Projekti / Programi
Izboljšanje zanesljivosti monolitne dentalne keramike iz cirkonijevega oksida
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T153 |
Tehnološke vede |
Keramični materiali in praški |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Dentalna keramike, Cirkonijev oksid, Fazna transformacija, Staranje
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Materiali, ki izkazujejo izjemno vzdržljivost, so ključnega pomena v inženirstvu, letalski in vesoljski industriji, medicini ter stomatologiji. Polikristalinično keramiko iz tetragonalnega cirkonijevega oksida (3Y-TZP), ki je stabilizirana s 3 mol.% itrijevega oksida, smatramo kot eno izmed izjemnejših naprednih strukturnih keramik, predvsem zaradi njene visoke trdnosti in žilavosti. Poleg odličnih mehanskih lastnosti nudi keramika 3Y-TZP v primerjavi s kovinskimi zlitinami boljši estetski izgled, hkrati pa je bolj biokompatibilna. Kot taka je keramika 3Y-TZP prepoznana kot idealna kandidatka za polnokeramične protetične konstrukcije skladne z današnjo nekovinsko paradigmo. Sprva se je keramika 3Y-TZP uporabljala za izdelavo protetičnih ogrodij, ki so bila obdana s prosojnim porcelanom. Nastali problem krušenja porcelana od ogrodja je bil hitro pragmatično rešen z razvojem monolitne keramike 3Y-TZP brez porcelana. Z razvojem in uveljavitvijo tehnološkega postopka oblikovanja CAD/CAM (»computer-aided design/computer-aided manufacturing«) je monolitna keramika 3Y-TZP doživela razširjeno uporabo v zobozdravstvu za razne protetične konstrukcije, kot na primer za prevleke, inleje/onleje, mostičke in dentalne implantate.
Ob uveljavitvi monolitne 3Y-TZP v stomatološki protetiki pa so se razkrili nekateri problemi, ki ta trenutek omejujejo njen popoln razcvet, predvsem pa zanesljivo ter dolgotrajno implementacijo. Klinična uveljavitev monolitne keramike 3Y-TZP je namreč mogoča le ob povečanju njene prosojnosti, da bo primerljiva s prosojnostjo trdih zobnih tkiv. Delna stabilnost keramike 3Y-TZP je ključna za njene izjemne mehanske lastnosti, vendar pa ima metastabilnost tudi slabo plat, saj povzroča staranje, ki pa bo v primeru monolitne variante zaradi izpostavljenosti površine okolijskim dejavnikom potencialno nevarnejša kot pri tistih prevlečenimi s porcelanom. Še več, keramike 3Y-TZP ni mogoče adhezijsko cementirati, zato je velik izziv zagotoviti robusten in trajen spoj v zahtevnih kliničnih pogojih, še posebej v času doktrine minimalno invazivne oskrbe pacientov. 3Y-TZP je tudi dovzetna na razvoj zaostalih mikronapetosti tekom postopkov priprave protetičnih restavracij, razvoj katerih je zelo kompliciran in težko obvladljiv.
Namen projekta je v direktnem naslavljanju opisanih problemov, v sodelovanju z Medicinsko fakulteto, Univerze v Ljubljani, Univerzo v Stockholmu, Švedska, ter s slovenskim zagonskim podjetjem, z uporabo inovativnih raziskovalnih postopkov in koncepta translacijske medicine, ki bodo omogočili izdelavo časovno in stroškovno učinkovitih, minimalno invazivnih, monolitnih dentalnih restavracij 3Y-TZP z izboljšano estetiko in zanesljivostjo. Načrtovali bomo protokole hitrega sintranja za pripravo finozrnave, translucentne keramike 3Y-TZP. Doseči nameravamo preboj v raziskovanju procesa staranja te keramike v relevantnem, agresivnem okolju ustne votline ter tako preseči trenutni »state-of-the-art«. Tako bomo kot prvi postavili realno projekcijo odvisnosti staranja in-vitro/in-vivo. Skladno z doktrino minimalno invazivnega zobozdravstva bomo raziskali in implementirali nov, neinvaziven ter aditiven koncept cementne vezave 3Y-TZP z uporabo nanostrukturne prevleke iz aluminijevega oksida, kjer načrtujemo tako in vitro kot tudi in vivo študijo. Poleg tega bomo preučili razvoj nastanka notranjih, zaostalih mikronapetosti v 3Y-TZP kot posledico laboratorijske in klinične priprave ter obdelave ter ocenili njihov vpliv na mehanske lastnosti oziroma tveganje na zanesljivost keramike.
Poleg posluževanja translacijske medicine za zagotovitev najboljših rezultatov, kjer bomo povezali raziskave, klinično prakso in potrebe pacientov, bodo načrtovane raziskave potekale na način, da bodo rezultati/dosežki projekta enostavno in hitro uresničlljivi v praksi, saj ne bodo občutno posegali v uveljavljeno vsakodnevno laboratorijsko ter klinično prakso.
