UNIVERSIDAD DE COSTA RICA SISTEMA DE ESTUDIOS DE POSGRADO EFECTOS DE LOS PROTOCOLOS DE SINTERIZACIÓN Y SIMULACIÓN DE AJUSTE OCLUSAL EN PROPIEDADES MECÁNICAS Y CONFIABILIDAD DE ZIRCONIA MULTICAPA CON GRADIENTE DE RESISTENCIA Trabajo final de investigación aplicada sometido a la consideración de la Comisión del Programa de Estudios de Posgrado en Odontología pata optar al grado y título de Maestría Profesional en Odontología con énfasis en Prostodoncia. DANIELA BUSTAMANTE FERNANDEZ Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, Costa Rica 2022 II DEDICATORIA Me gustaría dedicárselo a mi familia, que siempre ha estado siempre conmigo. A mis dos compañeros de posgrado, “mis Joses”, que son mis amigos, los admiro, y que los quiero con el alma. Y también a todo el grupito lindo que formamos con los chicos que fueron entrando después al posgrado, la pasamos siempre super lindo, incluso en los días más estresantes. III AGRADECIMIENTOS Quisiera agradecerle a mis amigos, y a Mark, por tanto apoyo y hacer que todo este recorrido haya sido más lindo de lo que imaginaba. También al increíble equipo de personas que me rodearon mientras realizaba la tesis, primeramente al doctor Lafuente, siempre lo he admirado, además de ser una excelente persona, ha sido mi mentor desde el último año de pregrado, me impulsó a ser excelente y a reconocer la importancia de la investigación en odontología, gracias por todo, lo quiero muchísimo. Al doctor Fabián Murillo, al cual considero una de las personas más valiosas que puede tener Costa Rica en el área de investigación, y me brindó siempre su ayuda de la mejor manera. El grupo de O&D Digital Lab, que me hicieron sentir siempre como en casa, una familia muy linda, gracias Daniel Ross, por tantísima ayuda, no conozco a alguien en este país con tanto conocimiento en odontología digital y siempre con una sonrisa y solución para absolutamente todo, a Luis, a Ramiro, a Orlando, a Vero. Gracias Karla, siempre linda sin esperar nada a cambio, solo por ayudar. Gracias al doc Montero, a Chava, a Dani, por tenderme la mano en este proceso. Y a Cao, que fue una gran amiga e hizo que todo el tiempo en el posgrado se disfrutara más. IV V Capítulo 1. Introducción 1 1.1 Introducción 1.2 Objetivos del estudio 1.2.1 Objetivo general 1.2.2 Objetivos específicos 1.3 Pregunta de investigación 1.4 Hipótesis 1.4.1 Hipótesis nula 1.4.2 Hipótesis alterna Capítulo 2. Marco teórico 2.1 Materiales cerámicos para restauraciones indirectas 2.2 Las cerámicas a base de zirconia, composición y características estructurales 2.3 Producción de bloques y discos, y sinterización de las cerámicas a base de zirconia 2.4 Degradación a bajas temperaturas 2.5 Evolución del uso clínico de las cerámicas a base de zirconia y su relación con los diferentes tipos de material comercialmente disponibles actualmente (monolítica) 2.5.1 primera generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 3% mol de itria (3Y-TZP) 2.5.2 segunda generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 3% mol de itria con menor contenido de alúmina (3Y-TZP) 2.5.3 Tercera generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 5%mol de itria (5Y-TZP). Modificación de la VI estructura cristalina 2.5.4 Cuarta generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 4%mol de itria (4Y-TZP). Modificación de la estructura cristalina 2.5.5 Zirconia multicapa con gradiente de color 2.5.6 Zirconia multicapa con gradiente de resistencia 2.6. Ajustes en silla en restauraciones de zirconia Capítulo 3. Marco Metodológico 3.1 Lugares donde se desarrolla la investigación 3.2 Diseño del estudio 3.3 Determinación del tamaño de la muestra 3.4 Operacionalización de variables 3.4.1 Variable Independiente 3.4.2 Variables dependientes Capítulo 4. Marco Experimental 4.1 Estudio piloto 4.2 Metodología 4.3 Diseño estadístico Capítulo 5. Resultados 5.1 Resistencia flexural 5.2 Módulo de elasticidad 5.3 Confiabilidad de Weibull 5.4Evaluación fractográfica de especímenes representativos con microscopía electrónica de barrido VII Capítulo 6. Discusión Capítulo 7. Conclusiones Capítulo 8. Referencias bibliográficas VIII RESUMEN Problema: se desconoce el comportamiento de las nuevas zirconias con gradiente de resistencia tras protocolos rutinarios de ajustes clínicos en silla, así como bajo protocolos de sinterizado rápido. Objetivo: Evaluar el efecto de la sinterización rápida y simulación de desgastes/ajustes clínicos en propiedades mecánicas de la zirconia con gradiente. Materiales y métodos: 160 muestras, divididas en 8 grupos, ZirCAD LT (control) y ZirCAD Prime, con y sin desgaste, y protocolo de sinterizado convencional o rápido. Fresadas en barras para prueba de flexión de 3 puntos, evaluando también el módulo de elasticidad, y la confiabilidad. La estadística de Weibull fue realizada con los datos de resistencia flexural. Se analizaron las superficies mediante microscopía electrónica. Los datos de resistencia flexural se analizaron mediante ANOVA de 3 vías (=0.05); y prueba de Tukey (p0.05), para evaluar diferencias entre los grupos. El módulo de elasticidad con la mediana de Mood para datos no paramétricos. Resultados: el sinterizado convencional mostró una mayor resistencia en comparación al sinterizado rápido (P=0,000); el protocolo de desgaste y pulido mostró aumentar la resistencia flexural de ZirCAD LT (P=0,022), pero disminuyó su confiabilidad, Prime mostró ser un material más rígido en comparación a la zirconia control (P=0,000), y la rigidez de ambos materiales aumentó con el protocolo de desgastes y pulido (P=0,011). Conclusiones: el sinterizado rápido ni la simulación de ajustes oclusales provocó un cambio significativo en la zirconia con gradiente de resistencia, pero el sinterizado convencional sí mostró una mayor resistencia y confiabilidad, mientras que la zirconia convencional mostró ser más sensibles a los tratamientos de superficie y sinterización. Palabras clave: zirconia; gradiente de resistencia; desgaste; pulido; sinterizado rápido. IX ABSTRACT Problem statement: the behavior of the new zirconias with gradient resistance after routine protocols of chairside clinical adjustments, as well as under rapid sintering protocols, is still unknown. Objective: evaluate the effect of rapid sintering and simulation of wear/clinical adjustments on mechanical properties of gradient zirconia. Materials and methods: 160 samples were divided into 8 groups, ZirCAD LT (control) and ZirCAD Prime, with and without wear, and conventional or rapid sintering protocol. They were milled in bars for a 3-point bending test, also evaluating the modulus of elasticity and reliability. Weibull statistics were performed with the flexural strength data. Surfaces were analyzed by electron microscopy. Flexural strength data were analyzed by 3-way ANOVA (α=0.05); and Tukey's test (p 0.05), to evaluate differences between groups. The modulus of elasticity with Mood's median for nonparametric data.. Results: conventional sintering showed higher strength compared to speed sintering (P=0,000); wear and polishing protocol showed increased flexural strength of ZirCAD LT (P=0,022), but decreased reliability, Prime showed to be a stiffer material compared to control zirconia, and the stiffness of both materials increased with the abrasion and polishing protocol (P=0,011). Conclusions: neither rapid sintering nor simulation of occlusal adjustments caused a significant change in zirconia with resistance gradient, but conventional sintering showed a higher resistance and reliability than speed sintering, while conventional zirconia showed to be more sensitive to surface and sintering treatments. X Keywords: zirconia; gradient resistance; grinding; polishing; fast sintered. Lista de cuadros Cuadro 1. definición conceptual y operacional de la variable independiente Cuadro 2. Definición conceptual y operacional de las variables dependientes Cuadro 3. Análisis de Varianza para resistencia flexural Cuadro 4. Valores de resistencia a flexión, comparación post hoc (Tukey) Cuadro 5. Valores de módulo de elasticidad no paramétricos con mediana de Mood Cuadro 6. Resultados de la estadística de Weibull Lista de figuras Figura 1. Probabilidad de falla (Weibull) según resistencia flexural (MPa) Figura 2. Tasa de riesgo (%) según resistencia flexural (MPa) Figura 3. Imágenes de superficies fracturadas con microscopía electrónica de barrido Figura 4. Imágenes de superficies con microscopía electrónica de barrid 1 CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Introducción Las rehabilitaciones orales en prostodoncia requieren el uso de materiales que sean estéticos, biocompatibles y que sean resistentes a las fuerzas masticatorias, para asegurar el éxito a largo plazo. La alta demanda por parte de los odontólogos, así como de los pacientes, ha dirigido a un predominio de restauraciones cerámicas libres de metal, por razones como una mayor estética, mejor biocompatibilidad, y mayor conservación del tejido dental. A pesar de la naturaliza frágil de las cerámicas, el óxido de zirconio, o zirconia, ha tomado un gran protagonismo en las últimas décadas, junto con materiales estéticos como el disilicato de litio. Las propiedades de resistencia excepcional y un color naturalmente blanco, ha llevado a que este material haya evolucionado enormemente a través de los años, permitiendo cubrir una gran gama de aplicaciones clínicas, desde restauraciones estéticas y delicadas como carillas, hasta superestructuras monolíticas de arcadas completas, así como también en el campo de la implantología, y otros (Stawarczyk et al., 2017a). Además de contar con un buen desempeño en estudios in vitro y clínicos de largo plazo (Pjetursson et al., 2015). La zirconia es un material policristalino, el cual en odontología es generalmente estabilizada a temperatura ambiente con óxidos como itria para ser utilizado como un material restaurador. El contenido de itria (Y), afecta importantemente sus propiedades mecánicas, y físicas, en donde a mayor itria, mayor translucidez, pero a su vez, menor resistencia (Anusavice et al., 12013). La primera generación de zirconia fue utilizada con 3% mol de itria, conocida como 3Y TZP, que a pesar de su 2 incomparable resistencia (mayor a los 1000 MPa), su gran opacidad la limitó para ser utilizada como subestructuras que son posteriormente recubiertas con cerámicas más translúcidas, lo que a su vez, al igual que con las restauraciones metal cerámicas, trajo el problema de la fractura de la cerámica de recubrimiento, conocido en inglés como "chipping", y ha sido reportado, hasta la fecha, como la causa principal de complicaciones de estas estructuras (Ghodsi et al., 2018). Con el afán de evitar el problema de "chipping", disminuir costos y agilizar la fabricación de restauraciones de zirconia, se buscó mejorar las propiedades de esta para lograr obtener restauraciones de contorno completo monolíticas, que además eviten un mayor desgaste dental que con las estructuras bicapa. El material opaco y resistente de la primera generación ha pasado por distintas modificaciones, inicialmente con la disminución de la concentración de alúmina que dio lugar a una segunda generación, más translúcida que la primera, con una ligera disminución de su resistencia, pero todavía con una estética no muy aceptada, especialmente en zonas estéticas cuando hay dientes naturales contiguos. Y posteriormente, el aumento del contenido de itria, marcó la introducción de las siguientes generaciones, en donde la tercera generación consiguió obtenerse excelente translucidez con 5% mol de itria, denominada entonces (5Y), y para la cuarta generación se decidió disminuir a 4% mol de itria 4 (Y), con el fin de combinar una translucidez aceptable en la zona anterior, pero con una alta resistencia que le permitiese cubrir una mayor cantidad de aplicaciones clínicas (Stawarczyk et al., 2017a; Ghodsi et al., 2018). En