Bài giảng Những điều dễ gây nhầm lẫn về sứ nha khoa

SINH HOẠT KHOA HỌC HỘI RHM TP. HCM NHỮNG ĐIỀU DỄ GÂY NHẦM LẪN VỀ SỨ NHA KHOA TP. Hồ Chí Minh, 13 Tháng Hai, 2011 CÂU HỎI và VẤN ĐỀ (1) - Porcelain và Sứ có phải là một không? Nếu không,
- Porcelain là gì? - Sứ nha khoa gồm mấy loại, khác nhau thế nào? - Tại sao từ một khối thủy tinh lại thành răng sứ? - Có gì khác nhau giữa các loại sườn sứ? - Cũng là sứ, tại sao zirconia và alumina lại cứng chắc thế? - Zirconia đã là vật liệu lý tưởng chưa??? CÂU HỎI và VẤN ĐỀ (2) - Phục hình (mão, cầu) toàn sứ có thẩm mỹ hơn phục hình sứ-kim loại không?, Nếu không,
- Giống nhau và khác nhau giữa hai loại phục hình ỨNG DỤNG LÂM SÀNG DỰA TRÊN BẰNG CHỨNG - Phục hình sứ kim-loại có còn là “chuẩn vàng” không??? - Chọn hợp kim nào? - Chọn toàn sứ nào? - Gắn phục hình toàn sứ bằng gì???
www.hoangtuhung.com SỨ NHA KHOA TÌM HIỂU VẬT LIỆU & CÔNG NGHỆ NGND. GS. BS. Hoàng Tử Hùng tuhung.hoang@gmail.com www.hoangtuhung.com www.hoangtuhung.com LỊCH SỬ GỐM SỨ Gốm là một trong những vật liệu được con người sử dụng sớm nhất, từ thời kỳ đồ đá, cách nay trên 10.000 năm*, ngày nay, vẫn phổ biến và tiếp tục phát triển. *sự xuất hiện của đồ gốm được c i là một ốc đánh dấu thời đại đá mới. Đĩa sứ Trung hoa Thế kỷ 17 Ngói thời Lê Thế kỷ 11 (Hoàng thành Thăng long) Gạch ống nước, lát đường (Hoàng thành Thăng long) “porcelain” = “gốm sứ” Sét trắng (Kaolin) Trường thạch (feldspar) Thạch anh (quartz) SiO2 Sứ (Porcelain) nha khoa Gốm Sứ mỹ nghệ, gia dụng Sành, gốm vệ sinh Gốm đất nung Sơ đồ thành phần cơ bản của gốm sứ THUẬT NGỮ “porcelain” = “gốm sứ” Trong tiếng Việt, – Các sản phẩm gốm sứ dân dụng và mỹ thuật thông dụng được gọi chung là “gốm sứ”, – Trong thuật ngữ kỹ thuật, chủ yếu sử dụng từ “gốm”, – Trong nha khoa, chủ yếu sử dụng từ “sứ”. www.hoangtuhung.com THUẬT NGỮ • Porcelain: là các loại gốm sứ làm từ nguyên liệu thô: đá trường thạch (feldspar), thạch anh (quartz), sét trắng (kaolin), được nung đến 1.200 – 1.400°C. - Tùy theo thành phần và độ tinh khiết của nguyên liệu, người ta có thể thu được: sành, sứ, sứ cao cấp, trong đó có sứ nha khoa dạng bột
Các sản phẩm của porcelain đa dạng: vật liệu dùng trong xây dựng, đồ dùng gia đình, đồ trang trí www.hoangtuhung.com PHÂN LOẠI GỐM SỨ Phân loại theo nhóm sản phẩm: có 3 loại chính 1-Gốm xây dựng: gạch, ngói, sứ vệ sinh Ngói, Gạch ống nước, lát đường thời Lê (Hoàng thành Thăng long) PHÂN LOẠI GỐM SỨ 2- Gốm gia dụng và Chế tác sản phẩm bằng bàn xoay Venus of Dolnie Vestonice 29,000 BC – 25,000 BC Discovered 1925 in Moravia Present location Moravské zemské muzeum, Brno, Czech Republic Etruscan,540–530 BC Gốm mỹ nghệ PHÂN LOẠI GỐM SỨ 3- Gốm kỹ thuật, gồm: a- gốm thủy tinh b- gốm oxid c- gốm