Chimica dei Materiali Dentari: ceramici, vantaggi e proprietà meccaniche

CERAMICI

La prof inizia questa lezione con un ripasso dei ceramici (spiegati la volta scorsa), però ha aggiunto qualche informazione quindi riporto tutto quello che ha detto.

I bioceramici sono materiali molto utilizzati (fin dagli anni '70) perché hanno moltissime proprietà favorevoli. In questa legenda si vedono i pro/contro dei vari materiali, comparandoli.

I ceramici hanno tantissimi vantaggi:

• Sono artificiali quindi non hanno problemi di trasmissione di malattie,
• Non sono tossici,
• Sono bioattivi,
• Sono degradabili.

La fragilità è il loro unico difetto, che non è da confondere con il modulo di Young (modulo elastico). Il modulo di Young misura la rigidità, ovvero quanto si allunga un materiale quando soggetto ad una certa forza. Se si allunga molto è poco rigido e ho modulo di Young basso, se si allunga poco è molto rigido e ha modulo di Young alto. I ceramici hanno modulo di Young molto alto ma allo stesso tempo sono molto fragili, queste due sono proprietà indipendenti. [I ceramici sono l'unico materiale bioattivo (unica colonna verde come l'auto-trapianto) e addirittura se facciamo un trapianto eterologo non è bioattivo quanto un ceramico (come biovetro o idrossiapatite). Ad esempio, se si utilizza un osso bovino (è un materiale comunque piuttosto usato in odontoiatria e prende il nome di bio-oss, ovvero osso bovino privato della parte proteica), ha proprietà comunque molto diverse da quello umano e i ceramici sono migliori da questo punto di vista].

I materiali ceramici hanno uso molto massiccio sia in odontoiatria sia in ortopedia e a seconda della composizione chimica possono essere:

• Bioinerti: non interagiscono con i tessuti circostanti
• Bioattivi: creano un legame con il tessuto circostante (es. osso)
• Bioriassorbibili o biodegradabili

Non esiste una categoria migliore di un'altra, infatti si va a scegliere la tipologia di ceramico più adatta in base alla procedura che si deve eseguire > ad esempio, se ci serve un materiale che duri per sempre andremo a scegliere un bioinerte o un bioattivo.

VANTAGGI E SVANTAGGI DEI CERAMICI

Andiamo velocemente a ripassare vantaggi e svantaggi di questi materiali, anche se nella lezione precedente sono stati spiegati più nel dettaglio:

• Hanno elevata compatibilità biologica: il corpo umano risponde bene quando sono impiantati
• Non trasmettono patologie perché sono materiali artificiali
• Si possono produrre in quantità elevate in quanto artificiali e non particolarmente costosi
• Rispetto ai metalli hanno meno stress sheilding (fenomeno spiegato in lezione precedente)
• Hanno grande resistenza alla compressione
• Hanno grande resistenza all'usura: importante sia in odontoiatria (masticazione) che ortopedia
• Possono essere lavorati: le loro superfici possono essere perfettamente lucidate
• Fragilità: svantaggio principale

CERAMICI BIOINERTI

Hanno una bassissima reattività chimica. I ceramici bioinerti non scatenano reazioni nel nostro corpo e si possono anche definire ceramici della prima generazione. Tra questi troviamo:

• Alumina - Al2O3 - Bioinert
• Zirconia - ZrO2 - Bioinert
• Pyrolitic Carbon - Bioinert

1. L'allumina: di colore bianco e usata in odontoiatria
2. La zirconia: di colore bianco ed usatissima in ambito odontoiatrico, soprattutto per l'ambito estetico. Oltre ad avere ottime proprietà funzionali la zirconia ha anche altissime caratteristiche estetiche. La zirconia è molto utilizzata per corone e ponti perché ha un aspetto molto simile ai denti naturali ed è bioinerte, un dente ricostruito infatti non deve avere nessuna capacità di legarsi ai tessuti o essere riassorbibile, per cui la zirconia è perfetta.
3. Carbonio pirolitico

ATTENZIONE! Non confondere alluminio e zirconio con allumina e zirconia; i primi due sono metalli e finiscono in -O, gli altri due sono la forma ossidata (ceramici) e finiscono in -A.