el 2015 se introdujeron al mercado las estructuras multicapa (“multi- layer”, en inglés), donde con la ayuda de pigmentos permitieran simular 3 el cambio de saturación de color que se observa naturalmente en el tejido dental; se crearon entonces discos y bloques policromáticos, con una base más saturada en pigmentos, y que gradualmente estos se van reduciendo conforme se acerca a la parte superior del material, y se lanzaron al mercado productos multicapa con zirconias de segunda, tercera y cuarta generación. Recientemente, se creó otra tecnología multicapa, en donde además del gradiente de color, se combinaron distintas generaciones de zirconia en un mismo disco, por lo que en la parte inferior del disco se utiliza una zirconia más resistente y opaca que simula la zona de dentina, y gradualmente va cambiando a una zirconia más translúcida pero menos resistente en la zona incisal u oclusal de la restauración final. La casa Ivoclar fue la primera en crear discos con gradientes de resistencia, inicialmente con e.max IPS ZirCAD Multi, en presentación de disco y bloque con zirconia 4Y en su base y 5Y en la parte superior, y posteriormente lanzó al mercado e.max IPS ZirCAD Prime, que combina zirconia 3Y y 5Y (Michailova et al., 2020), por lo que su resistencia gracias a su base es mayor y permite, según los fabricantes, ser utilizada en prótesis fija de hasta 14 unidades, con un máximo de 2 pónticos contiguos entre sí. Un problema que ha enfrentado la zirconia es que su fabricación requiere de mucho tiempo, ya que tras el fresado de las restauraciones, tradicionalmente necesita ser sinterizada en un horno por muchas horas, imposibilitando que las restauraciones puedan ser entregadas al paciente en una misma cita, a este método de trabajo se denomina “en silla” o más ampliamente conocido como “chairside”, en inglés, en el cual el odontólogo tiene su propio equipo que le permite ver al paciente, obtener un modelo oral digital, fresar, procesar y entregar las restauraciones en pocas horas, todo en el mismo día, sin depender de un laboratorio externo. Y debido al auge que ha tenido esta metodología de trabajo, se han creado 4 hornos especiales, con programas de sinterizado rápido y también super rápido, que acortan sustancialmente los tiempos, que van desde 2 horas a tiempos menores de 30 minutos, permitiendo entregar restauraciones de zirconia en una misma cita. Se conoce que alterar los tiempos y temperaturas de sinterizado provoca inevitablemente cambios en la microestructura de este material, y por lo tanto, en sus propiedades mecánicas y físicas. Estos protocolos están disponibles para los materiales multicapa con gradiente de resistencia, los cuales cuentan con muy pocos estudios in vitro, y no ha habido estudios clínicos, por lo que se desconoce cómo se puede alterar el rendimiento de estos (Cokic et al, 2020; Schonhoff et al., 2021). A pesar de los avances en la tecnología CAD/CAM, sigue siendo necesario realizar ajustes durante la entrega de restauraciones, con el fin de garantizar una correcta adaptación que mejore su desempeño a lo largo del tiempo (Hatanaka et al., 2020). Estos ajustes en materiales tan duros como la zirconia, son tediosos, la fricción generada durante estos provoca el aumento de temperatura de las superficies, y que a pesar de que se han escrito protocolos con base en evidencia científica para realizar desgastes sobre zirconia, el hecho de que continuamente y de manera muy acelerada van surgiendo nuevos productos basados en este material en el mercado, con tan poco tiempo de evaluación y evidencia científica experimental y clínica, dificulta el reconocimiento y por lo tanto entendimiento del manejo apropiado de cada tipo de zirconia, lo cual va creando un vacío en el odontólogo, y desconocimiento sobre el futuro comportamiento a corto, mediano y largo plazo para estas nuevas cerámicas. 5 Este trabajo busca crear información acerca del comportamiento mecánico, y de la confiabilidad de esta nueva zirconia multicapa con gradiente de resistencia tras el protocolo de sinterizado rápido y tras la simulación de ajustes oclusales en silla, procedimientos que son realizados de manera rutinaria a nivel global, y que escasean de estudios más allá de los mostrados por los fabricantes. 1.2 Objetivos del estudio 1.2.1 Objetivo general Evaluar el efecto de la sinterización rápida y simulación de desgastes/ajustes clínicos en propiedades mecánicas de la zirconia con gradiente 1.2.2 Objetivos específicos • Evaluar la resistencia flexural, de zirconia con gradiente de resistencia tras la aplicación del sinterizado rápido y simulación de desgastes oclusales. • Cuantificar el modulo de elasticidad, de zirconia con gradiente de resistencia tras el sinterizado rápido y sinterizado convencional sufriendo desgastes superficiales. • Observar el efecto de protocolos de sinterizado rápido y sinterizado convencional en la morfología de la zona de fractura, así como en las superficies tratadas con desgastes superficiales, mediante microscopía electrónica de barrido. 6 • Estimar la confiabilidad y análisis de fallas de los materiales en estudio mediante estimación de los parámetros de la distribución de Weibull. 1.3 Pregunta de investigación ¿Cuál es la diferencia en propiedades mecánicas y confiabilidad de la zirconia con gradiente de resistencia con la zirconia convencional, tras aplicarles diferentes protocolos de sinterización (convencional y rápido) y simularles desgastes superficiales? 1.4 Hipótesis 1.4.1 Hipótesis nula Las propiedades mecánicas de los materiales en estudio no serán influenciadas ni por el desgaste superficial ni por el protocolo de sinterización rápido. 1.4.2 Hipótesis alterna Las propiedades mecánicas de los materiales en estudio serán influenciadas por el desgaste superficial y por el protocolo de sinterización rápido. 7 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 2.1 Materiales cerámicos para restauraciones indirectas Las cerámicas en los últimos 50 años han evolucionado enormemente, así como las técnicas de producción y aplicaciones, actualmente hay muchas en el mercado, y otras que han quedado en desuso debido al surgimiento de otras mejoradas (Denry & Holloway, 2010). Las cerámicas son materiales inorgánicos no metálicos, con compuestos de un óxido de algún metal o elemento semimetálico (aluminio, boro, calcio, cerio, litio, magnesio, fósforo, potasio, sílice, sodio, titanio y zirconio (Anusavice et al., 2013). Gracis et al. (2015) en su artículo de clasificación de cerámicas, divide los sistemas cerámicos en tres tipos: cerámicas vítreas o vitrocerámicas, cerámicas policristalinas, y cerámicas con matriz de resina. La razón por la cual el grupo de cerámicas con matriz de resina están en esta clasificación se debe a que se ha aceptado como un material para restauraciones indirectas, con propiedades e indicaciones similares a las de las cerámicas en odontología ((https://www.ada.org/resources/research/science-and-research- institute/oral-health-topics/materials-for-indirect-restorations, n.d.; McLaren & Giordano, 2010). En el primer grupo encontramos por las cerámicas vítreas, que como su nombre lo indica, contienen una matriz vítrea, compuesta por aluminosilicatos (naturales o sintéticos), junto con distintos componentes cristalinos. Podemos clasificarlas en tres subgrupos. El primero es la porcelana feldespática, famosa por su alta estética y fragilidad, con cristales de leucita en una cantidad de baja a moderada, mejorando propiedades mecánicas, y capacidad de modificar su coeficiente de expansión térmica y ser utilizada como recubrimiento para 8 subestructuras de otros materiales (Denry & Holloway, 2010; McLaren & Giordano, 2010; Shenoy & Shenoy, 2010; Anusavice et al., 2013). Es común que se llame de manera errónea “porcelana” a otras cerámicas, pero esta es la porcelana auténtica, formada de una matriz vítrea de feldespato natural, que contiene sílice (cuarzo), y un tipo de arcilla llamada caolín (aluminosilicato hidratado), entre otros (Layton & Walton, 2012; Gracis et al., 2015; Shenoy & Shenoy, 2010). Se utilizada principalmente en carillas donde se consigue una muy alta estética, y se limita a casos donde se tiene un bajo riesgo de flexión, apoyándose idealmente sobre esmalte (McLaren & Figueira, 2015). Su otra aplicación es como material de recubrimiento, como lo que es metal-porcelana, y otras cerámicas (incluida la zirconia), creando un efecto más natural (McLaren & Figueira, 2015; Gracis et al., 2015). El segundo subgrupo de las cerámicas vítreas, son las vitrocerámicas sintéticas, a los cuales se les añadieron distintos tipos de cristales artificialmente dentro de la matriz vítrea, y se dividen por otros 3 subgrupos, el primero está conformado por disilicatos de litio y derivados, el segundo por cristales de leucita, y el tercero vitrocerámicas con cristales de fluoroapatita (Gracis et al., 2015). El disilicatio de litio es básicamente una matriz de aluminosilicato a la cual se le agregó óxido de litio (McLaren & Giordano, 2010), el más reconocido fue creado por la casa Ivoclar Vivadent en la década de los noventas, bajo el nombre de IPS Empress II, luego llamado IPS e.max (Shenoy & Shenoy,2010), y debido a los permisos legales, fue el único disilicato de litio en el mercado, funcionando como una buena alternativa a la zirconia, en restauraciones en la zona anterior donde se busca mayor translucidez (especialmente si hay dientes naturales adyacentes), pero con aproximadamente un tercio de su resistencia flexural (350-400 MPa)(Camposilvan et al., 2018). El disilicato de litio y la zirconia han marcado una gran tendencia en el mercado, gracias a sus excelentes propiedades, así como la facilidad de ser procesadas 9 mediante tecnología CAD/CAM, pero a diferencia de la zirconia, la cual solo puede ser fresada, el disilicato de litio puede ser también prensado. Tras el vencimiento de la patente de Ivoclar, comenzaron a emerger otras marcas, así como materiales a base de silicato de litio, como lo son Suprinity de Vita Zahnfabrik; y Celtra Duo de Dentsply, a los cuales se les agregó cristales de zirconia (aproximadamente 10% de su peso), para reforzar su estructura; también el material Obsidian de Glidewell Laboratories (Gracis et al., 2015), es silicato de litio, ya sea para ser fresado, o también puede ser prensado sobre subestructuras metálicas (Gracis et al., 2015). Las vitrocerámicas reforzadas con leucita, en donde principalmente dependiendo del porcentaje cristalino su translucidez y resistencia cambia, así como su procesamiento (Denry & Holloway, 2010), pueden prensadas como IPS Empress (Ivoclar Vivadent), Finesse (Dentsply), Authentic (Jensen), PM9 (VITA) y OPC (Pentron), y también existen materiales para ser prensados o fresados como IPS Empress CAD (Ivoclar Vivadent). Y, por último, las cerámicas vítreas sintéticas basadas en fluoroapatita (como IPS e.max Ceram, ZirPress, ambas de Ivoclar Vivadent) (Anusavice et al., 2013; Gracis et al., 2015). En el segundo grupo, encontramos materiales con matriz de resina con un alto porcentaje de partículas cerámicas de relleno. Estos rellenos pueden ser cerámicas como porcelanas, vidrios, y cerámicas. Tienen la gran ventaja de que son materiales muy versátiles, tanto en su método de fabricación (ya que es mediante tecnología CAD/CAM), son fácilmente ajustados, desgastados y pulidos, con además posibilidad de ser reparados con resina convencional por parte del clínico. Y, comparte un módulo de elasticidad similar a la dentina (Gracis et al., 2015), con baja abrasividad y alta flexibilidad, pero su resistencia flexural no es muy alta, por lo que se limita a restauraciones individuales y no múltiples (Anusavice 10 et al., 2013). En este grupo vamos a encontrar a las resinas nanocerámicas (Lava Ultimate, 3M ESPE), cerámicas vítreas en una matriz interpenetrante de resina (Enamic, Vita), y de último, las de matriz