Development of glass-ceramics for dental applications

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει στόχο το σχεδιασμό καινοτόμων συστάσεων στο τριμερέςσύστημα CaO-MgO-SiO2, και με βάση τις συστάσεις αυτές, να κατασκευαστούν υαλοκεραμικά υλικάπου να μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο ως υλικά κατασκευής οδοντικών εμφυτευμάτων όσο και ως υλικά κατασκευής ακίνητων ολοκεραμικών προσθετικών αποκαταστάσεων. Στο στάδιο του σχεδιασμού των καινοτόμων συστάσεων των νέων υαλοκεραμικών υλικών με βάση το τριμερές σύστημα CaO-MgOSiO2, μελετήθηκαν οι προσθήκες των οξειδίων Na2O ή Κ2Ο, P2O5, CaF2 και Al2O3. Οι ύαλοι κατασκευάστηκαν με τη μέθοδο της τήξης σε χωνευτήρια πλατίνας στους 1400 oC και ελήφθησαν τόσο σε μορφή υαλοθραύσματος με υπερταχεία ψύξη του τήγματος με χύτευσή του σε κρύο νερό όσο και σε συμπαγή μορφή με χύτευση της υάλου σε προθερμασμένη πλάκα και αμέσως ανόπτηση. Αρχικά πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός της υάλου από την κάθε σύσταση, ο οποίος αφορούσε στη θερμική ανάλυση με μετρήσεις διασταλομετρίας (dilatometry) και διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC). Τα υαλοκεραμικά υλικά παρήχθησαν, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της θερμικής ανάλυσης, με μεθόδους τεχνολογίας κόνεων (κονιομεταλλουργικά) με πυροσυσσωμάτωση και ελεγχόμενη κρυστάλλωση δοκιμίων κόνεων υαλοθραυσμάτων (που παρασκευάστηκαν με συμπίεσή τους σε καλούπι στα 150 - 200 bar και διαστάσεις που ορίζονται στο πρότυπο ISO 6872 “Dentistry - Ceramic Materials”). Tα παραχθέντα υαλοκεραμικά χαρακτηρίστηκαν πλήρως με κρυσταλλογραφική ανάλυση με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), με παρατήρηση της μικροδομής τους σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο με στοιχειακό αναλυτή (SEM/EDS) για ταυτοποίηση των κρυστάλλων και με πειραματικό προσδιορισμό των τιμών των φυσικών και των μηχανικών ιδιοτήτων τους, όπως είναι η πυκνότητα, η γραμμική συστολή τους κατά τη θερμική κατεργασία τους, και το χρώμα τους, καθώς η αντοχή σε κάμψη τριών σημείων, το μέτρο ελαστικότητας (E), η σκληρότητα (κατά Vickers, HV), και ο συντελεστής δυσθραυστότητας (ΚIC), αντίστοιχα. Για τον έλεγχο της βιοενεργότητας, υαλοκεραμικά εμβαπτίστηκαν σε προσομοιωμένο υγρό ανθρώπινου σώματος (SBF) για 7, 14 και 21 ημέρες, στους 37 oC. Στα χρονικά αυτά διαστήματα έγινε δειγματοληψία και στα ληφθέντα δείγματα έγινε έλεγχος σχηματισμού ή μη βιοενεργής επιφάνειας υδροξυαπατίτη, έμμεσα, με προσδιορισμό του pH του διαλύματος, και άμεσα, με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) και με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης με στοιχειακή ανάλυση (SEM/EDX) στις επιφάνειες των υαλοκεραμικών. Σε ότι αφορά στα υλικά που παράχθηκαν για εν δυνάμει χρήση τους ως υλικά κατασκευής βιοενεργών οδοντικών εμφυτευμάτων, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι από τις συστάσεις των υάλων με πλήρη υποκατάσταση του Na2O από Κ2Ο, με μερική υποκατάσταση του CaO από MgO, και με προσθήκη 1 mol% Al2O3, μπορούν να παραχθούν υαλοκεραμικά υλικά με ιδιότητες που ικανοποιούν τα κριτήρια πρόκρισης για περεταίρω θεώρηση και πειραματικό έλεγχο για τη συγκεκριμένη οδοντιατρική εφαρμογή. Η αξιολόγηση των υαλοκεραμικών υλικών που κατασκευάστηκαν αναφορικά με την πιθανή χρήση τους ως υλικά κατασκευής ακίνητων ολοκεραμικών (βιοαδρανών) προσθετικών αποκαταστάσεων, έγινε λαμβάνοντας υπόψη τα κατώτεραεπιτρεπτά όρια αντοχής σε κάμψη και δυσθραυστότητας που ορίζει το πρότυπο ISO 6872 “Dentistry - Ceramic Materials”. Έτσι, τα αποτελέσματα της διατριβής αυτής οδηγούν στο συμπέρασμα ότι ταυαλοκεραμικά υλικά με συστάσεις με προσθήκη Al2O3 σε ποσοστό 7-8 mol% ικανοποιούν τα κριτήρια για να προκριθούν για τη συγκεκριμένη οδοντιατρική εφαρμογή, δηλαδή, να προταθούν για να χρησιμοποιηθούν ως υλικά επικάλυψης μετάλλων ή κεραμικών υποστρωμάτων στην περίπτωσημεμονωμένων προσθετικών αποκαταστάσεων προσθίων ή οπίσθιων δοντιών, ως υλικά κατασκευήςόψεων, ενθέτων και επενθέτων, ή στην κατασκευή κεραμικών υποστρωμάτων προσθίων ή οπίσθιωνδοντιών.