Le applicazioni sono molteplici (in generale per i ceramici, ma nello specifico per i bioinerti):

• Ortopedia: piatti ossei, viti, protesi d'anca, rivestimento di protesi metalliche, riempitivi ossei e protesi vertebrali. In ortopedia è già standardizzato ricoprire le protesi con ceramici, in odontoiatria non lo è ancora ma lo sarà presto. Tutte le nostre viti sono in titanio ma presto saranno ricoperte in ceramico per migliorarne l'interazione ossea
• Odontoiatria: ponti e corone, impianti, la parte ortodontica (apparecchi), cementi, adesivi
• Altre: per orecchio (impianti cocleari), per rilascio controllato di farmaci all'interno del corpo umano, valvole cardiache, impianti oculari

ALLUMINA

Viene utilizzata da tanti anni. Ha un modulo di Young molto alto (molto rigido). Nello specifico l'allumina è l'ossido di alluminio (di colore biancastro), essa è usata per le cosiddette protesi d'anca; è dotata di:

• Alta resistenza alla corrosione (importante per il pH acido della bocca);
• Alta resistenza all'attrito (caratteristica molto importante per il cavo orale)
• Buone caratteristiche meccaniche; infatti, ha un'altissima durezza e bassissima usura (non ci sono particelle che si staccano e che rischiano di essere deglutite)
• È stabile fino a 2000 gradi, quindi resiste a temperature molto superiori rispetto ai metalli

Può essere anche combinata con materiali metallici (spesso titanio o acciaio inossidabile), vista la sua fragilità. Essa viene usata, come detto prima, sia in ortopedia sia in odontoiatria, permettendo così di avere grandissimo successo nelle varie categorie.

Alcune applicazioni specifiche:

• Ricostruzione di denti con effetto molto naturale
• Corone, ponti, denti artificiali con un altissimo success rate
• Il colore varia a seconda di cosa si mette dentro da bianchissimo a giallastro
• Settore ortopedico: teste femorali, viti, piatti ossei ...

ZIRCONIA

La zirconia è sempre un bioceramico inerte, anche questa è utilizzata molto sia in ortopedia (teste femorali) che in odontoiatria (dove ora viene utilizzata di più rispetto all'ambito ortopedico). La maggior parte delle corone sono fatte in zirconia. L'effetto ottico è come quello dell'allumina, forse anche migliore. Facciamo sempre fatica a distinguere il dente naturale da uno in zirconia. Sappiamo infatti che il materiale deve essere come il dente naturale, deve essere translucente, cioè ne troppo opaco né troppo trasparente.

La zirconia esiste in tre fasi cristalline differenti:

• monoclina,
• tetragonale
• cubica.

Ognuna di queste fasi cristalline corrisponde ad una diversa disposizione degli atomi nel reticolo cristallino. La zirconia cubica è l'unica trasparente (le altre due appaiono bianche) e viene utilizzata in gioielleria, i diamanti finti tipicamente sono zirconi, cioè silicati di zirconio. Le tre fasi sono diverse poiché la struttura della zirconia varia in base alla temperatura a cui è sottoposta: per ottenere ad esempio quella tetragonale (usata in ambito odontoiatrico) basta aumentare la temperatura della monoclina.

La zirconia usata da noi non è pura, ma è stabilizzata con un ossido, detto ittria, Y2O3 (ossido di ittrio). Spesso infatti troviamo la Y-TZP Zirconia, (Yttrium-Stabilised Tetragonal Zirconia Polycrystal = Zirconia Tetragonale stabilizzata con ittria), questo è un prodotto che si trova già pronto così, che rende il nostro prodotto più resistente. > ricordare questa sigla!

