Keraamisten rakenteiden adhesiivinen sidostaminen

Sidostus keraamisiin materiaaleihin

Hampaan kudoksilla ei ole luontaista affiniteettia hammaskeraameihin. Siksi keraamisten materiaalien sidostaminen hampaaseen edellyttää asianmukaista esikäsittelyä ja yhdistelmämuovisementtejä. Kiinnityssementointi perustuu lähinnä mikromekaaniseen ja kemialliseen retentioon. Se edistää hammaskudosten säilymistä. Täyskeraamiset posliini- tai lasikeraamirakenteet on keraamisen materiaalin vahvistamiseksi kiinnitettävä (esim. reaktiivisiin organofosfaattimonomeereihin perustuvalla) sementillä, sillä tämä auttaa vastustamaan niitä voimia, joille restauraatiot altistuvat (1–3).

Ennen kuin epäsuoralla menetelmällä tehty paikka kiinnitetään, hammas- kudokset ja rakenne on esikäsiteltävä. Hammaslääketieteessä esikäsittely tarkoittaa määritelmän mukaan yleensä yksittäistä vaihetta tai vaihesarjaa, johon voivat kuulua esimerkiksi etsaus, karhentaminen, puhdistus ja ns. debriksen poisto, niin että hammassementtiä tai sidostusainetta käyttämällä voidaan saada aikaan kestävä sidostus (4, 5). Kirjallisuudessa kuvataan useita pintojen esikäsittelymenetelmiä ja niiden modifikaatioita. Näillä voidaan modifioida keraamien pintaominaisuuksia – kemiallisesti, fysikaalisesti tai molemmilla tavoilla – ja mahdollistaa kestävä sidos kiinnityssementin ja esikäsiteltyjen keraamisen pintojen välille (6, 7).

Keraamityypin mukaan jokin seuraavista kolmesta esikäsittelystä voi merkitsevästi parantaa kiinnittymistä: I) kemiallinen fluorivetyhappoetsaus tai vastaava esikäsittely, II) fysikaalinen esikäsittely, kuten hiekkapuhallus alumiinioksidijauheella pinnan karhentamiseksi ja III) hiekkapuhallus käyttäen piidioksidipäällysteisiä alumiinioksidihiukkasia: menetelmä, jonka muodostama piidioksidikerros silanoidaan ennen yhdistelmämuovisementin levitystä.

Happoetsaukseen käytetään yleensä 5–10-prosenttista fluorivetyhappogeeliä, joka liuottaa posliinien ja lasikeraamien lasimatriisia (8) ja saa aikaan mikrohuokoisen pinnan. Huokoisuus parantaa kestävän liitoksen vaatimaa mikromekaanista sidosta (retentiota). Vaikka fluorivetyhappoetsauksella on osoitettu olevan positiivinen vaikutus posliinien ja lasikeraamien kiinnittymiseen, sen tilalle on lähinnä sen huomattavan toksisuuden vuoksi ehdotettu muita etsausmenetelmiä. Muussa esikäsittelyssä posliinin tai lasikeraamin pinta I) etsataan ja aktivoidaan kemiallisesti itse-etsaavalla keraamin esikäsittelyaineella, joka sisältää tetrabutyyliammoniumfluoridia (TBAF) tai II) etsataan ennen sementointia happamoidulla fosfaattifluoridilla tai III) ammoniumvetyfluoridilla (NH4HF2) (9). Nykyään suositellaan fluorivetyhapon käyttöä.

