異なる研磨粒子を用いた空気中粒子摩耗の効果を評価し、熱処理による曲げ強さについて市販の2種類のジルコニアを比較すること

To Evaluate Effect of Airborne Particle Abrasion using Different Abrasives Particles and Compare Two Commercial Available Zirconia on Flexural Strength on Heat Treatment.

抄録

背景と目的:

セラミック修復物の人気は、本物そっくりの外観、耐久性および生体適合性に起因しており、そのためセラミック修復物は前歯および臼歯に広く使用されている。セラミック修復物は審美性と生体適合性に優れているが、破折抵抗性は低い。イットリア安定化正方晶ジルコニア多結晶体（Y-TZP）は、高い曲げ強度と耐破壊性を有するため、セラミッククラウンや固定式歯科補綴物のコアに最も一般的に使用されている歯科材料である。改善された機械的特性、許容可能な辺縁適合性、生体親和性にもかかわらず、ジルコニアの白っぽい不透明性は明らかな審美的欠点である。ジルコニア・フレームワークは、自然な外観を得るために、しばしば従来の長石質ポーセレンで化粧される。しかし、ジルコニアとベニアリング材との十分な接着強度を得ることは困難である。ベニアセラミックとジルコニアコア間の十分な接着強度を達成することは、ベニア入りジルコニア修復物の長期的な臨床的成功における大きな課題である。本研究の主な目的は、市販されている2種類のジルコニア、すなわちそれぞれCeramillとZR-White（AMANNGIRRBACHとUPCERA）の破折強度に及ぼす異なる表面処理の効果を評価することである。

BACKGROUND AND OBJECTIVE: The popularity of ceramic restorations can be attributed to its life-like appearance, durability and biocompatibility and therefore ceramic restorations have been widely used for anterior and posterior teeth. Ceramic restorations have esthetic and biocompatible advantages but low fracture resistance. Since it has high flexural strength and fracture resistance, yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) is the dental material most commonly used for the core of ceramic crowns and fixed dental prosthesis. In spite of improved mechanical properties, acceptable marginal adaptation and biocompatibility the whitish opacity of zirconia is an obvious esthetic disadvantage. The zirconia framework is often veneered with conventional feldspathic porcelain to achieve a natural appearance. However it is difficult to achieve sufficient bond strength between zirconia and the veneering material. Achieving sufficient bond strength between the veneering ceramic and the zirconia core is a major challenge in the long term clinical success of veneered zirconia restorations. The main objective of this study is to evaluate the effect of different surface treatments on the fracture strength of the two commercially available Zirconia namely Ceramill and ZR-White (AMANNGIRRBACH and UPCERA) respectively.

方法:

AMANNGIRRBACH社およびUPCERA社からそれぞれ市販されている2種類のプレシンタージットリウム安定化ジルコニア・ブランク（ZR-WhiteおよびCeramill）を使用して、各ジルコニア・ブランクから大きさ（直径15.2±0.03 mm、厚さ1.2±0.03 mm）の円板状試験片を作製する。すべての円板状試験片を炉内で1200℃で2時間加熱し、均質な正方晶ZrOを形成する。試料の寸法は、デジタル・ノギス（航空宇宙用）で測定する。各試験片の厚さと直径は、無作為の場所で行った3回の測定の平均値として計算される。各ジルコニア・ブランクから80枚のディスクを8枚ずつの10グループに分けた。50µmのAlO粒子と50µmのシリカコートAlOを用いた空気中粒子摩耗後の熱処理を、試験片の上面と下面に施した。各試験片は30psiの圧力下に15秒間保持され、空気中粒子摩滅装置で表面に垂直な方向に30mmの距離で、空気中粒子摩滅されたグループの試験片に適用される。熱処理は、開始温度500℃、加熱速度100℃/分、終了温度1000℃、保持時間15分で行い、4、5、9、10群の試験片は真空にしなかった。6、7、8、9、10群の試験片には、セメンテーションの準備を模倣した空気中粒子磨耗を、50μmのアルミナ粒子とシリカコートアルミナ粒子を用いて下面に施した。試験片は蒸留水を入れた超音波槽で15分間洗浄した。破壊強度を測定するため、直径10 mmの円板を用い、直径3 mmの硬化鋼球3個を120度ずつ離して配置した（歯科用セラミックのISO規格6872に記載）。各試験片はこの円盤の中央に置かれた。ジルコニアの内面を模倣した下面は、支持装置試験に面した引張面であり、ジルコニアコアの外面を模倣した上面には平らなポンチ（直径1mm）が装填された。万能試験機を用い、クロスヘッドスピード1mm/minで試験を行った。破壊応力はISO 6872に記載されている式で計算した。その結果を統計的に分析した。一対比較にはpost hoc testを用いた。