không chứa oxi d- gốm phức hợp (composite) [b + c] Bột Zirconia Bột Alumina Cấu trúc phân tử Oxid nhôm www.hoangtuhung.com CERAMICS Ceramic khác Chú ý: tất cả porcelain (gốm sứ, men sứ) và glass-ceramic (sứ thủy tinh) là ceramic (gốm sứ), nhưng còn nhiều sản phẩm khác cũng là “ceramic” Glass-ceramic (Sứ thủy tinh) Porcelain (Gốm sứ, men sứ) www.hoangtuhung.com LỊCH SỬ SỨ NHA KHOA • Trong nha khoa* 1774, A. Duchâteau (người Pháp) đã thực hiện hàm giả có răng sứ, công bố tại Viện hàn lâm phẫu thuật năm 1776, 1788, N. D. de Chémant công bố luận văn “A Dissertation on Artificial Teeth” mô tả việc thực hiện răng porcelain từ bột dẻo khoáng chất (mineral paste). 1884, M. L. Logan (người Mỹ) được cấp bằng sáng chế mão toàn sứ. *W. Hoffmann-Axthelm: History of Dentistry, Quintessence,1981 www.hoangtuhung.com ĐỊNH NGHĨA Sứ nha khoa là một sản phẩm dùng trong nha khoa phục hồi, có bản chất là vật liệu vô cơ không kim loại, trải qua nung ở nhiệt độ cao để đạt được đặc tính mong muốn (J.M. Powers, R.L. Sakaguchi: Craig’s Restorative Dental Materials, 2006) www.hoangtuhung.com Sứ oxid Sứ thủy tinh Glass-ceramic Dental Porcelain BA LOẠI SỨ NHA KHOA Cả ba loại sứ nha khoa nêu trên đều đang có tại Việt nam THẾ GIỚI SỨ NHA KHOA Hiện có ở Việt nam - Làm lớp phủ phục hình sứ-kim loại - Làm lớp phủ thẩm mỹ cho toàn sứ - Làm mặt dán sứ PORCELAIN: Bột sứ đắp-Thiêu kết (tỷ lệ pha tinh thể <30%) Đặc điểm: Thẩm mỹ, nhưng dòn, độ bền thấp, lỗ rỗ Cấu trúc nhiều pha, pha tinh thể không được kiểm soát về cấu trúc THẾ GIỚI SỨ NHA KHOA Hiện có ở Việt nam SỨ THỦY TINH (Tỷ lệ pha tinh thể >50-90%) - Viên sứ ép sườn mão (Li2Si2O5) - Viên sứ ép mặt ngoài “press-on” (Ca5(PO4)3F) - Khối sứ CAD/CAM (Li2Si2O5) Đặc điểm: Thẩm mỹ khá, độ bền khá, ít lỗ rỗ Cấu tạo nhiều pha, pha tinh thể được kiểm soát về mức độ và sự phân bố THẾ GIỚI SỨ NHA KHOA Hiện có ở Việt nam SỨ OXID (Pha tinh thể >95%) - Khối sứ CAD/CAM zirconia (ZrO2) - Khối tiền thiêu kết zirconia (ZrO2) - Khối tiền thiêu kết alumina (Al2O3) Đặc điểm: Kém thẩm mỹ, nhưng độ bền cao, không lỗ rỗ Cấu trúc đơn pha, không có pha thủy tinh THẾ GIỚI SỨ NHA KHOA Hiện có ở Việt nam PORCELAIN: Bột Sứ đắp-Thiêu kết (tỷ lệ pha tinh thể <30%) SỨ THỦY TINH (Tỷ lệ pha tinh thể >50%) - Phục hình sứ-kim loại - Làm lớp phủ thẩm mỹ cho toàn sứ - Làm mặt dán sứ Viên sứ ép sườn mão (Li2Si2O5) Viên sứ ép mặt ngoài Press-on (Ca5(PO4)3F) Khối sứ CAD/CAM (Li2Si2O5) SỨ OXID (Pha tinh thể >95%) Khối sứ CAD/CAM zirconia (ZrO2) Khối tiền thiêu kết zirconia (ZrO2) Khối tiền thiêu kết alumina (Al2O3) Độ bền và đặc điểm quang học của sứ phụ thuộc tỷ lệ và bản chất của pha tinh thể, nói chung: Pha tinh thể nhiều: độ bền tăng, độ trong giảm Pha tinh thể ít: độ trong tăng, độ bền giảm