Fysikaalinen esikäsittely tarkoittaa hiekkapuhallusta alumiinioksidijauheella (Al2O3). Pinnan fysikaalinen esikäsittely optimoi kiinnityksen I) luomalla puhtaan pinnan, jolla on suuri vapaa pintaenergia ja pieni pintajännitys sekä II) luomalla karhennetun pinnan retentiota varten, jolloin pinnasta tulee reaktiivisempi sidoksen muodostumiselle. Yksi hiekkapuhallusmenetelmä on tribokemiallinen piidioksidipäällystys, jossa luodaan piidioksidipäällysteisiä alumiinioksidihiukkasia käyttämällä tuore ja reaktiivinen piidioksidikerros epäsuoralla menetelmällä tehdyn rakenteen pinnalle. Tällaisen piidioksidikerroksen päälle on levitettävä tartunta-ainetta (silaania) (10, 11). Tribokemialliselle piidioksidipäällystykselle on runsaasti suun sisä- ja ulkopuolisia käyttöaiheita, ja sitä on suositeltu zirkonian sidostamiseen (9).

Happosyövytyksen jälkeen posliini-, lasikeraami- tai piidioksidipäällystetty zirkoniapinta on silanoitava. Silaanipohjaisen kiinnittymisen kemia on hyvin erikoista ja monimutkaista. Silaanimolekyyleille ovat tyypillisiä suorat Si-C-sidokset. Silaanitartunta-aineet ovat synteettisiä, niin sanottuja trialkoksisilaaneja, joissa on metoksiryhmä (-OCH3), molekyylin toisessa päässä organofunktionaalinen ryhmä ja niiden välissä yhdistävä -(CH2)n-osa (ns. linkkeriosa). Hammaslääketieteellisissä silaanivalmisteissa yleensä käytetty reaktiivinen silaanimonomeeri on 3-metakryloksipropyylitrimetoksisilaani. Silaaneja ei yleensä kutsuta adhesiiveiksi vaan sidostusaineiksi (myös: esikäsittelyneste) (6). Käytännössä hydrofiilinen silaanitartunta-aine kostuttaa ensin piidioksidipitoisen substraatin pinnan ja muodostaa kolmiulotteisen, hydrofobisen siloksaanikalvon, joka muodostaa voimakkaan kemiallisen sidoksen runsaasti piidioksidia sisältävään pintaan. Seuraavaksi silaanin paljastuneet, reagoimattomat hiili-hiili-kaksoissidokset C=C-sidokset reagoivat yhdistelmämuovisementin kanssa (12). Silaanipohjaista sidostusta varten substraatin pinnan on oltava piipitoinen: siinä tulee olla piidioksidia, silikaatteja tai lasia (10). Silaanitartunta-ainemolekyylit ovat kaksoisfunktionaalisia ja synteettisiä epäorgaanisen ja orgaanisen molekyylin hybridejä. Kun silaania kertyy epäorgaaniselle pinnalle, silanolin oligomeerit reagoivat toisiinsa muodostaen -Si-O-Si-siloksaanisidoksia, jotka ovat vuorovaikutuksessa runsaasti piidioksidia sisältävän rakenteen pinnalla olevien hydroksyyliryhmien (-OH) kanssa (kuva 1 «»1). Silanointi mahdollistaa kovalenttien C-C-sidosten muodostumisen silanoidun keraamisen pinnan ja kiinnityssementin välille (6, 12). Hammaslääketieteessä kliinisessä käytössä olevat silaanitartunta-aineet ovat esiaktivoituja: silaania on yleensä noin 2 tilavuusprosenttia liuotettuna etanoliin, jossa on muutama tilavuusprosentti vettä, ja jonka pH on säädetty arvoon 4–5 hydrolyysiä eli silaanimolekyylien aktivointia varten (6, 12, 13).

Seuraavassa on kuvattu yksityiskohtaisesti nykyisten keraamien saatavilla olevan näytön mukaan suositeltu esikäsittely, ja siitä on tiivistelmä taulukossa 1 «»2. Kiinnityssementtijärjestelmän valintasuositus on taulukossa 2 «»3.