interprenetante de resina con cerámica zirconia-sílica (MZ100 Block de 3M ESPE). (Gracis at al., 2015). Pero es importante aclarar, que a pesar de que estas se utilizan en restauraciones indirectas como algunas cerámicas, no son cerámicas realmente, sino que están compuestas por matrices de polímeros orgánicos, por lo tanto, son resinas, con alto porcentaje de relleno cerámico que se pueden fabricar para restauraciones indirectas. El tercer y último grupo es el de las cerámicas policristalinas, materiales que no poseen una matriz vítrea, sino, como su propio nombre lo indica, están compuestos por una gran cantidad de cristales o granos, separados por límites o fronteras entre granos (“grain boundaries” en inglés), y esta matriz cristalina le provee una gran resistencia y tenacidad a la fractura, pero con tendencia a una translucidez limitada. Además, debido a la ausencia de la matriz vítrea, son altamente resistentes al grabado ácido (Anusavice & Della Bonna, 2002). Dentro de este grupo, tenemos las subdivisiones siguientes: alúmina (ejemplo Procera Allceram, Nobel Biocare), alúmina fortalecida con zirconia (ZTA, zirconia toughened alumina), la cual debe poseer > 50% en peso de alúmina; y zirconia fortalecida con alúmina (ATZ, alumina toughened zirconia), la cual debe contener > 50% del peso de zirconia, y la última subdivisión es la zirconia estabilizada con itria, la cual es la que desarrollaremos a lo largo de este trabajo. (Gracis et al., 2015) Durante la fabricación de las cerámicas, se introducen defectos en la microestructura del material, estos defectos son inherentes de cualquier material y actuarán como defectos que propiciarán su eventual falla, por 11 lo que afectarán el comportamiento y confiabilidad de estas. Además, el sinterizado de estas cerámicas, ocasiona un reacomodo atómico del material, por lo que variables como lo son los parámetros de sinterizado de la zirconia provocan cambios en las propiedades tanto químicas, físicas y mecánicas (Anusavice & Della Bonna, 2002). 2.2 Las cerámicas a base de zirconia, composición y características estructurales El zirconio en su forma pura es un metal de transición plateado, brillante, relativamente suave y dúctil (Stawarczyk et al., 2017). Su nombre viene de la palabra árabe Zargon, que significa “de color dorado” (Piconi & Macccauro, 1999). Pero en odontología lo que utilizamos es dióxido de este metal, denominado zirconia (ZrO2) (Stawarczyk et al., 2017). Esto ha provocado una confusión generalizada donde se confunden los términos zirconio con zirconia, y consideran que el material restaurativo es un metal blanco opaco, y que, por lo tanto, es sumamente resistente olvidando que realmente se trata de una cerámica (óxido del metal zirconio), la cual es inherentemente frágil. También puede confundir con la zirconia cúbica, la cual es una piedra similar al diamante, o también con lo que se conoce como zirkon (ZrSiO₄), el cual es silicato de zirconio, y también es encontrado popularmente como piedras cristalinas de distintos colores. El zirconio puro se obtiene a partir de este mineral zirkon, mediante un proceso de largo y costoso de purificación, se fabrica sintéticamente hasta extraer finalmente un polvo cristalino de color blanco y de alta fusión (Anusavice et al., 2013; Stawarczyk et al., 2017). La zirconia se ha utilizado como biomaterial desde finales de los sesentas e inicios de los setentas, principalmente para prótesis de rodilla y de cadera; de hecho, la primera 12 publicación sobre este biomaterial fue en 1969 (Piconi & Maccauro, 1999); y en odontología como un material restaurador desde el 2004. La zirconia tiene características como una conductividad térmica extremadamente baja, es químicamente inerte y altamente resistente a la corrosion, sin embargo posee algunas características similares a los metales como la opacidad y su capacidad de experimentar y transformarse arreglos moleculares cristalinos (tetragonal, monoclínico, cúbico), que en la mayoría de las cerámicas al ser materiales amorfos, no ocurre. (Anusavice et al., 2013) La zirconia pura, bajo presión atmosférica, puede encontrarse en tres formas alotrópicas, o sea, en estado sólido puede tener tres distintos acomodos moleculares, lo cual resulta en tres distintos tipos de materiales con características físicas, mecánicas y químicas distintas. La zirconia pura inicia como una masa fundida, la cual durante su enfriamiento pasará por estas tres fases. Inicialmente se cristaliza en su fase cúbica a una temperatura de 2680˚C, después se transforma a su fase tetragonal al alcanzar los 2370˚C, y finalmente cuando la temperatura desciende a los 1170˚C se transforma en su fase monoclínica, la cual es la única naturalmente estable a temperatura ambiente (Anusavice et al., 2013; Stawarczyk et al., 2017). Cuando se da el cambio de fase de tetragonal a monoclínica durante el enfriamiento de la zirconia pura, se da una transformación martensítica, con un abrupto aumento volumétrico de los cristales que va de un 3 - 5%, causado por las mayores dimensiones de los cristales o granos monoclínicos con respecto a los tetragonales , provocando gran tensión en la matriz, con el consecuente desarrollo de microgrietas a través del material, reduciendo su tenacidad y resistencia, con consecuente fractura 13 espontánea, y es por esta razón que es imposible obtener restauraciones de zirconia pura. Debido a esto, se han incorporado aditivos o dopantes dentro de la matriz cristalina, los cuales permiten estabilizar la estructura de zirconia a temperatura ambiente (Garvie et al., 1975; Anusavice et al., 2013; Stawarczyk et al., 2017a; Chevalier et al., 2007), evitando hasta cierto punto la transformación martensítica y la fractura espontánea del material. Estos aditivos son óxidos de itrio, de magnesio, de cerio, o de calcio (Gracis et al., 2015; Anusavice et al., 2013; Stawarczyk et al., 2017; Chevalier et al., 2007),. Estos aditivos metálicos estabilizarán las fases de zirconia de manera parcial o completa en sus formas tetragonal, o en una combinación de tetragonal y cúbica (Piconi & Maccauro, 1997; Stawarczyk et al., 2017). De hecho, existe una nomenclatura de acuerdo a la estabilización de la microestructura, dependiendo de la cantidad de dopantes que crea materiales multifase (Piconi & Maccauro, 1999). Se clasifica como zirconia completamente estabilizada (fully stabilized zirconia, FSZ), zirconia parcialmente estabilizada (partially stabilized zirconia, PSZ), y policristales de zirconia tetragonal (tetragonal zirconia polycrystals, TZP) (Gracis et al., 2014; Chevalier et al., 2009). Estas nomenclaturas crean mucha confusión ya que no se ha determinado con exactitud la diferencia entre ellas. Por ejemplo, la que se clasifica como completamente estabilizada se refiere a que están compuestas por una fase cúbica totalmente estabilizada (Garvie et al., 19990), que contenga aproximadamente 8% mol de itria (Piconi & Maccauro, 1999; Zhang 2020; Chevalier et al., 2009; Gracis et al., 2015), reportando propiedades físicas y mecánicas (resistencia de aproximadamente 600 MPa (Zhang 2020; Sulaiman et al., 2017), otros autores como Chevalier et al. (2009) y Gracis et al (2015) la clasifican como zirconia cúbica con más de 8% mol de itria; mientras que Stawarczyk y et 14 al (2017), se refieren a las nuevas generaciones (a partir de la tercera generación), que poseen un alto porcentaje de fase cúbica dentro de la matriz, y el material no sufre transformación de fase (según lo referido por el fabricante Tosoh Corporatio, Japón), y se dice que es una zirconia metaestable tanto en su fase tetragonal, como también en su fase cúbica. La parcialmente estabilizada (PSZ) está formada por 40 a 70% de fase cúbica estabilizada con 4 a 6% mol de itria, (Zhang, 2020) o una matriz cúbica con nanocristales tetragonales o monoclínicos (Piconi & Maccauro, 1999; Gracis et al., 2015; Chevalier et al., 2009). Y la última, la zirconia de policristales tetragonales TZP es un material compuesto principalmente por una matriz tetragonal, estabilizada comúnmente por itria al 2 ó 3% mol (Piconi & Maccauro, 1999), o ceria (Gracis et al., 2015). Un aspecto muy interesante es que el estrés mecánico o procesos abrasivos en la superficie pueden provocar también el cambio de fase de los cristales tetragonales (ya que no están restringidos dentro de la matriz), a monoclínicos (los cuales son más estables a temperatura ambiente), llamado stress induced transformation, o transformación inducida por tensión, (Chevalier et al., 2007; Garvie et al., 1975, Piconi & Maccauro, 1999), y que gracias a la incorporación de itria, la fase tetragonal de la zirconia es ahora metaestable, y el aumento de volumen de los granos ahora monoclínicos que se encuentran alrededor de las puntas de las grietas, provocan un aumento de tensión compresiva, junto con fuerzas de cizalla local, lo cual no solo limitan el avance de las grietas, sino, que también induce un cierre de estas, inhibiendo así el potencial de propagación de grietas a través del material (Chevalier et al., 2007; Anusavice et al., 2013). Este fenómeno de transformación controlada de fase se conoce “endurecimiento por transformación”, o transformation toughnening en inglés, descrito en la 15 década de 1970 por Garvie y Gupta, y sus respectivos colaboradores (Anusavice et al., 2013; Garvie et al., 1975; Gupta et al., 1978). Y por esta razón, es que la zirconia tetragonal estabilizada con 3% mol de itria tiene una gran tenacidad y resistencia flexural muy elevada, lo cual permite que sea un material resistente y estable a temperatura ambiente (Chevalier et al., 2007; Anusavice et al., 2013; Denry & Kelly, 2008). La primera zirconia en el mercado fue estabilizada con 3% mol de itria, la cual fue y sigue siendo muy popular debido a sus incomparables propiedades mecánicas, una excelente biocompatibilidad, baja acumulación de biofilme, pero su principal desventaja es, que a pesar de que es un material de color blanco, similar a los dientes, no se ve natural, debido a su gran opacidad (Zhang, 2014; Stawarczyk et al., 2017), en especial cuando es en la zona anterior y cuando las restauraciones tienen piezas naturales adyacentes, en donde el contraste puede ser muy evidente, ya que no interactúa con la luz como otras estructuras translúcidas. Y esto se debe a que la matriz tetragonal tiene una estructura anisotrópica, en donde los granos se encuentran posicionados en una orientación aleatoria dentro de la matriz, provocando que el material tenga varios índices de refracción en los límites de los granos, y esto a su vez provoca el fenómeno de birrefringencia, en el cual cuando la luz incide sobre el material, este único rayo de luz en vez de transmitirse en forma lineal a través de la estructura, viaja por los límites de entre los granos, pero al chocar contra otros granos cercanos que están en distintas disposiciones cristalográficas, la luz se refleja y se refracta en varias direcciones dentro del material, por lo que la zirconia no tiene un solo índice de refracción continuo, sino que cambia con respecto a estas angulaciones de los granos, y no permite la transmisión lineal, lo que 16 disminuye la transmitancia y la translucidez (Zhang, 2014; Klimke et al., 2011; Krell et al., 2009). Además, factores como el tamaño típico de los granos tetragonales de zirconia (aproximadamente 0.4 micras), en comparación con la longitud de onda de la luz (0.1-0.7 micras); así como la mezcla de fases monoclínica, tetragonal y cúbica en su matriz (Ghodsi et al., 2018; McLaren & Terry, 2002), y su característica de birrefringencia, Esta última característica solo tiene lugar en la zirconia tetragonal pero no en la cúbica, porque solo las cerámicas cristalinas cúbicas son isotrópicas, las demás son anisotrópicas, explican por qué hay menos efectos de dispersión y una mayor translucidez para la zirconia en fase cúbica (Zhang, 2014, 