Không phải sứ nha khoa nào cũng trong PORCELAIN: Bột sứ đắp-Thiêu kết (tỷ lệ pha tinh thể <30%) Đặc điểm: Thẩm mỹ, nhưng dòn, độ bền thấp, lỗ rỗ Cấu trúc nhiều pha, pha tinh thể không được kiểm soát về cấu trúc www.hoangtuhung.com QUI TRÌNH CHẾ TẠO BỘT SỨ NHA KHOA Trường thạch (feldspar): là một loại đá tự nhiên có cấu trúc tinh thể, đục, màu từ xám đến hồng. • là một silicate nhôm kali (potassium aluminum silicate - K2O•Al2O3•6SiO2). Thành phần hoá học của trường thạch thường gồm: – Silica (SiO2): 64%; – Alumina (Al2O3): 18%; – Soda (Na2O), Potash (K2O): 8-10%. • Nóng chảy ở 1150º C, tạo thành leucite (KAlSi2O6)(pha tinh thể) và thủy tinh nóng chảy. www.hoangtuhung.com CHẾ TẠO SỨ NHA KHOA • Trường thạch được khai thác từ mỏ, nghiền nhỏ, • Loại bỏ sắt và mica (thường có trong trường thạch không tinh khiết): chỉ chọn sử dụng những phần trường thạch có màu sáng, • Nghiền thành bột mịn, loại bỏ những hạt lớn hoặc quá nhỏ, • Rung trên một mặt nghiêng có rãnh từ tính để loại bỏ một lần nữa sắt còn lại. www.hoangtuhung.com CHẾ TẠO SỨ NHA KHOA •Nung bột mịn trường thạch đến ~1200º C,
Hỗn hợp leucite và thủy tinh •Làm lạnh nhanh trong nước để khối sứ bị rã thành bột •Thêm các chất màu: • titanium oxide: vàng nâu; • manganese oxide: xanh nhạt pha đỏ; • oxid sắt: nâu; • cerium tạo tính phát huỳnh quang (trước đây dùng uranium oxide, • oxide thiếc, titanium, zirconium được dùng để làm các chất che màu. www.hoangtuhung.com CHẾ TẠO SỨ NHA KHOA Sản phẩm của quá trình là bột sứ trường thạch nha khoa (feldspathic dental porcelain) có hai pha: • Pha thủy tinh với các tính chất đặc trưng: dòn, trong, nứt vỡ không theo hướng nhất định • Pha tinh thể leucite (KAlSi2O6): – chiếm 10 - 20% – có hệ số dãn nở nhiệt cao (>20 x 10¯ 6 /° C). Khi chế tác phục hình, bột sứ được “đắp” lên sườn kim loại hoặc sườn sứ, sau đó thiêu kết trong lò nung Vì sao răng sứ lại trong? Răng sứ “đắp” (thực chất là porcelain), có hai pha: Pha thủy tinh Pha tinh thể Pha tinh thể trong porcelain không cao (~25%), phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu Porcelain là loại sứ duy nhất được sử dụng trong nha khoa cho đến những năm 80 SỨ THỦY TINH (Tỷ lệ pha tinh thể >50-90%) - Viên sứ ép sườn mão (Li2Si2O5) - Viên sứ ép mặt ngoài “press-on” (Ca5(PO4)3F) - Khối sứ CAD/CAM (Li2Si2O5) Đặc điểm: Thẩm mỹ khá, độ bền khá, ít lỗ rỗ Cấu tạo nhiều pha, pha tinh thể được kiểm soát về mức độ và sự phân bố www.hoangtuhung.com SỨ THỦY TINH • Sứ thủy tinh (glass-ceramic) là một chất rắn nhiềupha, gồm: - Pha thủy tinh (glass) là pha bao bọc, vô định hình, và - Một hoặc nhiều pha tinh thể (crystalline) được tạo thành bởi sự tạo nhân tinh thể và lớn lên củacác tinh thể trong thủy tinh. Quá