Zirkonia

Niin sanotuilla puhtailla oksidikeraameilla on muihin keraameihin nähden selvästi erilainen kemiallinen ja kristallografinen koostumus, joka tuottaa hyvän taivutuslujuuden ja murtositkeyden sekä suuremman inerttiyden. Näillä oksidikeraameilla, alumiinioksidilla (Al2O3) ja zirkonialla (ZrO2), joiden sanotaan usein olevan monikiteisiä, lujia keraameja, ei ole lasifaasia ja ne ovat käytännössä haponkestäviä. Siksi oksidikeraameja ei pysty helposti etsaamaan fluorivetyhapolla. Perinteinen zirkonia (jota kutsutaan myös diyttriumtrioksidilla (Y2O3) stabiloiduksi tetragonaaliseksi monikiteiseksi zirkoniaksi, Y-TZP) on vähemmän läpikuultavaa kuin muut keraamiset materiaalit. Koska kehitystyössä on keskitytty lisäämään zirkonian läpikuultavuutta, saatavilla on myös uuden sukupolven läpikuultavaa zirkoniaa (17). Käytettäessä rakenteessa uutta, hyvin läpikuultavaa zirkoniaa, jonka murtolujuus on pieni, oikea sidostus on tärkeää ja erityisen tarpeellista, jos seinämän paksuus on minimitasoa (18).

Perinteiset ja läpikuultavat zirkonia-rakenteet voi sidostaa ilman esikäsittelyä, mutta pinnan fysikaalinen esikäsittely ennen sementointia on erittäin suositeltavaa. Nykyisin eniten käytetyt kaksi menetelmää perustuvat hiekkapuhallukseen joko aluminioksidijauheella tai piidioksidipäällysteisillä alumiinioksidihiukkasilla (tribokemiallinen piidioksidipäällystys). Ensisijainen vaihtoehto on hiekkapuhallus hiukkaskooltaan keskimäärin 50 µm alumiinioksidijauheella kohtisuoraan noin 10 millimetrin etäisyydeltä 1–2 baarin (0,1–0,2 MPa) paineella 10–15 sekunnin ajan. Tämä esikäsittely lisää zirkonian pinnan karheutta ja parantaa mekaanista kiinnittymistä (retentiota) sidostuksessa. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää tribokemiallista piidioksidipäällystystä: paitsi että se puhdistaa ja karhentaa pintaa, se luo keraamin pinnalle epäsäännöllisen piidioksidikerroksen, kun erityistä piidioksidipäällysteistä alumiinioksidijauhetta (keskimääräinen hiukkaskoko, kun käytössä on Rocatec™ Soft, n. 30 µm:n partikkelihalkaisija, ja kun Rocatec™ Plus, n. 110 µm) puhalletaan kohtisuoraan 10 millimetrin etäisyydeltä 0,28 MPa:n paineella (10). Hiekkapuhalluksesta on edellä mainittuja etuja zirkonian esikäsittelyssä, mutta puhtaasti fysikaalinen esikäsittely, johon vaikuttavat sekä käytetty paine (19) että käsittelykulma (20) voi tuottaa pintaan vikoja, jotka kriittisissä paikoissa ja liiallisessa rasituksessa voivat vaikuttaa rakenteen kestoon pitkällä aikavälillä.

Sementillä kiinnitettyjen zirkoniarakenteiden vahvempaan sidostukseen on kaksi vaihtoehtoa. Ellei käytetä esikäsittelyä tai hiekkapuhallusta alumiini- oksidijauheella, on syytä käyttää yhdistelmämuovisementtiä, joka sisältää 10- metakryloyylioksidekyylidivetyfosfaattia (10-MDP). Hiekkapuhallus alumiinioksidijauheella tehdään hammaslaboratoriossa, ja rakenne puhdistetaan sitten vedellä ultraäänihauteessa. Kun rakenteen sopivuus potilaalle on testattu vastaanotolla, on se puhdistettava epäpuhtauksista (21) erityisesti zirkonialle kehitetyillä tuotteilla (kuten Ivoclean™). On aiheellista käyttää 10-MDP:tä sisältäviä yhdistelmämuovisementtejä tai keraamien esikäsittelyaineita, koska lupaavin toimiva monomeeri, 10-MDP, muodostaa melko stabiilin kemiallisen sidoksen demineralisoidun hampaan (ja hydrofobiset 10-MDP-osat kollageenin kanssa) ja zirkonian kanssa (10-MDP:n fosfaattiesteriryhmät passiivisen zirkoniapinnan oksidi- ja hydroksyyliryhmien kanssa) (kuva 2 «»4) (22, 23). 10-MDP:n ja kollageenin välisen kompleksin muodostus voi parantaa yleensäkin hyvin toimivilla 10-MDP-pohjaisilla itse-etsaavilla sementeillä saatavia tuloksia. Käytettäessä yhdistelmämuovisementtiä zirkonian sidostukseen tarvitaan kemiallista tai kaksoiskovetusta, koska materiaalin vähentyneen läpikuultavuuden ja vaadittavan minimipaksuuden vuoksi sininen valo pääsee erittäin huonosti sementtikerrokseen.