[Esistono zirconia 3Y-TZP, 4Y-TZP e 5Y-TZP = zirconia stabilizzata con il 3, 4 o 5% di ittria, materiali nuovi e molto resistenti utilizzati soprattutto per il settore posteriore perché lì vi sono carichi masticatori importanti e la zirconia è molto resistente. La più promettente è la 4Y, materiale di ultima generazione (nell'ordine: 3Y, 5Y, 4Y) perché ha anche delle ottime capacità estetiche].

Bisogna ricordare che la zirconia è più tenace, più resistente alla frattura rispetto all'allumina, ed è per questo che si usa tantissimo in odontoiatria, noi mastichiamo e quindi vogliamo un materiale resistente alla frattura, la corona non si deve spezzare. La zirconia ha anche una densità maggiore rispetto all'allumina. Oltre ad avere un'ottima resistenza all'usura ha anche queste caratteristiche di migliore tenacità. La prof ci ricorda di stare attenti a non confondere le proprietà. La rigidezza è una cosa, la resistenza alla frattura è un'altra e resistenza all'usura un'altra ancora.

> In questa tabella vengono inserite tutte le caratteristiche tipiche della zirconia, non ci viene richiesto di saperle a memoria, la tabella serve solo per consultazione.

La zirconia fino dagli anni 70 veniva utilizzata per le teste femorali delle protesi d'anca. La zirconia è un materiale sempre più utilizzato per la sua resistenza alla frattura, l'unico svantaggio è che si può degradare ad una certa temperatura, soprattutto nella presenza di acqua, perché avvengo trasformazione tipo tetragonale monoclina si possono avere dei problemi.

Questa bocca non è particolarmente bella, però si vede che rispetto a qualcosa di metallico la zirconia ha elevatissime caratteristiche estetiche.

Qua vi faccio vedere un altro lavoro in odontoiatria. Guardate tutte e due i denti centrali, quello a sinistra con un perno metallico. L'unico problema con un perno metallico è che essendo la zirconia trasluncente, come il dente naturale, se c'è un qualcosa di metallico sotto si vede, ma il problema non è la zirconia, è il perno metallico. Mentre per quello più a destra vedete la differenza dove nella foto a destra con la zirconia sono riusciti a ripotare il dente alle sue dimensioni originali, e non si vede differenze tra il pezzo di dente naturale e quello fatto con la zirconia. Si possono ottenere risultati estetici molto buoni.

Il dente naturale è trasluncente, quindi non è trasparente nè completamente opaco (sembra opaco però se mettete una lampada dietro, in realtà nella parte soprattutto nella parte inferiore è trasluncente), non è facile imitare questo effetto naturale, La zirconia caratteristiche molto simili al dente naturale perché diventa trasluncente.

La zirconia stabilizzata con Ittrio è detta Gold Standard (materiale più usato in Europa), l'unico problema è la resistenza la stabilità a lungo termine.

CERAMICI BIOATTIVI E BIORIASSORBIBILI

Dopo aver visto allumina e zirconia che sono bioattivi, veniamo ora ai ceramici bioattivi e bioriassorbibili, quindi seconda generazione. Fondamentalmente i ceramici bioattivi e bioriassorbibili, a parte i biovetri, appartengono alla famiglia dei fosfati di calcio. Ci sono tantissimi fosfati di calcio diversi, abbiamo sempre come costituenti calcio e fosforo ma variando la chimica otteniamo tanti prodotti differenti. Anche se non dobbiamo imparare a memoria le formule, comunque, dobbiamo sapere che variando con le formule chimiche riusciamo a ottenere proprietà diverse perché dobbiamo sapere che oltre ad avere un nome diverso, questi prodotti hanno anche caratteristiche diverse in termini di biocompatibilità e bioriassorbibilità.