Pomen za razvoj znanosti
S predlaganim raziskovalnim projektom bomo razvili in razširili osnovno znanje ter klinično uporabo sodobnih biokeramičnih materialov. Keramika na osnovi cirkonijevega oksida se vse bolj uporablja v dentalni medicini, ki je postala tudi največji potrošnik svetovne proizvodnje te keramike. Pričakovati je, da bo dodaten prispevek k temeljnemu razumevanju cirkonijeve oksidne keramike in njenemu obnašanju in vivo, zelo dobro sprejet tudi v znanstveni sferi. V naši skupini bomo še naprej razvijali znanje o principih, ki urejajo izdelavo polno-keramičnih fiksnih delnih protez na osnovi tetragonalnega cirkonijevega oksida (3Y-TZP), njihovo cementiranje in delovanje le-teh v kliničnih pogojih.
Koncept translacijske medicine predstavljen v projektu bo prispeval tako k znanstveni skupnosti kot tudi h klinični praksi. Predlagani projekt ne bo razširil samo znanstvenih horizontov, ampak kaže tudi ogromen potencial v klinični uporabi. Ena najpomembnejših prednosti projekta je sodelovanje znanstvenikov s področja raziskav materialov ter kliničnih strokovnjakov s področja stomatološke protetike. Tako bodo inženirske izboljšave monolitne keramike 3Y-TZP ovrednotene v realnem okolju ustne votline. Klinični vidik projekta bo namreč sledil načelu translacijske medicine in tako lahko omogočil izdelavo časovno in stroškovno učinkovitih, minimalno invazivnih, monolitnih dentalnih restavracij iz keramike 3Y-TZP z izboljšano estetiko. Izboljšana učinkovitost pritrjevanja restavracij z uporabo nanosa nanostrukturne prevleke iz aluminijevega oksida, ki bo ovrgla poškodbe keramične površine povzročene z abrazijo delcev (peskanje), pa bo zagotovila zanesljivejše restavracije 3Y-TZP z občutno podaljšano življenjsko dobo.
Rezultati predlaganih raziskav bodo nedvomno izboljšali kakovost protetične rehabilitacije bolnikov v Republiki Sloveniji. Delna izguba zob ni samo medicinska težava, predstavlja tudi precejšen problem za gospodarstvo, saj stroški rehabilitacije znatno bremenijo zdravstveno blagajno. Verjamemo, da bodo rezultati raziskave takoj preneseni v klinično prakso. Rutinska uporaba nanostrukturnih prevlek iz aluminijevega oksida bo podaljšala življenjsko dobo zobnim restavracijam, kar bo zmanjšalo razmeroma dolge čakalne dobe za protetično rehabilitacijo in poleg tega znižalo tudi stroške protezne oskrbe.
Pomen za razvoj Slovenije
With the proposed research project, basic knowledge and clinical application of modern bioceramic materials will be developed and expanded. Zirconia ceramics are increasingly used in dental medicine, which became the largest consumer of its worldwide production, and any additional contribution to a more fundamental understanding of the material and its behaviour in vivo is expected to be well received in the scientific community. We hope to develop further our knowledge of the principles regulating fabrication of tetragonal zirconia (3Y-TZP) based all-ceramic fixed partial dentures (FPDs), their cementation as well as the performance of these FPD`s under clinical conditions.
The scientific community and clinical practice will benefit from the translational medicine concept present in the project. Clearly, the proposed project does not come down to only contribute to scientific aspects but potentially has immense clinical benefits. One of the most important advantages of the project is a collaboration of materials scientists with the clinical experts in the field of prosthetic dentistry. This way engineering improvements of the monolithic 3Y-TZP manufacturing will be evaluated in the real environment of the oral cavity. Namely, the clinical aspects of the project will apply the principles of the translational medicine in a time- and cost-effective fabrication of the minimally invasive, monolithic 3Y-TZP FDP`s with improved aesthetics. Besides, the enhanced adhesive bond ability, eliminating damaging of the ceramic surface induced by particle abrasion, will provide more reliable FDP`s with increased longevity for the patients.
The results of the proposed research will undoubtedly improve the quality of prosthetic rehabilitation of the patients in the Republic of Slovenia. Partial edentulism is in addition to medical an enormous economic problem since the cost of rehabilitation significantly charges the National health insurance. We believe that the results of the research will be immediately transferred to clinical practice. Thus, the routine use of the nanostructured alumina coatings will extend the lifetime of dental restorations, which will reduce the relatively long waiting periods for prosthetic rehabilitation and in addition, will also lower the costs of prosthetic care.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