Jos taas käytetään tribokemiallista piidioksidipäällystystä, sen jälkeen rakenne on huuhdeltava, kuivattava ilmalla ja silanoitava, mikä mahdollistaa kemiallisen kiinnittymisen mihin tahansa yhdistelmämuovisementtiin (24). Myös sidoksen merkittävä heikkeneminen pitkällä aikavälillä, jos esikäsittelyyn käytetään tribokemiallista piidioksidipäällystystä ja silaania – kuten on ilmoitettu käyneen käytettäessä perinteisiä yhdistelmämuovisementtejä – tukee fosfaattimonomeeriä sisältävien yhdistelmämuovisementtien käyttöä zirkonian kiinnittämiseen (24).

Kliinisesti tärkeitä näkökulmia keraamisten rakenteiden sementointiin

Yhdistelmämuovisementin valinnassa lähtökohtana on keraamisen materiaalin tyyppi. Kuten yllä mainittiin, homogeeninen, hyvin sidostunut ja moitteeton kiinnityssementtikerros minimoi posliinisten ja lasikeraamisten rakenteiden murtumariskin (1,2). Kun litiumdisilikaattikruunuja seurattiin kliinisesti yhdeksän vuoden ajan, ne kestivät huonommin, jos sementointiin oli käytetty lasi-ionomeerejä, kuin jos siihen oli käytetty yhdistelmämuovi-sementtiä (25).

Rakenteen vahvistamisen lisäksi suunnitteluvaiheessa on tärkeää ottaa huomioon esteettiset vaatimukset. Nykyisissä yhdistelmämuovisementtijärjestelmissä on tarjolla monia värejä etualueen esteettisesti vaativiin tapauksiin, varsinkin jos on tarkoitus käyttää läpikuultavia posliini- tai lasikeraameja. Rakenteen sopivuuden testaamiseen monilla valmistajilla on tarjolla niin sanottuja kokeilupastoja, joiden avulla kliinikon on helppo valita paras sementin sävy ennen kuin rakenne sementoidaan lopullisesti. Läpikuultava sävy on kuitenkin riittävä sidostettaessa hyvin vaativia rakenteita, joissa on jo otettu huomioon korjattavan hampaan ja viereisten hampaiden väri. Jos tällaisia läpikuultavia rakenteita tehdään etualueelle, on tärkeää valita sellainen yhdistelmämuovisementtijärjestelmä, jonka väri pysyy hyvin. Kaksois- kovetteisten, tertiääristä amiinia sisältävien yhdistelmämuovisementtien väri muuttuu ajan myötä selvästi vähemmän kuin valokovetteisten yhdistelmämuovisementtien (26, 27). Silti etualueen läpikuultavien keraamisten rakenteiden sementointiin tulisi käyttää amiinittomia yhdistelmämuovi- sementtejä (taulukko 2 «»3). Pelkästään valokovetteiset, amiinittomat yhdistelmämuovisementit, joiden värin säilymistä pidetään parempana (26), sopivat siis sidostamaan tällaisia rakenteita, kunhan keraamin paksuus ei ylitä kahta millimetriä (28). Muussa tapauksessa on suositeltavaa käyttää amiinitonta, kaksoiskovetteista yhdistelmämuovisementtiä, sillä valon säteilyteho ja sementtiin asti ulottuva kokonaisenergia vähenevät merkittävästi, kun valokovetus tehdään keraamin läpi (29, 30). Riippumatta siitä, valitaanko läpikuultavan keraamisen rakenteen sementointiin valo- vai kaksoiskovetteinen yhdistelmämuovisementti, valoaktivaation on oltava riittävä, jotta saavutettaisiin mahdollisimman hyvä sementin kovettuminen (kaksoissidosten konversio) ja optimaaliset mekaaniset ominaisuudet (31).

Sementointia voi suositella myös käytettäessä vahvempia keraameja eli zirkoniaa. Tämä voi olla erityisen hyödyllistä, jos hampaan preparointi on liian matala tai jotkut konvergenssikulmat ovat suositeltua suurempia, mikä huonontaa mekaanista retentiota (32). Läpinäkymättömämmän zirkonian sidostamiseen on käytettävä kaksoiskovetteista (tai mahdollisesti kemialliskovetteista) yhdistelmämuovisementtiä (taulukko 2 «»3). Kannattaa valita kaksoiskovetteinen, itse-etsaava yhdistelmämuovisementti: se yksinkertaistaa toimenpidettä, koska hampaita ei tarvitse esikäsitellä (muuten kuin puhdistaa väliaikaisen sementin jäänteet perusteellisesti), ja jos valmiste sisältää 10-MDP:tä, se lujittaa sidosta (33–35). Oksidikeraameja käytettäessä yksittäisten kruunujen keston on raportoitu olevan enintään 8 vuoden seurannassa samaa luokkaa riippumatta valitusta sementistä: sementoinnin irtoaminen oli vähän yleisempää, jos siihen oli käytetty sinkkifosfaattisementtiä kuin jos oli käytetty lasi-ionomeerisementtiä (36) tai itse-etsaavaa yhdistelmämuovisementtiä (37). On silti syytä korostaa, että kliinisten pitkäaikaistutkimusten mukaan myös oksidikeraamiset kruunut ja kiinteät hammasproteesit kestävät pitkään, jos ne kiinnitetään perinteisellä sementillä (18). Siitä huolimatta useimmissa tutkimuksissa suositellaan zirkonian sidostamista itse-etsaavalla yhdistelmämuovisementillä, joka on nykyään lähes täysin korvannut sinkkifosfaattisementit.

Kliinisen näytön perusteella zirkoniarakenteet on mahdollista sidostaa onnistuneesti, mutta sidoksen kesto vaihtelee (38). Siksi kliinisiä tutkimuksia, joissa tutkitaan ei-retentiivisiä, pintakiinnitteisiä kiinteitä rakenteita – tai proteeseja, joiden mekaaninen retentio on vähäistä – pidetään hyväksyttävänä tapana testata todellista sidostumista zirkoniaan in vivo. Kernin (38) katsauksen mukaan tutkimuksissa ilmoitettiin tapahtuneen vähemmän tällaisten ei-retentiivisten zirkoniarakenteiden irtoamista (4,8–7,1 %, kaikki traumaperäisiä) 20–64 kuukauden tarkkailujaksolla, jos käytettiin hiekkapuhallusta (50 µm alumiinioksidijauhetta 2,5 baarin paineella) ja kiinnitys tehtiin MDP-pitoisella yhdistelmämuovisementillä. Tätä tukevat vasta julkaistun kliinisen tutkimuksen tulokset koskien ei-retentiivisiä, zirkoniasta valmistettuja, pintakiinnitteisiä kiinteitä vapaapäätteisiä rakenteita, joihin käytettiin hiekkapuhallusta (50 µm alumiinioksidijauhetta 1,0–2,5 baarin paineella) ennen sementointia. Kyseisessä tutkimuksessa sidoksen irtoavuus oli 10 vuoden tarkkailuaikana 4,2 %, jos rakenne oli kiinnitetty MDP-pitoisella yhdistelmämuovisementillä (Panavia 21, TC), ja 14,2 %, jos se oli kiinnitetty metakrylaattipohjaisella yhdistelmämuovisementillä (Multilink Automix) (39). Mainitut tulokset (38, 39) ja niitä vahvistavat laboratoriotutkimukset (24, 40) tukevat hiekkapuhalluksen ja MDP-pitoisen yhdistelmämuovisementin käyttöä zirkonian kestävään sidostukseen.

Katsauksessa taas todettiin, että jos zirkoniaa käytettiin käsittelemättä sen pintaa muuten kuin puhdistamalla se etanolilla, ja jos sen kiinnitykseen käytettiin sekä MDP-pitoista esikäsittelyainetta että yhdistelmämuovisementtiä, irtoavuus oli normaalikäytössä 53 kuukauden aikana 13,3 %, vaikka rakenne olisi suunniteltu hyvin retentiiviseksi. Lisäksi kemiallisen sidoksen irtoaminen oli 12 kuukauden seurannassa merkitsevästi yleisempää (46,2 %) käytettäessä inlay-zirkoniarakenteita, joihin oli ensin tehty tribokemiallinen piidioksidipäällystys ja silanointi ja jotka oli kiinnitetty MDP-pitoisella yhdistelmämuovisementillä – mikä viittaa heikkoon yhteyteen piidioksidikerroksen ja zirkonian välillä (38). Näiden tulosten perusteella tribokemiallisella piidioksidipäällystyksellä ja silanoinnilla ei ehkä saada yhtä kestävää sidosta zirkoniaan.

Valittaessa sementtiä keraamisten kruunujen kiinnitykseen kannattaa harkita muitakin kliinisiä parametrejä. Käsittelyn helppous ja sopivat työskentelyajat ovat tärkeitä. Sementoinnin onnistuminen riippuu myös materiaalien oikeasta käsittelystä (siis: käyttöohjeet on luettava tarkasti) sekä rakenteen ja hammaskudosten pintojen esikäsittelystä (41). Siksi on syytä noudattaa valmistajien sidosaineita, keraamisia esikäsittelyaineita ja yhdistelmämuovisementtejä koskevia suosituksia. On myös tärkeää, että noudatetaan tarkasti samaa sidostus- ja sementointijärjestelmää eikä vaihdeta eri valmistajien kemialliselta koostumukseltaan erilaisia valmisteita keskenään, sillä ne eivät välttämättä ole lainkaan kemiallisesti yhteensopivia (18).

Lopuksi

Keraamisen materiaalin, yhdistelmämuovisementtijärjestelmän ja pinnan esikäsittelymenetelmien valinnasta riippumatta hammaslääkärin ja hammasteknikon on tärkeää oppia käyttämään kunnolla valitsemiaan hoitomenetelmiä, materiaaleja ja työskentelymenetelmiä.

Bonding ceramic restorations

Porcelain and glass ceramics need to be bonded to teeth for the reinforcement of restorations: according to studies, the best results are achieved by pretreating and etching the ceramic surface with hydrofluoric acid, then applying a silane coupling agent or a ceramic primer, and luting with a light- or dual-cured adhesive cement, depending on the restoration thickness. Zirconia may be cemented after gentle roughening by grit-blasting, using adhesive resin composite cement. In addition, tribochemical silica coating, combined with a silane application, is an alternative that might provide enhanced adhesion. The best durable bonding to zirconia is achieved by applying a dual-cured adhesive resin composite cement that contains phosphate ester groups. Among the clinically relevant parameters involved in choosing an adhesive cement system to bond ceramic restorations to the dental hard tissues, the aesthetic properties, colour stability, ease of handling, and appropriate working times of the cement are to be considered.