trình tinh thể hóađược kiểm soát. Qui trình sản xuất Sứ thủy tinh có hai giai đoạn: – Tạo pha thủy tinh (1) – Tinh thể hóa có kiểm soát (2) Sứ thủy tinh được gọi tên theo tên pha tinh thể CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ THỦY TINH Chế tạo sứ thủy tinh 1- Tạo pha thủy tinh Nguyên liệu thủy tinh thông thường: 12-18% Na2O, 8-15% CaO, 60-70% SiO2 Các hệ nguyên liệu: [Li2O x Al2O3 x nSiO2 ]; [MgO x Al2O3 x nSiO2 ]; [ZnO x Al2O3 x nSiO2] tạo thành các hệ thống sứ thủy tinh kỹ thuật tương ứng: LAS, MAS, ZAS). •Nấu chảy ở 1400-1500°C
pha lỏng đồng nhất •Hạ nhiệt độ để có pha thủy tinh Thủy tinh chảy mềm ở 1000-1200°C Processing Nấu chảy nguyên liệu thủy tinh (Melting) Thời gian N h i ệ t đ ộ IPS e.max CAD Làm lạnh (cooling) Quá trình tạo pha thủy ti h Khối thủy tinh CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ THỦY TINH Chế tạo sứ thủy tinh (tiếp) 2- Tinh thể hóa có kiểm soát (controlled crystallization) Xử lý nhiệt lần 2 (reheat treatment) để – tạo mầm tinh thể*, và – phát triển mầm tạo pha tinh thể**. Pha thủy tinh chuyển một phần thành pha kết tinh (chiếm ≥30 Nếu số mầm đủ lớn và tinh thể đủ nhỏ (~1µm), có thể đạt 90% thể tích). Trong sứ thủy tinh, các tinh thể liên kết với nhau có qui luật tạo thành pha tinh thể đồng nhất, có cấu trúc trên nền pha thủy tinh đóng vai trò kết dính. Khác “sứ đắp”, sứ thủy tinh hầu như không lỗ rỗ do không trải qua nung trong xử lý nhiệt CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ THỦY TINH *Tạo mầm tinh thể: dùng chất xúc tiến (accelerator) tạo mầm: Pt, SnO2 hoặc các muối kim loại nhạy sáng: Au, Ag, Cu(vừa xúc tiến vừa tạo màu). Chất xúc tiến có cấu trúc gắn với tinh thể hình thành trong thủy tinh
kết tinh có trật tự **Phát triển mầm tạo pha tinh thể: Nhiệt độ được kiểm soát để tốc độ tạo mầm và lớn lên của mầm phải như nhau theo các phương Produktname | Thema3 35 •Hòa tan loại tinh thể LS và lớn lên của tinh thể thứ hai (LS2) 770°-:- 820 °C Quá trình xử lý nhiệt lần hai (tạo mầm và phát triển mầm, tạo pha tinh thể) N h i ệ t đ ộ Thời gian Kích thước tinh thể phụ thuộc nhiệt độ IPS e.max CAD 840°-:- 850°C IPS e.max CAD •Đồng thời tạo nhân kết tinh của hai loại tinh thể •Sự lớn lên của loại tinh thể thứ nhất (LS) Trạng thái tiền tinh thể hóa (precrystallized state) Khoảng 40% tinh thể lithium nửa bền (lithium metasilicate crystals) rải rác trong khuôn thủy tinh Hình ảnh khi tinh thể được xoi mòn (etching of crystals) Trạng thái tinh thể hóa (crystallized state) Khoảng 70 % tinh thể lithium disilicate hạt mịn trong khuôn thủy tinh Hình ảnh khi xoi mòn pha thủy tinh (etching the glass matrix) Cấu trúc vi thể (Microstructure) sứ thủy tinh lithium disilicate IPS e.max CAD CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Như vậy: Thủy tinh (soft glass) có thể chuyển dạng từ “mềm” sang cứng (sứ thủy tinh: tough glass-ceramic) nhờ lựa chọn và kiểm sóat quá trình tinh thể hóa thủy tinh. Pha glass dễ tạo dạng (shaping) - td. bằng cách đúc - mà không bị biến dạng