2020; Klimke et al., 2011). Otros factores que afectan la translucidez son los poros y las vacantes de oxígeno, que crean zonas donde la luz también se disipa, estos defectos se pueden crear durante tratamientos térmicos con aire tras el sinterizado, en donde al pasar a una atmosfera con oxígeno, el aire puede ingresar al material, o también provocar que vacantes de aire contiguas se fusionen, y se creen defectos más grandes. Además, las impurezas y fases secundarias como la alúmina, disminuyen el paso directo de la luz (Zhang, 2020; Klimke et al., 2011; Jansen et., 2019). Klimke et al., 2011 explica que las zirconias cúbicas completamente estabilizadas sí pueden poseer transparencia gracias a su microestructura que posee su alto índice de refracción, pero sus propiedades mecánicas no se comparan a las de predominancia de matriz tetragonal, las cuales incluso en un material ideal con ausencia total de poros tras el sinterizado, la transparencia depende del nivel de birrefringencia y del tamaño de los granos presentes, y pues debido a la naturaleza anisotrópica de la zirconia 17 tetragonal, esta no puede ser transparente, sino que su translucidez puede mejorar alterando otros parámetros, como disminuyendo el tamaño de los cristales, aunque se conoce que su capacidad de endurecimiento por transformación disminuye con cristales más pequeños (Piconi & Maccauro, 1999). Por esta razón, la zirconia inicialmente opaca, ha recibido muchísimas modificaciones, algunas que no fueron exitosas, principalmente porque la resistencia del material disminuía mucho. Pero otras, en donde principalmente se enfocaron en modificar el tamaño de los granos de zirconia, disminuir impurezas, hacer que los índices de refracción entre los granos y la matriz fueran más cercanos, y por último, aumentar el contenido de itria, permitieron lograr el objetivo, obtener restauraciones monolíticas translucidas, que eviten tener que ser recubiertas con otras cerámicas, transformando así la producción de estas en un proceso más económico, rápido y evitando el problema de chipping, y es así como se fueron dando las distintas generaciones que serán explicadas más adelante (Ghodsi et al., 2018). En el estudio de Zhang Yu, del 2014, donde analiza los aspectos que hacen translúcida a la zirconia estabilizada con itria, concluye que se puede obtener una translucidez y propiedades mecánicas adecuadas con la disminución del tamaño de los cristales. Refiere que para que haya una transmisión lineal de luz similar a la porcelana, los granos de zirconia 3Y-TZP tendrían que ser de escala nanométrica. Y otra observación importante, es que conforme el espesor de la zirconia es mayor, el tamaño de los granos se vuelve más importante (más dependiente). En donde a un espesor de 1.3 mm, el tamaño promedio del grano debe ser de 82 nm. A 1.5 mm de 77 nm, y de 2 mm de espesor el grano debería ser de 70 nm. 18 Los límites entre granos es un factor sumamente relevante en la translucidez de la zirconia, uno porque crea varios índices de refracción, además entre mayor sea el tamaño de los granos, menos límites entre estos se encontrarán dentro del material, y además, la relación entre los límites de granos y el grosor o espesor del material es que, a menor espesor, menor cantidad de límites de granos y es por esta razón que la luz viajará de manera más directa (menor transmisión). Y es por esto, que a pesar de los avances en las modificaciones de la zirconia lograron crear las primeras zirconias translúcidas, los grosores mayores a 1 mm provoca que se aprecien opacas, por lo que los grosores sugeridos son alrededor de 0,5 mm (Zhang, 2014). En cuanto a la translucidez de la zirconia versus el disilicato de litio se ha visto que el disilicato de litio es más translúcido debido a su matriz vítrea (Lawson & Miharishi, 2019, Michailova et al., 2020), excepto en un estudio de Baldissara et al. (2018) donde observaron que la zirconia puede ser más translúcida que el dislicato de litio (Katana UT y ST que e.max CAD LT). Este parámetro es principalmente dependiente del tipo de zirconia, del grosor y de la opacidad del disilicato. 2.3 Degradación a Baja Temperatura La introducción de materiales cerámicos como la zirconia se dio con el descubrimiento que su excelente biocompatibilidad permitía ser utilizada como prótesis ortopédicas, sustituyendo las antiguas de metal- metal y metal-plástico, las cuales comenzaron a dar problemas de longevidad, en 1988 los franceses Christel y colaboradores., publicaron un artículo sobre las ventajas que exhibían cerámicas como alúmina y zirconia PSZ a nivel experimental, lo que llevó al posterior desarrollo de 19 esta material en este campo, donde hasta el día de hoy la zirconia estabilizada con 3% mol de itria es muy utilizada para prótesis de cadera y rodilla (Christel et a;, 1988; Piconi & Maccauro, 1999). Pero entre 1999 y 2001 se reportaron cientos de casos de fallo en las cabezas de fémur de las prótesis de cadera de dos compañías francesas (DePuy-France, y Smith and Nephew), y fueron retiradas en ese momento del mercado. Se encontró que la causa fue un acúmulo de estrés residual que se dio durante el sinterizado de la zirconia, rugosidad superficial y transformación de fase, así como problemas de densidad en el centro de estas cabezas de fémur (Clarke et al., 2003). Kobayashi et al. (1980) habían descubierto que cuando zirconia Y-TZP se encuentra en contacto con un ambiente húmedo y temperaturas bajas alrededor de 300C, puede favorecer la transformación martensítica de fase de cristales tetragonales a monoclínicos que van creando microgrietas y que disminuyen la resistencia del material y lo pueden llevar a su falla. Debido a que entre 200 y 300C se observaba la mayor tasa de transformación de fase, no pareció relevante a los fabricantes de las prótesis rectificar si a temperaturas tan bajas como ambiente o corporales podría darse ese problema (Chevalier et al., 2007; Piconi & Maccauro, 1999). Tras el acontecimiento con las prótesis de cadera, se continuó investigando acerca de este fenómeno, principalmente con prótesis desplantadas fallidas y también colocando muestras de zirconia 3Y TZP en máquinas de autoclave (ambiente húmedo y con temperaturas bajas controladas) (Clarke et al., 2003; Chevalier et al., 2007). Se conoció entonces que la zirconia puede ir degradándose a temperaturas tan bajas como la temperatura corporal (situación que no se había estudiado ni siquiera en vitro), cuando está bajo algún estrés mecánico de tensión y en contacto 20 con un ambiente húmedo, el mecanismo de envejecimiento de la zirconia a bajas temperaturas es conocido como nucleación y crecimiento, el cual consiste en una cascada de eventos en donde la zirconia 3Y-TZP (la cual contiene aproximadamente un 15% de fase cúbica), tras condiciones de sinterizado largo o temperaturas muy altas, la proporción de fase cúbica, así como el tamaño de sus granos aumentan, provocando la migración de moléculas de itria hacia la fase cúbica, enriqueciéndose de estas en los límites de estos granos, mientras que la fase tetragonal queda desprotegida, sin suficientes moléculas de itria alrededor de sus granos, creando entonces vacantes donde moléculas de agua pueden ir penetrando lentamente el material, generando tensiones internas, aumento de rugosidad y formación de microgrietas dentro del cuerpo de este, provocando el desplazamiento de granos por fuera de la superficie (Matsui et al., 2003; Chevalier et al., 2004, 2007). Este suceso permitió conocer limitaciones de la zirconia 3Y-TZP, que son sumamente importantes para evitar el fracaso de este principalmente a largo plazo, en ambientes húmedos y calientes como la boca. Pero estudios respaldan que el envejecimiento hidrotérmico no ocurre con la zirconia 5Y-TZP, la cual es resistente a este (Kohorst et al., 2012; Camposilvan et al., 2018; Zhang, 2014; Klimke et al., 2011;Zhang et al., 2016). En uno de estos estudios, investigaron 4 tipos de zirconias y confirmaron lo mismo que otros estudios donde zirconias 5Y-TZP no sufren envejecimiento hidrotérmico bajo condiciones in vitro, lo que supone que la matriz está muy saturada con itria en comparación con la 3Y TZP, pero este estudio fue realizado a temperaturas entre 900 y 1550C, durante solamente 2 horas, por lo que tiempos de sinterizado más largos podrían provocar mayor crecimiento de granos cúbicos que logren desplazar la itria de la fase tetragonal (Camposilvan et al., 2018). 21 2.4 Producción de bloques y discos, y sinterización de las cerámicas a base de zirconia Los polvos de zirconia son comprimidos en bloques y discos, los bloques se utilizan para restauraciones individuales, y los discos tanto para múltiples restauraciones individuales, así como para varias estructuras complejas como puentes largos o casos de arcadas completas. (Stawarczyk et al., 2017). Desde la creación de estos bloques y discos hasta el sinterizado final de las restauraciones se debe pasar por un proceso en donde inicialmente se tiene la mezcla del polvo junto con agentes de unión prensados en su forma de disco o bloque, a este estado crudo se le llama “cuerpo verde”, el cual posteriormente es sinterizado levemente para la creación del “cuerpo blanco”, este sinterizado inicial o presinterizado provoca la incineración de aditivos como los agentes de unión, y este cuerpo blanco se llama así porque tiene apariencia de tiza y es levemente más rígido que el cuerpo verde, pero es todavía quebradizo. Estos discos y bloques en estado blanco son los vendidos comercialmente a los odontólogos y laboratorios dentales, quienes con un programa de diseño digital (CAD) realizarán el acomodo de los prototipos de las restauraciones futuras en estos bloques o discos, las cuales serán obtenidas de estos mediante las máquinas fresadoras guiadas con el programa de diseño adecuado. Las restauraciones de zirconia que son fresada en estado blanco son separadas de los discos y bloques, pulidas levemente y posteriormente deben pasar por un sinterizado final donde alcanzarán las propiedades finales de dureza y resistencia, así como su tamaño definitivo (Stawarczyk et al., 2017; Anusavice et al., 2013). 22 Durante este sinterizado final, se da una contracción lineal entre 20-30% del volumen. Por lo que las máquinas de fresado producen restauraciones en estado blanco aproximadamente 25% más grandes para compensar la contracción tras el sinterizado final, todo esto está contemplado de antemano tanto por el software de diseño como por la fresadora (Denry & Holloway, 2010; Stawarczyk et al., 2017; Yin et al., 2017). El proceso de fresado de las zirconias se puede realizar de dos maneras, ya sea en su forma presinterizada que se explicó anteriormente, o en su forma postsinterizada, en donde esta última tiene la ventaja de fabricar restauraciones de complejas geometrías de manera más precisa ya que la contracción tras el sinterizado ya sucedió, pero tiene la gran desventaja de que el material es muy duro, por lo que tarda más tiempo y además desgasta las fresas de la máquina, aumentando entonces los tiempos de producción y costos; así como también daños a la superficie y deformación cuasi-plástica. Por estas razones, es mucho más popular el fresado del material en su cuerpo blanco presinterizado (Denry & Holloway, 2010; Juntavee & Attashu, 2018; Cokic et al., 2020; Yin et al., 2017). Pero el fresado del cuerpo blanco también tiene desventajas, ya que su estructura es muy porosa y quebradiza, con aproximadamente 10 veces menor resistencia, y 5 veces menor tenacidad que su versión postsinterizada, provocando pequeñas fracturas intragranulares y transgranulares, que no serán completamente eliminadas tras el sinterizado final, y quedarán como zonas de concentración de estrés (Yin et al., 2017). El sinterizado convencional generalmente tarda entre 6 a 12 horas, donde se pasa por distintas fases, como lo son el calentamiento, fase de mantenimiento o permanencia, y enfriamiento (Cokic et al., 2020; Jansen 23 et al., 2019). Estos hornos de convección generan calor mediante elementos de resistencias eléctricas, en donde el paso de una corriente eléctrica a través de la resistencia calienta lentamente el aire de alrededor, con tasas de calentamiento de 5 a 10C por minuto (Cokic et al., 2020; Ahmed et al., 2019), y los más rápidos dentro de esta gama pueden lograr tasas de calentamiento de 40 a 70 C por minuto (Cokic et al., 2020) .llegando a alcanzar temperaturas finales que normalmente están entre 1350C y 1550C, con largos tiempos de mantenimiento con una temperatura sostenida los cuales pueden tardar entre 2 y 5 horas (Ahmed et al., 2019; Kauling et al., 2020) Debido a que se tarda tanto tiempo, este proceso de sinterizado largo se realiza usualmente durante las noches, por lo que inevitablemente se requieren otra cita para poderle entregar la restauración al paciente (Cokic et al., 2020; Kauling et al., 2020). Y precisamente por la razón de que se dura mucho tiempo en esta fase de sinterizado, han salido al mercado hornos de sinterizado especiales, diseñados para ser utilizados con protocolos de sinterizado rápido, llamados en inglés speed sintering, los cuales usualmente tardan de 60 a 120 minutos; y también más recientemente, salieron otros protocolos denominados super rápidos (super speed, en inglés), los cuales han disminuido substancialmente estos tiempos a menos de 30 minutos. Permitiendo entonces realizar y entregar restauraciones en una sola cita (Jansen et al., 2019; Ersoy et al., 2015; Kaizer et al., 2017; Michailova et al., 2020; Cokic et al., 2020) A este método de fabricación de restauraciones en una misma cita se le conoce en inglés como chair-side, o “en silla”, esta tecnología fue impulsada por el doctor Werner Mörmann en la década de 1980, y tuvo la visión de lograr fabricar restauraciones cerámicas con un diseño asistido y fabricado por computadora, que permitiera al odontólogo completar el 24 proceso de rehabilitaciones indirectas en su propio consultorio, en una misma cita, sin depender de un laboratorio externo (Mörmann, 2006). El doctor Mörmann desarrolló entonces, el sistema CEREC (Sirona Dentsply Systems GmbH, Bensheim, Alemania), el primer sistema CAD/CAM chair-side en odontología, el cual ha ido evolucionando enormemente, así como otras compañías han lanzado al mercado otros sistemas similares, con la opción de fresar distintos materiales como los son cerámicas feldespáticas, reforzadas con leucita, (di)silicatos de litio, cerámicas infiltradas con polímeros y también materiales de matriz resinosa, así como PMMA que se utiliza mucho ahora para provisionales o pruebas estéticas (try-ins, en inglés) de manera rápida (Mörmann, 2006; Fasbinder, 2006), con buenos resultados clínicos (Fasbinder, 2006). En los inicios del sistema chair-side, había pocas opciones disponibles para realizar restauraciones con zirconia, ya que solo existían hornos de sinterizado lento, y para poder cementarse ese mismo día, debían fresarse en su forma ya completamente sinterizada, lo que como se comentó anteriormente, consumía más tiempo y la vida útil de las fresas era muy baja, tanto que se precisaba básicamente de un nuevo kit de fresas para cada restauración. Por esta razón, se preferían materiales como el disilicato de litio, que se fresaba en pocos minutos y se cristalizaba en horno en menos de una hora (Lawson & Maharishi, 2020). La introducción de los nuevos hornos de sinterizado rápido permitieron la fabricación de estas restauraciones de manera más conveniente. Estos utilizan sistemas de calentamiento distintos, ya que necesitan aumentar la tasa de calentamiento considerablemente, minimizar la sobrecarga de los elementos del calentador y mejorar la transferencia de calor, existen 25 sistemas de plasma acoplado por inducción, o de inducción electromagnética (Jansen et al., 2019; Cokic et al., 2020). Estos hornos están diseñados para inyectar calor rápidamente (incluso en menos de 30 minutos), con tasas de calentamiento de 50 a 100 C por minuto, pero los parámetros no están del todo disponibles al público por los fabricantes. (Ahmed et al., 2019; Lawson & Maharishi, 2019) El tiempo y temperatura de sinterizado son importantes para la resultante microestructura de la zirconia, dictada por sus granos y los límites entre estos, ya que ambos factores afectan el tamaño de los granos. Y esta microestructura es la responsable de la composición de las fases, propiedades ópticas (translucidez intrínseca del material), y también de sus propiedades mecánicas. (Denry & Holloway, 2010; Zhang 2020; Ahmed et al., 2019) Una manera de evaluar un sinterizado correcto de la zirconia, es con la evaluación de su densidad final, por lo que se busca que el material no tenga defectos dentro de su estructura, que actúen como defectos críticos que causen la falla temprana o eventual del material (Cokic et a;., 2020) El sinterizado del cuerpo blanco, el cual es poroso, se contrae volumétricamente y se densifica poco a poco gracias a la fusión atómica, que provocará que la mayoría de los poros disminuyan su tamaño, así como también su número, quedando solamente alrededor de un 5% de la porosidad inicial, y el calor sostenido en la fase de mantenimiento termina de eliminarlos casi por completo. (Cokic et al., 2020). También se ha demostrado que las altas temperaturas durante horas en esta fase de mantenimiento (por lo tanto con el sinterizado convencional) provoca que los cristales 3 a 5Y aumenten de tamaño (Denry & Holloway 2010; Stawarczyk et al., 2013; Inokoshi et al., 2014; Ersoy et a;., 2015; Attasshu & Juntavee, 2019; Lawson & Maharishi, 2019), pudiéndose volver más vulnerables a la transformación de 26 fase de tetragonal a monoclínica, con efectos en propiedades las propiedades finales del material, pero la alteración de los parámetros de sinterizado ha obtenido resultados muy distintos en los estudios (Ahmed et al., 2019; Ersoy et al., 2015), dependiendo del material, instrucciones dadas por los fabricantes, horno utilizado, cómo se precalentó el horno, cómo se retiraron las muestras tras la terminación de la sinterización, método de medir la resistencia, si se utilizó alguna técnica de envejecimiento, materiales fabricados para ser utilizados con protocolos rápidos o super rápidos, etc Stawarczyk et al. (2013) evaluaron zirconia 3Y TZP de baja translucidez con distintos distintas temperaturas finales (entre 1300 y 1700C) durante 2 horas, y encontraron que al aumentar la temperatura de sinterización, aumentaba el tamaño de los granos y también la tasa de contraste, y afectaba de manera negativa la resistencia flexural. Otro estudio más reciente, nuevamente de Stawarczyk junto con Jansen y otros, sugiere que deben predominar otras razones además del tamaño de grano que pueden comprometer la resistencia flexural, ya que ellos estudiaron zirconias 3Y convencional, 3Y translúcida y 4Y, con protocolo rápido de 2 horas a 1450C y dos protocolos super rápidos (de 10 minutos a 1570 y 1590C). Confirmaron observar el mayor crecimiento de granos en la 3Y, principalmente para el protocolo super rápido con 1590C, luego a 1570. El sinterizado de 2 horas resultó con el menor crecimiento de cristales. y no se observaron diferencias importantes en el protocolo de sinterizado en la 4Y en cuanto al crecimiento de granos. Estos nuevos protocolos de sinterización no mostraron una influencia negativa en la resistencia a la flexión, pero las zirconias con menor contenido de alúmina (3Y y 4Y) tenían una translucidez significativamente menor (Jansen et al., 2019). En el estudio de Michailova et al. (2020), compararon la zirconia Katana STML (4Y), bajo sinterizado convencional (en su presentación en disco), y 27 en sinterizado rápido (presentación en bloque), y reportaron que ambas tuvieron una resistencia a la fractura similar tras el envejecimiento artificial, (de simulación de masticación e hidrotérmico), atribuible a su estructura similar 4Y. Pero al comparar los métodos de sinterizado, se observó que el sinterizado convencional disminuyó la resistencia a la fractura tras el envejecimiento artificial, mientras que el sinterizado rápido se comportó similar a su respectivo grupo no envejecido. Por lo que se concluyó que el sinterizado rápido no afecta la resistencia a la fractura tras el envejecimiento hidrotérmico y mecánico. Además, Kauling et al. (2020), compararon el sinterizado rápido y convencional, evaluaron primeramente el ajuste marginal y oclusal en restauraciones fijas individuales y de 3 unidades, y observaron que en las individuales el sinterizado rápido mostró un mejor ajuste oclusal y marginal en premolares, y en molares un mejor ajuste oclusal, importante para la longevidad de la rehabilitación. Y también evaluaron la resistencia a la fractura, (el convencional a 1510C por 2 horas, y el rápido con solamente 2 minutos a 1580C), e interesantemente no hubo cambios significativos en esta. 2.5 Evolución del uso clínico de las cerámicas a base de zirconia y su relación con los diferentes tipos de material comercialmente disponibles actualmente (monolítica) 2.5.1 Primera generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 3% mol de itria (3Y-TZP) La primera generación se conoce como zirconia 3Y-TZP convencional, esta contiene 3% mol de itrio y 0,25 % en peso de óxido de aluminio, y tiene dos 28 características principales que la diferencian de todas las otras cerámicas, la primera son sus incomparables propiedades mecánicas, con una resistencia a la flexión mayor a 1000 MPa y gran tenacidad con la posibilidad de endurecerse cuando se la transformación de fase, y la segunda característica es su alta opacidad. Su característica de alta opacidad se debe principalmente a que tiene una gran cantidad de interfaces debido a que sus cristales son pequeños, lo que aumenta la cantidad de límites entre granos, y provoca la dispersión de la luz entres estos, aunque aditivos y defectos disminuyen también la translucidez. (Ghodsi et al., 2018; Fathy et al., 2021; Guth et al., 2019; Zhang & Lawn, 2017) Debido a estas dos características, se estableció como un material restaurador que puede ser utilizado para prótesis fija de unidades múltiples en la región posterior, porque supera los más altos rangos de fuerzas masticatorias. Pero incluso en la región posterior, no cumple con muchas expectativas estéticas, por lo que se usa más ampliamente, hasta la fecha, como material para subestructuras e implantología (Guth et al., 2019; Denry & Holloway, 2010; Zhang, 2020). Las vitrocerámicas de recubrimiento han mejorado su estética, pero debido a la diferencia entre los coeficientes de expansión térmica, la geometría compleja, y procesamiento, se producen tensiones internas que sumado a las fuerzas masticatorias, pueden superar la resistencia de los materiales y desarrollar fracturas, estas a diferencia de los sistemas de metal cerámica, se dan principalmente fallas cohesivas en la cerámica de recubrimiento, y no delaminación, debido a una mala distribución de tensiones no compensadas correctamente en estos sistemas bicapa, debido a la baja conductividad térmica de la zirconia, así como una menor 29 resistencia intrínseca de la cerámica de recubrimiento (Tanaka et al., 2019; Stawarczyk et al., 2017a; Zhang & Lawson, 2017). Además, en revisiones sistemáticas se reportan más complicaciones de chipping con zirconia que con metal-cerámica. A pesar de estos datos, el recubrimiento de esta zirconia continúa siendo muy utilizado hoy en día (Pjetursson et al., 2007; Sailer et al., 2015). 2.5.2 Segunda generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 3% mol de itria con menor contenido de alúmina (3Y-TZP) Esta es denominada comúnmente como zirconia 3Y TZP translúcida (en vez de convencional), y su diferencia se debe a su modificación que se realizó a un nivel más molecular. Alrededor del 2013, se disminuyó el número y tamaño de los granos de alúmina (Al2O3), su porcentaje en peso de la zirconia convencional es de 0,25%, y este se disminuyó a 0,05%. La alúmina se utiliza como ayudante del proceso de sinterizado, ya que disminuye la formación de poros y contribuye con la estabilización tetragonal en el sinterizado. Pero actúa como un defecto que dispersa la luz en los límites de los granos, y, aumenta la birrefringencia porque tiene un coeficiente de refracción diferente al de la zirconia, disminuyendo entonces, la translucidez. (Stawarczyk et al., 2017b; Kwon et al., 2018; Jansen et al., 2019; Guth et al., 2019; Zhang & Lawn, 2017) Estos granos de alúmina, ahora de menor tamaño, son recolocados alrededor de los granos de zirconia, permitiendo un mejor paso de la luz entre los límites de los granos. Este reacomodo estructural permitió mantener muy alta resistencia (Stawarczyk et al., 2017). Aunque la disminución de alúmina volvió la fase tetragonal más susceptible a degradación a bajas temperaturas (Zhang et al., 2016; Kwon et al., 2018) 30 A pesar de la mayor translucidez, sigue siendo menor que las vitrocerámicas (Zhang et al., 2019; Zhang, 2020), y en zonas estéticas no resulta muy natural ópticamente, por lo que en estas se prefiere revestir (Zhang & Lawn, 2017; Guth et al., 2019; Stawarczyk et al., 2019)Con una resistencia flexural biaxial de 1000 MPa, y un porcentaje de translucidez de 25% (Stawarczyk et al., 2016) está indicada para prótesis fija individual y múltiple (Guth et al., 2019) 2.5.3 Tercera generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 5%mol de itria (5Y-PSZ). Modificación de la estructura cristalina Fue introducida en el 2015 en el International Dental Show (Stawarczyk et al., 2017b). Con el fin de aumentar la translucidez lo suficiente que permitiera ser usada en su forma monolítica en la zona anterior, para esto se debía disminuir la birrefringencia en los limites de los granos. Se aumentó entonces el contenido de la fase de zirconia cúbica (c-ZrO2) dentro de la matriz, ya que es ópticamente isotrópica en diferentes direcciones cristalográficas y no provoca birrefringencia (Zhang et al., 2016; Camposilvan et al., 2018), y con el fin de estabilizarla, se aumentó el contenido de itria a 5% mol. Y cambió de “policristales de zirconia tetragonales estabilizados con itria” (Y-TZP), a “zirconia parcialmente estabilizada con itria” (Y-PSZ) (Kwon et al., 2018). Hay una diferencia muy importante entre las primeras dos generaciones que son 3Y-TZP porque su estructura es predominantemente de fase tetragonal (t-ZrO2), con aproximadamente un 80%, mientras que 31 solamente posee un 20% de fase cúbica en peso. Mientras que en las generaciones siguientes (mezcla de t-ZrO2 y c-ZrO2), predomina la fase cúbica, con un 40 a un 70% en peso, y el resto es tetragonal, estabilizadas con 4 a 6% mol de itria. Estos diferentes porcentajes de fase cúbica/tetragonal son dependientes del porcentaje de itria y temperatura de sinterización. (Zhang 2014, 2020; Zhang et al., 2019; Zhang & Lawn, 2018; Kolakarnprasert et al., 2019; Krogstad et al., 2011) Estas generaciones PSZ con mayor contenido de itria aumentaron considerablemente su translucidez, pero a la vez disminuyeron las propiedades mecánicas de manera significativa, ya que según varios autores los granos de zirconia cúbica no presentan transformación de fase bajo estrés mecánico ni hidrotérmico, debido a la alta estabilización con itria, por lo que el fenómeno de endurecimiento por transformación no se da (Stawarczyk et al., 2017b; Zhang & Lawn, 2018; Zhang, 2020; Zhang et al., 2016; Zucuni et al., 2019; Pereira et al., 2018). Varios autores han reportado que las PSZ han mostrado resistencia flexural biaxial entre 400 y 800 MPa (Zhang et al., 2019; Pereira et al., 2018; Camposilvan et al., 2018). Específicamente la zirconia con 5% mol de itria se conoce como zirconia altamente translúcida o ultratranslúcida, debido a que las primeras que salieron al mercado llevan algo similar en su nombre, y genera confusión. Entre ellas podemos nombrar Prettau (Zirkonzahn), BruxZir (Glidewell), Zenostar (Ivoclar Vivadent), Katana UTML Noritake (Kuraray Noritake Dental, Lava Esthetic (3M ESPE), Cercon xt (Dentsply Sirona), DD cube X2 (Dental Direkt Materials), Zpex Smile (Tosoh) (Zhang & Lawn, 2018). Clínicamente tiene indicaciones similares al disilicato de litio, limitada para carillas, incrustaciones, coronas posteriores y anteriores, y puentes de 3 unidades en la región anterior (Zhang & Lawn, 2018; Guth et al., 2019). 32 Stawarczyk et al. (2017b) refieren que tiene una resistencia flexural (biaxial) de 500 MPa, y un porcentaje de 35 a 40% de translucidez, con un tamaño del grano aproximadamente 1.5 µm, (mientras que las dos primeras generaciones tenían un tamaño de grano entre 0.5 a 1 µm), permitiendo una menor dispersión de luz al haber menos límites entre granos (Stawarczyk et al., 2017b; Guth et al., 2019; Ghodsi et al., 2018, Zhang & Lawn, 2018; Jansen et al., 2019). En un estudio del 2021, Borba y colaboradores utilizaron zirconias Zpex (Tosoh Corporation) 5Y y 3Y para evaluar la sensibilidad que tiene la cerámica ultratranslúcida al daño durante la simulación de masticación en ambiente húmedo. Los discos de ambas cerámicas se cementaron sobre un substrato similar a dentina, y fueron cargados a 50 N y a 200 N, con numero de ciclos (hasta 10⁶). Analizaron daños superficiales y subsuperficiales mediante técnica de sección, y después los discos se removieron del substrato y se cargaron bajo tensión biaxial. Se observó que la resistencia de ambas cerámicas se habían deteriorado significativamente tras las simulaciones, para 5Y-PSZ, la degradación de la resistencia fue mayor se disminuyó en un 60% aproximadamente, y se produjo en un menor número de ciclos que la zirconia 3Y. Esto sirvió para demostrar que incluso a cargas bajas, fuerzas de masticación, pueden crear defectos superficiales que pueden actuar como defectos críticos que degradan significativamente la resistencia del material (Borba et al., 2021). 2.5.4 Cuarta generación: zirconia policristalina tetragonal estabilizada con 4%mol de itria (4Y-PSZ). Modificación de la estructura cristalina, “All rounder” Fue introducida con el fin de crear un material que represente un 33 intermedio entre las generaciones previas, mejorando las propiedades mecánicas de la 5Y, y evitando el compromiso estético de la 3Y, por lo que se redujo el contenido de itria a 4% mol y el contenido de alúmina se mantuvo en 0,05%, por lo que al igual que la generación anterior, mantiene un predominio de su fase cúbica (PSZ), y se ha denominado en inglés como “All Rounder”, o “Todo Terreno” en español, debido a que su presentación monolítica abarca una gran gama de aplicaciones clínicas para prótesis fija unitaria y múltiple (Michailova et al., 2020; Guth et al., 2019). El estudio de Michailova et al. (2020), utilizan bloques y discos de Katana STML (4% mol de itria), y afirman que en estas la fase tetragonal predomina, por lo que es 4Y-TZP, y que explica sus altos valores de resistencia a la fractura en el estudio. 2.5.5 Zirconias multicapa con gradiente de color Con el fin de facilitar los procesos de producción de restauraciones monolíticas de contorno completo que logren simular la dentición natural, se crearon zirconias policromáticas, con las 3, 4 5Y (Michailova et al., 2020). La compañía Kuraray Noritake creó en febrero del 2015 las primeras zirconias multicapas (MultiLayered, en inglés), (Kaizer et al., 2020; Kolakarnprasert et al., 2019) en donde se observa un degradado en el tono, en donde en la parte más inferior se utilizan más pigmentos para aumentar el croma, y va sutilmente degradando su pigmentación conforme se acerca a la parte superior ya sea del disco, o también del bloque, compuestos por un mismo tipo de zirconia, por lo que la resistencia y la translucidez se mantiene a lo largo de sus capas. (Guth et al., 2019; Kaizer et al., 2020; Kolakarnprasert et al., 2019; Michaiolva et al., 34 2020) Comparaciones entre bloques y discos multicapa de Katana STML (4Y), el bloque se utilizó con protocolo de sinterizado rápido y convencional mientras que el disco con sinterizado convencional (con el fin de evaluar si con el método chair-side se afectan sus propiedades ópticas y mecánicas), y obtuvieron entre ellas una similar resistencia a la fractura y al desgaste de piezas naturales antagonistas, lo que se le atribuye a la semejanza en su estructura (Michailova et al., 2020).. Kwon et al. (2018) evaluaron la zirconias ultratranslúcida multicapa Katana UTML (5Y), Katana HT (3Y de alta translucidez), y disilicato de litio de baja translucidez (E.max CAD LT) y observaron que la 5Y multicapa tiene una resistencia flexural y su parámetro de translucidez (grosores de 1 mm) que se encuentra entre las de la zirconia 3Y TZP y el disilicato de litio, con diferencias estadísticamente significativas entre ellas. Y en cuanto a prueba de desgaste al antagonista, no se observó un desgaste medible. Debido a que la translucidez mostró ser menor que le disilicato de litio de baja translucidez, podría considerarse no la mejor opción en casos anteriores donde se requiere gran translucidez, aunque estos resultados difieren con los obtenidos. En cuanto a la integridad mecánica de la estructura de estas zirconias multicapa, Kaizer et al. (2019), llevaron a cabo un estudio muy interesante en el 2019 , en el cual evaluaron Katana ML (3Y), STML (4Y), y UTML (5Y), mediante resistencia flexural (de 4 puntos) y análisis de elementos infinitos (AEF/FEA). Presentan además un diagrama que muestra la composición y proporción de las capas: esmalte (35%), zona de transición 1 (T1, 15%), zona de transición 2 (T2, 15%), y dentina (35%). Ellos prepararon 35 barras de las capas de esmalte o dentina, y otras multicapas (incluían todas las capas, tomadas verticalmente de los discos). Las barras de esmalte o dentina se fracturaban principalmente en el centro sin diferencias significativas en sus resistencias, mientras que las multicapa entre la interface de T1 y esmalte, mostró aproximadamente 30% menos resistencia que la de sus respectivas capas de esmalte o dentina, independientemente de la zirconia. Esto evidenció que existen zonas más débiles que comprometen estas estructuras multicapa, atribuible al método de fabricación, ya que los polvos con pigmentos de cada capa, son prensados individualmente. Además reportaron valores de resistencia de 800 a 900 MPa para ML (3Y), 560 a 650 MPa para STML (4Y), y 470 a 500 MPa para UTML (5Y), consistente con su contenido de itria, pero mencionan que varios estudios realizados con zirconias multicapa, reportan rangos muy amplios de resistencia para materiales idénticos, por lo que llama la atención de cómo se estén interpretando los datos en los estudios. Kolakarnprasert et al. (2019) evaluaron los mismos materiales de Katana, enfocado en evaluar la translucidez, así como composición y estructura. Reportan que la translucidez de las capas de dentina y esmalte no poseen diferencias en su resistencia, confirmado para los 3 tipos de zirconias multicapa. Y en cuanto a su composición (en promedio), 5Y-PSZ tiene un 75% de fase cúbica con granos de 4,05 micras, 4Y-PSZ un 65% de fase cúbica con granos de 2,81 micras, y 3Y-TZP, con menos del 50% de fase cúbica, y granos de 0,63 micras. Y en cuanto al contenido de itria, UTML 7,55% en peso (5,4% mol); STML 6,75% (4,8% mol); y ML 5,2% (3,7% mol). Confirmando al igual que otros estudios, que la cantidad de itria aumenta la fase cúbica (Zhang & Lawn, 2018; Zhang, 2014; Denry & Holloway, 2008); Además, no encontraron alúmina en UTML, STML menos de 0,01% en peso, 36 y ML tenía alrededor de 0,06% (Kolakarnprasert et al., 2019). 2.5.6 Zirconias multicapa con gradiente de resistencia Los materiales multicapa siguieron evolucionando para conseguir todavía mayor naturalidad de sus restauraciones, para esto, era imprescindible mejorar la translucidez de estas, sin comprometer mucho las propiedades mecánicas, por lo que se crearon las zirconias multicapa que combinan distintas generaciones de zirconias, integrando las características favorables de estas, estos nuevos materiales combinan no solo el gradiente cromático, sino que también un gradiente de resistencia. Estos materiales no requirieren ser recubiertos, recomiendan también solamente realizar un pulido, o colocación de capas cerámica líquida (Guth et al., 2019; Michailova et al., 2020). La casa Ivoclar lanzó la primera de estas, llamada IPS e.max ZirCAD Multi, donde utiliza zirconia 4Y-PSZ en su base, coincidiendo con zona cervical de dentina de la restauración, y zirconia con mayor translucidez 5Y-PSZ y menor resistencia en la zona superior, simulando el esmalte en incisal u oclusal de las restauraciones. La estructura consta con una base de 60% 4Y, 20% en la zona intermedia la cual es una mezcla de 4 y 5Y, y 20% de 5Y en la zona superior. Según sus fabricantes, puede ser empleado para prótesis fija de hasta 3 unidades en zona posterior (850 MPa), y restauraciones estéticas como carillas, con presentación de bloques y discos. Posteriormente se creó la zirconia IPS e.max ZirCAD Prime, la cual combina 3Y en su base (46%), 31% de la mezcla 3Y y 5Y en el medio, y 23% 37 de 5Y en la parte superior. De esta manera se obtiene una mayor resistencia, lo que aumenta sus indicaciones clínicas, incluyendo prótesis fija de hasta 14 unidades, con un máximo de 2 pónticos contiguos (Ivoclar Vivadent. (n.d.). Más recientemente, en junio del 2021, la compañía Kuraray Noritake lanzó al mercado zirconia multicapa YML, declarando una resistencia de sus capas de 1000 MPa (Inokoshi, M. (2021, Diciembre 14). Se ha visto en estudios in vitro que ZirCAD Prime cuando es sinterizada convencionalmente, y es sometida a envejecimiento hidrotérmico y mecánico con simulación de masticación, su resistencia flexural puede mantenerse sin cambios importantes (incluso aumentar ligeramente), y se le atribuye a su base de 3Y sumamente resistente y a su prensado isostático en frio. Ha mostrado que tiende a desgastar el tejido dental antagonista de manera mínima, muy similar al esmalte natural, y menos que las restauraciones metal cerámicas (Michailova et al., 2020). Schonhoff et al. (2021), estudiaron la resistencia flexural en 4 puntos de Multi A2 y Prime A2 , evaluando 3 protocolos de fatiga dinámica y uno de fatiga estática, y tomando muestras de su base y de la parte superior de cada disco. Observaron que solo muestras de la zona incisal de Prime, mostraron una diferencia en la resistencia con protocolo dinámico, afirmando que es el material más débil de estos, lo cual concuerda con la teoría que 5Y es la zirconia menos resistente a la fractura. (Zhang et al, 2014; Zhang & Lawn, 2018; Stawarczyk et al., 2017a, 2017b). Además, ambos materiales mostraron patrones de fractura y confiabilidad similares, sin importar el protocolo de fatiga, por lo que concluyen que los resultados obtenidos en este estudio no son influenciados por defectos intrínsecos de los materiales (Schonhoff et al., 2021),. 38 Debido a que ZirCAD Prime está indicada para restauraciones de unidades múltiples en la región posterior y no está indicada para protocolos de sinterizado super rápido, Rosentritt y colaboradores en el 2020, evaluaron la importancia del posicionamiento en el eje vertical del disco de este material, recreando restauraciones de 3 unidades, fresadas en su base, en la mitad y en la parte superior del disco; con protocolos de sinterizado de 2:26, 4:25, y 9:50 (horas:minutos), el sinterizado rápido solo se utilizó en la posición media. Las restauraciones fueron glaseadas y cementadas a molares humanos, pasaron después por ciclos de termociclado, cargas mecánicas y finalmente falladas para evaluar la resistencia a la fractura y sus patrones. Concluyeron que el protocolo de sinterización y el posicionamiento en el disco tienen poco efecto sobre las propiedades mecánicas. Solo el sinterizado largo se uso para las 3 posiciones, y fue el único que reportó diferencias significativas (donde arriba obtuvo 1002 N, y abajo 1760 N), solo se observó una tendencia a una menor resistencia con los sinterizados de menor tiempo. Otra observación importante es que para las tres posiciones, los conectores se mantuvieron siempre en 3Y-TZP, zona que está bajo tensión. Y por último, el análisis con SEM confirmó que se observan diferencias en los granos que gradualmente aumentan de tamaño conforme se acercan a la zona superior del disco (Rosentritt et al., 2020b) 2.6 Ajustes de restauraciones de zirconia en silla Los ajustes a las restauraciones de zirconia por parte del odontólogo, se realizan de manera rutinaria, ya sea antes de cementarlas, o después de esto. (Pereira et al., 2018; Lee et al., 2016). Estos desgastes son 39 efectuados cuando se tiene algún tipo de desajuste en la zona marginal, en áreas interproximales, o en la zona incisal u oclusal (Mohammadi-Bassir et al., 2017; Pereira et al., 2018). En estos ajustes clínicos, se busca obtener una superficie lisa y uniforme (Hatanaka et al., 2020), se utilizan normalmente fresas diamantadas que permitan remover exitosamente el exceso de material (Lee et al., 201; Preis et al., 2015). El problema es que se elimina el pulido o glaseado con el que venía la restauración del laboratorio, creando una zona con mayor rugosidad (Guilardi et al., 2017), que se presta para mayor acumulación de placa dental (Lee et al., 2016; Preis et al., 2015; Dutra et al., 2018), pierde el brillo por lo que se ve menos estética, y además, se crean pequeños defectos en la superficie del material que pueden comprometer su éxito y longevidad., así como provocar un mayor desgaste a la pieza antagonista (Guth et al., 2019) Para esto, existen opciones como el volver a glasear la restauración (en casos que no se haya cementado todavía) (Hatanaka et al., 2016), o se recomienda pulir con hules con partículas de diamantes en varios pasos (Lee et al., 2016). O también se puede someter la restauración a una nueva sinterización corta conocida como “cocción regenerativa”, que normalmente tarda unos 30 minutos a 1000C, capaz de producir un retorno de los cristales monoclínicos a su forma tetragonal (Ho et al., 2009; Camposilvan et al., 2019; Hatanaka et al., 2020; Denry & Holloway, 2010). Pero los estudios muestran resultados muy distintos, donde también dependiendo de la manera en que se realicen estos tratamientos, puede aumentar, mantener o disminuir la confiabilidad y propiedades mecánicas del material (Ho et al., 2009; Hatanaka et al., 2016; Denry & Holloway, 2010; Muñoz-Tabares et al., 2011). 40 Se conoce que la zirconia 3Y presenta excelentes propiedades, como la transformación de fase, que le confiere una mayor tenacidad ante estímulos aplicados sobre su superficie gracias a la introducción de una capa de estrés residual compresivo que limita el avance de los defectos superficiales hasta cierto punto (Ho et al., 2009; Hannik et al., 20000; Guilardi 2017; Chevalier et al., 2007; Luthard et al., 2002; Pfeiffer & Hollstein, 1997; Reed & Lejus, 1977), porque esta capa de estrés compresivo solo tiene una profundidad micrométrica, compuesta por otras tres capas, la más externa tiene una profundidad de aproximadamente 10 a 20 nm, y está formada por una zona recristalizada por cristales nanométricos, debajo de esta, la segunda capa es la de granos deformados plásticamente, y la tercera es la que presenta la zona de transformación de fase tetragonal a monoclínica (Muñoz-Tabares et al., 2011; Hatanaka et al., 2016), en donde la capa de recristalización protegerá el interior del material (Hatanaka et al. 2020; Khayat et al., 2018; Luthard et al., 2002), pero en casos en que se formen grietas que superen la profundidad de la capa de compresión creada, se verá afectado negativamente el material, porque las nuevas grietas actuarán como defectos críticos capaces de aumentar la susceptibilidad a la degradación del material (Muñoz-Tabares et al., 2011; Hatanaka et al., 2016, 2020; Pfeiffer & Hollstein, 1997; Kosmac et al., 1999; Guolardi et al., 2017; Preis et al., 2015; Lee et al., 2016; Is eri et al., 2010; Ho et al., 2009; Luthard et al., 2002). Guilardi, Pereira y otros, mostraron la correlación entre desgastar zirconia 3Y con fresas de diamante de grano fino (30 micras) y grueso (151 micras), su rugosidad y resistencia flexural tras envejecimiento, las fresas de grano fino mostraron menor rugosidad y mayor resistencia flexural (Guilardi et al., 2017). Pero en cuanto a las últimas generaciones, las cuales se encuentran altamente estabilizadas con itria (4-6%), parecen ser altamente resistentes 41 a la transformación de fase y por lo tanto, son significativamente más resistentes a la degradación a bajas temperaturas, pero también al endurecimiento por transformación (Zhang & Lawn 2018; Camposilvan et al., 2018; Guilardi et al., 2017; Stwarczyk et al., 2017a) Por estas razones, las propiedades mecánicas de las cerámicas 4Y y 5Y, pueden verse más afectadas por los defectos intrínsecos del material (que por la transformación de fase), producidos durante su fabricación (Muñoz- Tabares et al., 201; Sulaiman et al., 2017). Así como también durante la manipulación por parte de técnicos de laboratorio o el odontólogo en el sillón dental (Sulaiman et al., 2017) que a pesar de los avances en la tecnología CAD/CAM y materiales, siguen siendo necesarios procedimientos que permitan una adaptación adecuado de las restauraciones y aseguren el éxito de estas en boca (Ozer et al., 2018; Aboushelib et al., 2010; Preis et al., 2015). Opciones como volver a glasear, es algo controversial, ha mostrado que puede mostrar una mayor translucidez, incluso antes y después de envejecimiento hidrotérmico (comparado con superficies monolíticas que fueron pulidas con hules, con y sin pasta para pulido (Kurt et al., 2019), además, se ha encontrado que puede funcionar como barrera protectora ante el envejecimiento a bajas temperaturas (Hatanaka et al., 2020), pero hasta un año (Kurt et al., 2019), incluso se ha reportado que se desgasta a los 6 meses (Etman et al., 2008), debido a que esta barrera se erosiona, quedando expuesta de la zirconia que si no fue pulida antes de del glaseado, se expondrá una superficie con rugosidad elevada que puede causar varios problemas, entre ellos, un mayor abrasión a la pieza antagonista, y también propiciar el deterioro acelerado del material (Preis et al., 2015). Cuando se realizan desgastes, dependiendo de la profundidad, velocidad, material y grano del instrumento utilizado, y refrigeración, 42 podrán afectar las características de superficie como lo son la rugosidad, deformación plástica y estrés residual (Pfeiffer & Hollstein, 1997). Estudios con las últimas zirconias, Hatanaka y colaboradores han realizado ya varios estudios sobre los efectos de desgastes, pulido y glaseado sobre zirconia, en su estudio mas reciente del 2020, observaron que independientemente del envejecimiento hidrotérmico, la zirconia Prettau (3Y) mostró una resistencia flexural significativamente mayor que Prettau Anterior (5Y) tras desgastes en la superficie. Y el glaseado disminuyó la resistencia flexural (atribuible a que actuó como un tratamiento de calor que liberó las tensiones residuales, o revirtiendo la transformación de fase, disminuyendo la tenacidad) (Hatanaka et al., 2020). Blatz y colaboradores, realizaron un estudio de arenado y simulación de ajustes oclusales con fresas diamantadas (100 micras) y pulido de zirconia 3Y de 0.8 y 1.3 mm de grosor . El arenado mostró un aumento significativo en la resistencia flexural y mayor cambios de fase, mientras los ajustes y pulido no mostraron un aumento significativo de estas (Ozer et al., 2018), además informaron que el aumento del grosor de las restauración incrementa significativamente la resistencia flexural de este, independientemente del tratamiento superficial, donde restauraciones con grosores de 0.8 mm pueden no ser suficientes para soportar las fuerzas masticatorias en la región molar (las cuales pueden llegar a alcanzar 900 MPa), pero en estas, el arenado aumentó su resistencia flexural. Otro estudio con este mismo material (Prettau, Zirkonzahn, GmbH), mostró que desgastes (con fresas de 90-120 micras a alta velocidad y con refrigeración con agua) y pulido, mejoraba significativamente la resistencia flexural de 3 puntos, mientras que no alteró la resistencia de Prettau Anterior (5Y), (ambas fueron además 43 sometidas a envejecimiento hidrotérmico por 2 horas). Otro estudio mostró que a pesar de realizar desgastes con fresas de grano grueso (108- 120 micras) a 300 rpm, aumentaba la rugosidad, pero también la resistencia flexural, atribuible a la transformación de fase. (Mohammadi- Bassir et al., 2017) Zucuni et al. (2020), evalúan los efectos de desgates con fresas de diamante, pulido y glaseado sobre la superficie de ZirCAD Multi (gradiente de 4Y y 5Y), y su supervivencia tras ser procedimientos de fatiga escalonada en medio húmedo, y encontraron que los tratamientos superficiales no tuvieron efecto sobre el comportamiento a fatiga, ya que las fallas críticas (grietas radiales) sucedieron en la superficie interna que se encontraba cementada a un sustrato similar a dentina (confirmado también por el análisis de elementos infinitos). Además, en el análisis con DRX no observó evidencia de transformación de fase. En cuanto a las primeras generaciones de zirconia, Hatanaka et al. (2016) resumen que la resistencia flexural del materia depende del equilibrio entre el aumento de la resistencia a la flexión por el mecanismo de endurecimiento y la disminución de esta propiedad debido a defectos críticos, pero los mecanismos y comportamiento de las generaciones más recientes todavía deben de ser estudiados más ampliamente. Se sabe que las cerámicas son mas resistentes bajo compresión que bajo tensión, siendo el intaglio de la corona o la superficie tisular de los conectores en casos de prótesis fija de múltiple unidades, donde se origina la falla.(Kelly, 1999; Rosentritt et al., 2020b). Por esta razón, la mayoría de estudios que evalúan tratamientos superficiales sobre estos materiales, y que siguen las guías ISO 6872, colocan la superficie tratada del material bajo tensión. Esto puede simular tratamientos que se dan en el intaglio de una restauración 44 cerámica de zirconia como lo es el arenado con partículas de óxido de aluminio previo a la cementación. Pero no en casos como lo son los ajustes y pulido, los cuales reciben las fuerzas sobre la superficie externa de la restauración. Algunos investigadores como Zucuni et al. (2020) sugieren que son necesarios estudios que ejemplifiquen de manera más directa, lo que sucede en la realidad, sometiendo a compresión la superficie que recibió tratamientos experimentales. 45 CAPITULO 3. MARCO METODOLÓGICO 3.1 Lugares donde se desarrolla la investigación El estudio se realizó en 8 sitios: a) Laboratorio de Cerámicas y Clínica del Posgrado de Prostodoncia, Universidad de Costa Rica b) Laboratorio de Cerámicas, Facultad de Odontología, Universidad de Costa Rica c) Laboratorio dental O&D Digital Lab, Escazú, San José d) Laboratorio y Depósito Dental Cosmodent, San Pedro, San José e) Laboratorio de Materiales Dentales, Facultad de Odontología, Universidad de Costa Rica f) Centro de Investigación en Estructuras Microscópicas (CIEMIC), Universidad de Costa Rica g) Laboratorio Dental Milling Dental Technologies, San Pedro, San José h) Laboratorio Dental Alquimia, San Pedro, San José 3.2 Diseño del estudio Esta investigación se clasifica como un estudio experimental in vitro. 3.3 Determinación del tamaño de la muestra Con el fin de realizar la estadística de Weibull, la cual depende del número de muestras por grupo, con el fin de realizar estimaciones basándose en dos de sus parámetros, el primero es la resistencia característica (σ), donde la confianza de estas estimaciones aumenta con un número de especímenes de diez o más. El segundo parámetro es el módulo de Weibull (m), donde es común requerir no menos de diez especímenes de prueba, y preferiblemente treinta para obtener buenas estimaciones de 46 este. En pruebas mecánicas controladas de resistencia flexural de 3 puntos, in vitro, no se espera que haya una gran variación dentro de la población, sino que se espera que tengan un módulo (m) similar. Se reporta que puede haber un sesgo del 5% o más del módulo de Weibull cuando el grupo de muestras es 10, o menos (Quinn & Quinn, 2010). Por lo tanto, en la presente investigación se determinó un tamaño de muestra de 20 especímenes por grupo, ya que son 8 grupos, con una población total de 160 muestras. 3.4 Operacionalización de variables 3.4.1. Variable Independiente En el cuadro 1 se presentan las variables independientes, así como su definición conceptual y operacional. Cuadro 1. definición conceptual y operacional de la variable independiente Nombre de la variable Definición conceptual Definición operacional Tipo de Cerámica Disco e.max ZirCAD LT1 Disco ZirCAD Prime con gradiente de resistencia con 3 y 5% mol de itria Zirconia parciamente estabilizada con 3% mol de itria Zirconia multicapa con gradiente de resistencia estabilizada con 3% y 5% mol de itria Tratamiento de Desgaste Con Desgaste Con Desgaste: Se realiza el protocolo de desgaste y pulido estandarizado con pieza de mano eléctrica a 180.000 rpm con refrigeración con agua, con fresa de diamante diseñada 47 Sin Desgaste para desgastar zirconia (se cambiaba cada 10 muestras), y se procede al pulido con el kit de 2 pasos con hules diamantados indicados para este material Sin tratamiento superficial postsinterizado Protocolo de sinterizado Convencional Rápido Se realiza el protocolo convencional de 9 horas y 55 (indicado para ambos materiales según los fabricantes) Protocolo rápido. De 2 horas y 26 minutos para el material ZirCAD Prime De 2 horas y 55 minutos para ZirCAD LT1 (Ambos indicados para cada uno de lo materiales según los fabricantes) 3.4.2 Variables dependientes En el cuadro 2 se presentan las variables dependientes, su definición conceptual, operacional, y escala de medición. Cuadro 2. Definición conceptual y operacional de las variables dependientes Nombre de la variable Definición conceptual Definición operacional Escala de medición Resistencia Flexural Fuerza por unidad de área en el instante de la fractura en un espécimen de prueba sometido a carga de flexión. Máquina de pruebas universales MPa Módulo de Elasticidad Rigidez de un material que se calcula como la relación entre la tensión Máquina de pruebas universales GPa 48 elástica y la deformación elástica. Confiabilidad Estadística de Weibull Resistencia característic a y módulo de Weibull Fractografía Estudio de los patrones de fractura y de superficies de las muestras Microscopía electrónica de barrido Descripción cualitativa 49 CAPITULO 4. MARCO EXPERIMENTAL 4.1 Metodología 4.1.2 Estudio piloto Previo a la realización del estudio experimental in vitro, se realizó un estudio piloto para el cual se tomaron secciones de discos de zirconia presinterizados y se cortaron en barras en seco con ayuda de una sierra diamantada (Isomet Low Speed Saw, Buehler, Lake Bluff, IL) y se terminaron de cortar con un disco de diamante posicionado sobre un micromotor (Champion M-III Marathon). Debido a la dificultad de realizar las muestras de esta manera, se procedió a realizar el diseño digital en el programa Exocad, el cual fue exportado y fresado en una máquina de fresado Roland, donde se obtuvo finalmente 10 muestras en forma de barra. Posteriormente fueron pulidas con lija de agua número 800 y 1200 (3M, ESPE), hasta conseguir dimensiones aproximadas de 20x5.0x2.5 mm (±0,01 mm), con ayuda de un calibrador digital (Trupper Caldi-6MP). Todo esto se realizó considerando la contracción volumétrica tras el proceso de sinterización, con el fin de obtener muestras de 16x4x2 mm (±0,01 mm) que cumplan los requisitos para la prueba de flexión de 3 puntos, según ISO 6872:2015 Cerámica dental. Estas fueron posteriormente sinterizadas en el horno Programat CS4 del Posgrado de Prostodoncia a con el protocolo de sinterización lenta de 9 horas y 55 minutos. Las muestras postsinterizadas fueron sometidas al ensayo de flexión en 3 puntos, realizado con una máquina de ensayo universal Tinius Olsen H10KS, bajo una celda de carga de 10kN a una velocidad de 1 mm/min, 50 aplicada perpendicular al eje longitudinal de cada probeta, hasta su fractura. Los valores obtenidos se calcularon mediante la fórmula según la ISO 6872: 2015 para cerámicas dentales. Los valores obtenidos de los resultados sirvieron para evaluar las variabilidades entre ellos y así tomarlo en cuenta para el tamaño de la muestra. Con base en el piloto se procedió a realizar varias modificaciones para la investigación final, en donde se decidió que todas las muestras debían ser diseñadas y fresadas con tecnología CAD/CAM, así como que los desgastes que se realizarían debían ser a mano alzada (siguiendo el ejemplo de otros estudios recientes, que permitiera un mejor control y similitud con lo realizado clínicamente a la hora de realizar desgastes y pulidos sobre restauraciones). 4.2 Metodología Enero 2020. Diseño de las muestras, Laboratorio Dental Alquimia El diseño y fabricación de las muestras se realizó mediante tecnología CAD/CAM. El diseño de las barras fue realizado por el técnico dental Daniel Ross, mediante el software de diseño Exocad, el cual fue exportado en archivo STL. Los materiales del estudio fueron 3 discos IPS e.max ZirCAD LT1 con 3% mol de itria (3Y-TZP), que se usarían como el material control; y 3 discos IPS e.max ZirCAD Prime de Ivoclar Vivadent, con gradiente de resistencia que combina zirconia de 3% y 5% mol de itria (3Y- 5Y PSZ); todos de 98.5 mm de diámetro y 20 mm de altura. Para la fabricación de 160 especímenes en forma de barra de 4.0x2.0x14 mm, según la normativa ISO 6872:2015 de cerámicas dentales. 51 Se acomodaron las barras en el software InLab de Dentsply Sirona, versión SW.18. Se realizó una prueba de fresado con un disco Katana software y fresadora InLab MCX5, también de Dentsply Sirona. Con las muestras obtenidas en esta prueba, se sinterizaron y se realizaron desgastes para calibrar el operador y los desgastes que se realizarían con las muestras del estudio definitivo, Para el primer disco (IPS e.max ZirCAD LT1), se utilizó el software InLab, versión SW.18, y su fresadora InLab MCX5, ambos de Dentsply Sirona. Este software no permitía colocar las barras verticalmente, sino que ligeramente anguladas, por lo que el número de muestras de e.max zirCAD en ese primer disco fue de 42. Debido a que el tiempo de fresado era elevado y no se permitía dejar encendidos los equipos de noche en la facultad, se decidió cambiar de software y de fresadora. En el Laboratorio O&D Digital Lab, se realizó otra prueba de fresado de un par de barras con un disco de zirconia distinto, y debido a que no hubo ningún problema con estas, se procedió a fresar los demás discos. Con el PrograMillCAM software, compatible con la fresadora PrograMill PM7 (Ivoclar), de 5 ejes, permitía acomodar 52 muestras por disco, y fresar en menos tiempo y con un excelente acabado. Se fresaron de primero los dos discos restantes de ZirCAD LT1, y se procedió a pulir las muestras con lijas de agua (Klingspor, PS11A), de 1200 y 2000 con el fin de eliminar las irregularidades de donde estaban los conectores, y biselar los ángulos, hasta conseguir las dimensiones (±0,01 mm), verificadas con un calibrador digital (Holex, ABS 100 mm). 52 Cuando se fresó el primer disco de zirconia Prime, se observó que era significativamente más quebradiza en su estado blanco