METHOD: Two commercially available pre-sinteredyttrium stabilized Zirconia blanks (ZR-White and Ceramill) from AMANNGIRRBACH and UPCERA respectively are used to produce the disc shaped specimens of size (15.2 ± 0.03 mm in diameter and 1.2 ± 0.03 mm thick) from each Zirconia blank. All disc shaped specimens are heated at 1200°C in a furnace for 2 hours to form homogenous tetragonal ZrO. The dimensions of the specimens are measured with a digital caliper (aerospace). The thickness and diameter of each specimen are calculated as the means of 3 measurements made at random sites. 80 discs from each Zirconia blank are divided into ten groups of 8 specimens each. Heat treatment after airborne-particle abrasion using 50 µm AlO particles and 50 µm silica coated AlO are applied to the upper and lower surfaces of the specimens. Each specimen is held under a pressure of 30 psi for 15 seconds at a direction perpendicular to the surface and at a distance of 30mm with an airborne particle abrasion device for the specimens in the airborne particle abraded groups. Heat treatments were performed at a starting temperature of 500°C, heating rate of 100°c/ min, ending at a temperature of 1000°C and 15 minutes holding time without vacuum for the specimens in the group 4, 5, 9 and 10. Airborne-particle abrasion mimicking the preparation for cementation was applied to the lower surfaces with 50 µm alumina and silica coated alumina particles for the specimens in the groups 6, 7, 8, 9 and 10. The specimens were cleaned for 15 minutes in an ultrasonic bath containing distilled water. To determine the fracture strength, a disc of 10 mm diameter was used to place 3 hardened steel balls of 3 mm diameter separated each other by 120 degrees (described in the ISO standard 6872 for dental ceramics). Each specimen was centrally placed on this disc. The lower surface mimicking the internal surface of zirconia was the tension side, facing the supporting device testing, while the upper surface mimicking the external surface of the zirconia core was loaded with a flat punch (1 mm in diameter). A universal testing machine was used to perform the test at a cross head speed of 1mm/min. The failure stress was calculated with the equation listed in ISO 6872. The results were then statistically analyzed. A post hoc test was used for pair wise comparisons.

結果:

市販のジルコニア・セラミル（AMANNGIRBACH）の平均破壊強度は、ZR-White（UPCERA）ジルコニアと比較して有意に高い値を示した（<0.001）。また、試験片への空気中磨耗処理は、磨耗処理群と対照群の間に有意な差を示した（<0.001）。また，熱処理を施した試験片は，対照群と比較して有意な値（<0.001）を示したが，空気磨耗後の熱処理は，空気磨耗群よりも試験片の破壊強度を低下させることが明らかになった。

RESULT: The mean fracture strength of commercially available Zirconia Ceramill (AMANNGIRBACH) showed a significant higher value compared to the ZR-White (UPCERA) Zirconia (<0.001), Airborne abrasion treatment to the specimens showed a significant difference between the abraded groups and the control group (<0.001); further AMANNGIRRBACH specimens gave a higher value compare to the UPCERA specimens. The study also revealed that the heat treatment of the specimens gave significant value (<0.001) compared to the control group, but heat treatment following the air abrasion reduces the fracture strength of the sample than the air abraded group.

結論:

本研究の制限の範囲内において，単層表面（50 µmシリカコートAl2O3）およびセメント表面（50 µmAlO）の両方に空気中磨耗処理を施したジルコニア試料の破壊強度は，熱処理群および対照群よりも有意に高いという結論が得られた．空気中粒子による研磨後に熱処理を行うと，空気中粒子による研磨のみを行った群よりも試験片の破壊強度が低下した．市販のセラミル（AMANNGIRRBACH）の破断強度は、ZR-White（UPCERA）のジルコニアよりも大きい。

CONCLUSION: Within the limitation of this study, it is concluded that, the fracture strength of Zirconia specimens treated with an airborne abrasion both on the veneering surface (50 µm silica coated Al2O3) and the cementing surface (50 µm AlO) was significantly higher than the heat treated and the control group. Airborne particle abrasion followed by the heat treatment reduces the fracture strength of the specimen than that ofthe group treated only by the air abrasives. The fracture strength of a commercially available Ceramill (AMANNGIRRBACH) is greater than that of a Zirconia from ZR-White (UPCERA) variety.