Có thể điều chỉnh: · tỷ lệ giữa hai pha, · bản chất hóa học pha tinh thể để sứ thủy tinh đạt đặc điểm mong muốn SỨ OXID (Pha tinh thể >95%) - Zirconia (ZrO2) - Alumina (Al2O3) Đặc điểm: Kém thẩm mỹ, độ bền cao, không lỗ rỗ Cấu trúc đơn pha, không có pha thủy tinh www.hoangtuhung.com THUẬT NGỮ “gốm/sứ kỹ thuật” Gốm/sứ kỹ thuật (gốm/sứ tiên tiến) technical/engineering/advanced ceramics là các loại gốm được phát triển gần đây nhằm đáp ứng những đòi hỏi của công nghệ hiện đại Gồm hai nhóm lớn: – Gốm oxid: zirconium oxide (zirconia: ZrO2), aluminum oxide (alumina: Al2O3), titania (TiO2) – Gốm không chứa oxi: tungsten carbide (WC), silicon carbide (SiC), boron carbide (B4C) SỨ OXID Sứ oxid: trong phục hình toàn sứ được phát triển trong khoảng 15 năm trở lại đây, là các sứ một pha (monophase) đa tinh thể: – Zirconia (zirconium oxide: ZrO2) – Alumina (aluminum oxide: Al2O3) Trong trạng thái thiêu kết hoàn toàn (completely sintered state) là vật liệu rất bền chắc, cứng rắn, không lỗ rỗ, không có thủy tinh, đáp ứng được đòi hỏi để làm sườn phục hình (mão/chụp, cầu, cùi cho implant) thay thế kim loại, nhưng khó gia công.
SỨ OXID Quá trình gia công bằng “CAM” trong trạng thái tiền thiêu kết (presintered) khi vật liệu còn tương đối “mềm” (tức “sứ có thể gia công bằng máy”: machinable ceramics; sứ “non”: “green” ceramic; trạng thái trắng: white state) được phát triển. Sau khi được tạo hình, sứ được tiếp tục thiêu kết hoàn toàn. Quá trình này điễn ra sự co thể tích. - Từ 15 – 18% đối với alumina - ~25% đối với zirconia CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Alumina Bột aluminum oxid tinh khiết được nung đến 1357°C để đạt trang thái alumina xốp (bisque alumina). Alumina trong trạng thái này được tạo hình bằng máy (CAM) sau đó, được nung đến 1700°C để đạt trạng thái thiêu kết sau cùng, là một sứ oxid đa tinh thể, tinh khiết (99,5%), đồng nhất (co thể tích giữa hai trạng thái: 15 – 18%) ALUMINA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Zirconia ZrO2 Là một sứ oxid có cấu trúc hạt mịn (fine-grain) đa tinh thể (polycrystalline). – Trong tự nhiên, tồn tại dưới dạng pha đơn xiên (monoclinic), ổn định ở nhiệt độ thường đến 1170°C, – ≥ 1170°C , chuyển dạng thành pha tứ giác (tetragonal), – Đến 2370°C , ở dạng khối vuông (cubic). – Khi nhiệt độ hạ xuống, sự chuyển dạng diễn ra ngược lại với sự khác biệt nhỏ về mức nhiệt độ – Trong quá trình chuyển dạng, ZrO2 tăng thể tích 3-5%.
