaalien pintarakenteet arvioitiin pyyhkäisyelektroni ja konfokaali mikroskopiaa käyttämällä.

Tutkittavien materiaalien pintakiilto ja läpikuultavuus riippuivat materiaalityypistä ja paksuudesta, joka oli kääntäen verrannollinen läpikuultavuuteen. Materiaalin värjäys vähensi zirkonian läpikuultavuutta, mutta paransi kokonaan stabiloidun zirkonian pintakiiltoa ja mekaanista lujuutta. Vastaavaa vaikutusta ei todettu osittain stabiloidulla zirkonialla. Altistaminen syövyttävälle hapolle lisäsi joidenkin tutkittavien materiaalien pinnan kiiltoa, mutta vähensi niiden läpikuultavuutta. Zirkoniamateriaalin paksuus oli käänteisesti verrannollinen valon irradinassiin, säteilyn läpäisevyyteen ja sementin kovettumisasteeseen. Sintrausmenetelmällä ei todettu olevan vaikutusta materiaalien optisiin tai mekaanisiin ominaisuuksiin.

Monoliittiset zirkoniamateriaalit voidaan luokitella osittain läpikuultaviksi materiaaleiksi, mikä rajoittaa niiden käyttöä esteettisesti vaativilla alueilla. Perinteisiä ja kaksoiskovetteisia sementtejä voidaan suositella zirkoniarakenteiden kiinnittämiseen. Hyvien mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta lopulliseen anatomiseen muotoon tehtyjä zirkonia rakenteita voidaan käyttää takahammasalueiden restauroinneissa. Kontrolloituja kliinisiä tutkimuksia kuitenkin tarvitaan ennen kuin lopullisia johtopäätöksiä zirkonian käyttäytymisestä voidaan esittää.