ứng dụng để phát triển vật liệu với đặc tính được lựa chọn có kiểm soát. CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SỨ Zirconia ZrO2 tổng hợp có chứa các yếu tố ổn định (stabilizers,“doping”): Y2O3, CaO, MgO, CeO2, Sc2O3 TZP ổn định từng phần với 3 mol-% Y2O3 được sử dụng trong nha khoa: mỗi tinh thể trong cấu trúc đều duy trì trạng thái nửa bền (metastable) trong pha tetragonal ở nhiệt độ thường. Lực gây biến dạng vi cấu trúc được bù trừ bằng sự chuyển dạng tinh thể tetragonal thành monoclinic
sự lan rộng vết nứt được ngăn chặn
Giảm đặc tính dòn cố hữu của sứ, xuất hiện tính “giả chịu uốn” (“pseudo-ductile”) Kỹ thuật chế tác Pha tinh thể Độ bền uốn (MPa) Machined Slip-cast (Không có ở Viet nam) Heat-pressed Sintered Sintered ceramic-metal Zirconia (ZrO2) Alumina (Al2O3) Feldspar (KAlSi3O8) Leucite (KAlSi2O6) Alumina (Al2O3) Spinel (MgAl2O4) Zirconia (ZrO2) Leucite (KAlSi2O6) Lithium disilicate (Li2Si2O5) Lithium phosphate (Li3PO4) Leucite (KAlSi2O6) Alumina (Al2O3) Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) Leucite (KAlSi2O6) 900 650 105 135 446 378 604 121 350 164 104 139 80 70 ZIRCONIA ĐÃ LÀ VẬT LIỆU LÀM SƯỜN LÝ TƯỞNG CHƯA? SỰ KIỆN: Các hệ thống toàn sứ không như nhau về: Tính thẩm mỹ Độ bền theo thời gian “Chưa có hệ thống toàn sứ nào có thể so sánh với sứ-kim loại về thời gian tồn tại”* *T. E. Donovan, JADA, 139, 2008 SỰ KIỆN Có TRÊN 3000 bài báo về thoái hóa (degradation), lão hóa (ageing), mỏi (fatigue) của zirconia (tính đến 13/2/2011) “Sự thoái hóa của zirconia diễn ra trong điều kiện in vitro cho thấy đặc tính cơ học của zirconia giảm cùng với thoái hóa thủy nhiệt. Độ cứng và modul đàn hồi giảm 30%”*... *Cattani Lorente, M., et al.: Low temperature degradation of a Y-TZP dental ceramic, Acta Biomaterialia, V 7, Issue 2, Feb. 2011 (858-865) VẤN ĐỀ “Việc sử dụng sườn zirconia cho cầu nhiều đơn vị và cho phục hình trên implant còn đang được đánh giá và cần được theo dõi lâm sàng dài hạn để cung cấp bằng chứng khoa học cho việc đưa ra một chỉ dẫn chắc chắn”*. *Zarone, F., Russo, S., Sorrentino, R.: From porcelain- fused-to-metal to zirconia: clinical and experimental considerations, Dental Materials, V27, issue 1, jan. 2011 (83-96) Hình ảnh hiển vi điện tử quét của hai sườn phục hình bằng zirconia: A: Everest (Metoxit&Kavo), độ dài nhịp cầu: 14,9mm; Gãy sau 36 tháng. B: Cercon (DeguDent&Dentsply), độ dài nhịp cầu: 12,8mm, Gãy sau 40 tháng Ng uồ n : T . E . D o n o va n , JAD A , 139 , 2008 Ng uồ n : T . E . D o n o va n , JAD A , 139 , 2008 Hình ảnh hiển vi điện tử quét của 5 loại nứt vỡ lớp sứ phủ trên sườn sứ: A: vỡ vụn; B: tróc mảng; C: Vỡ lớn; D: bong lớp phủ; E: nứt T ru ng bình s ố lớp ph ủ b ị n ứ t vỡ th eo th ờigia n Thời gian CÂU HỎI và VẤN ĐỀ - Phục hình (mão, cầu) toàn sứ có thẩm mỹ hơn phục hình sứ- kim loại không?, Nếu không,
- Giống nhau và khác nhau giữa hai loại phục hình ỨNG DỤNG LÂM SÀNG DỰA TRÊN BẰNG CHỨNG - Phục hình sứ kim-loại có còn là “chuẩn vàng” không??? - Chọn hợp kim nào? - Chọn toàn sứ nào? - Gắn phục hình toàn sứ bằng gì???
Xin được trình bày trong một bài khác CẢM ƠN QUÍ VỊ VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI