Zirconia là vật liệu sứ oxit nổi bật với độ bền cơ học cao, tính thẩm mỹ và khả năng tương thích sinh học với mô nha chu, được ứng dụng rộng rãi trong chế tác phục hình và implant. Trong bối cảnh nha khoa phục hồi hiện đại đề cao triết lý xâm lấn tối thiểu, sự thay đổi về chỉ định lâm sàng từ mão toàn phần sang các phục hồi dán bán phần cũng đòi hỏi một sự thay đổi tương ứng trong ứng dụng vật liệu zirconia, đó là phát triển các giao thức dán bên cạnh phương pháp gắn xi măng truyền thống. Tuy nhiên, khác với các loại sứ thủy tinh (như lithium disilicate hay feldpathic) có pha thủy tinh (silica) dễ bị hòa tan bởi acid hydrofluroic (HF) để tạo ra các vi lưu cơ học, zirconia là sứ đa tinh thể hoàn toàn không chứa pha thủy tinh và không bị xoi mòn bởi HF. Do đó, quy trình dán zirconia phải kết hợp xử lý bề mặt cơ học và các monomer chức năng. Hiểu và tôn trọng giao thức dán của vật liệu là yếu tố quan trọng đảm bảo sự thành công lâu dài của phục hình.
1. Đặc điểm và phân loại zirconia
Zirconia là tên gọi khác của zirconium dioxide (ZrO2), có thể tồn tại ở ba pha tinh thể khác nhau phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ:
- Pha đơn tà (Monoclinic): Dạng ổn định của zirconia ở nhiệt độ phòng cho đến dưới 1170°C.
- Pha tứ phương (Tetragonal): Khi nhiệt độ tăng đến 1170°C hoặc khi zirconia bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp (LTD)
- Pha lập phương (Cubic): Nhiệt độ trên 2370°C
Zirconia nguyên chất khó ứng dụng trong phục hình vì pha tứ phương chỉ tồn tại trong quá trình thiêu kết và chuyển đổi thành pha đơn tà khi làm nguội về nhiệt độ phòng. Pha đơn tà có độ kháng gãy thấp hơn 3-4 lần so với pha tứ phương, đồng thời sự giãn nở thể tích (khoảng 3-5%) trong quá trình chuyển pha gây ra các vết nứt nhỏ làm giảm độ bền và độ kháng gãy của vật liệu. Để ổn định pha tứ phương ở nhiệt độ phòng và bảo toàn các tính chất cơ học, có thể bổ sung một số oxit kim loại vào zirconia, như canxi oxit (CaO), Magie oxit (MgO), yttria (Y2O3) và ceria (Ce2O3). Trong đó, zirconia ổn định bằng yttria là dạng vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất. Khi nồng độ yttria cao hơn 8 mol%, zirconia tồn tại hoàn toàn ở pha lập phương trong điều kiện nhiệt độ phòng, gọi là zirconia ổn định lập phương hay zirconia ổn định hoàn toàn, được ứng dụng trong các thiết bị như cảm biến oxy và pin nhiên liệu. Ở nồng độ 3-8 mol% yttria, zirconia ổn định một phần ở dạng hỗn hợp pha tứ phương và lập phương. Khi yttria ở mức 3 mol%, các pha tứ phương đạt gần 100% ở nhiệt độ phòng, gọi là zirconia đa tinh thể tứ phương (tetragonal zirconia polycrystal – TZP) hay zirconia cường lực. 3Y-TZP còn được biết đến như “kim loại trắng” ứng dụng trong y khoa.
Ở nhiệt độ phòng, 3Y-TZP tồn tại chủ yếu là pha tứ phương bán ổn định và có khả năng chuyển đổi một phần pha tứ phương sang pha đơn tà. Khi có lực căng kéo tạo ra vết nứt trên bề mặt vật liệu, tại vị trí liền kề với hai đầu vết nứt xảy ra sự chuyển đổi từ pha tứ phương sang pha đơn tà với độ giãn nở thể tích khoảng 3-5%, tạo ra một ứng suất nén cục bộ, ức chế sự lan rộng của vết nứt. Hiện tượng này gọi là Transformation Toughening (tăng độ bền do chuyển pha), làm tăng độ bền uốn và khả năng kháng gãy của zirconia, giúp vật liệu này phù hợp để làm khung sườn cho phục hình.
Sự hiện diện của pha lập phương trong 3Y-TZP ở nhiệt độ phòng là yếu tố không mong muốn vì pha lập phương chiếm giữ yttria và làm giảm sự ổn định của pha tứ phương. Hơn nữa, kích thước hạt của pha lập phương lớn hơn (thường do nhiệt độ thiêu kết cao) làm giảm khả năng chống lại sự thoái hóa ở nhiệt độ thấp (LTD).
Thế hệ sứ zirconia đầu tiên chứa 3 mol% yttria và 0,25 wt% alumina được gọi là zirconia 3Y. Đặc điểm của zirconia thế hệ này là độ bền cao tuy nhiên độ trong rất thấp do thành phần alumina có chiết suất ánh sáng khác biệt so với tinh thể zirconia gây ra sự tán xạ ánh sáng.
Để cải thiện độ trong, thế hệ zirconia thứ hai giảm hàm lượng alumina từ 0,25 xuống 0,05 wt%, cho phép ánh sáng truyền qua nhiều hơn so với thế hệ đầu tiên. Thế hệ thứ hai cũng được gọi là zirconia 3Y, chứa >70% tứ phương và <30% lập phương tùy thuộc vào nhiệt độ thiêu kết và có độ bền cao nhờ hiện tượng tăng cứng chuyển pha.
Khi zirconia nguyên khối ứng dụng trong phục hình ngày càng nhiều, các nhà sản xuất đã nghiên cứu khả năng tăng độ trong để sử dụng cho răng cửa trong những trường hợp đòi hỏi thẩm mỹ cao. Nguyên nhân zirconia bán ổn định có độ trong thấp là vì pha tứ phương có tính dị hướng quang học và xảy ra sự tán xạ ánh sáng ở ranh giới của tinh thể. Khi tăng tăng hàm lượng yttria, một phần pha tứ phương chuyển thành pha lập phương với đặc tính đẳng hướng quang học, làm giảm sự tán xạ ánh sáng và cải thiện độ trong của vật liệu. Theo nguyên lý này, các nhà sản xuất đã tăng tỉ lệ yttria từ 3 lên 5 mol% để tạo ra zirconia thế hệ thứ ba (5Y) chứa 50-70% pha lập phương, với độ trong có thể cạnh tranh với sứ thủy tinh. Tuy nhiên, dù vẫn là zirconia nguyên khối, tăng độ trong của zirconia 5Y đi kèm với sự hy sinh về độ bền. Do pha lập phương không có hiện tượng Transformation Toughening làm giảm khả năng chống lan truyền vết nứt nên độ kháng gãy giảm đáng kể (độ kháng gãy của zirconia 5Y giảm khoảng 50% so với 3Y). Độ kháng gãy của zirconia tỉ lệ nghịch với hàm lượng pha lập phương. Như vậy, zirconia có tỉ lệ phần trăm yttria càng cao, độ trong suốt càng tăng nhưng độ bền sẽ giảm.
Để tăng cường độ bền trong khi vẫn duy trì độ trong suốt chấp nhận được, zirconia 4Y ra đời với hàm lượng pha tứ phương từ 60 – 75% và pha lập phương từ 25 – 40%. Tiếp đó, zirconia đa lớp (5Y và 3Y) và (5 và 4Y) được sản xuất với nồng độ yttria thấp ở ½ cổ (để tăng độ bền) và nồng độ yttria cao hơn ở ½ nhai (tăng độ trong). Do phần yếu nhất của zirconia nằm ở mặt nhai là vị trí chức năng của mão răng, nên có nguy cơ dưới tác động của lực các vết nứt bắt nguồn từ mặt nhai có thể lan rộng đến phần cổ, hoặc tệ hơn là gây vỡ phục hình. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy khả năng chống gãy của mão sứ zirconia đa lớp được quyết định bởi pha zirconia yếu hơn ở phần mặt nhai của phục hình mà không phải pha zirconia bền hơn ở phần cổ răng.
2. Quy trình dán zirconia – APC concept
Cùng với xu hướng điều trị theo triết lý xâm lấn tối thiểu, các phục hồi dán như veneer, inlay và onlay được chỉ định ngày càng phổ biến. Vì vậy, phát triển một giao thức dán phù hợp dành riêng cho zirconia là tất yếu để vật liệu này có thể ứng dụng rộng rãi hơn nữa trong nha khoa phục hồi và phát huy các thế mạnh về cơ học, sinh học cũng như thẩm mỹ. Quy trình dán zirconia là sự kết hợp của xử lý bề mặt cơ học và hóa học cùng với cement dán gốc resin, được Markus B. Blatz và cộng sự hệ thống hóa bằng giao thức APC (Air abrasion, Primer, and Resin Cement) (Bảng 3).
Bảng 3. Quy trình dán zirconia (APC Concept)
| Thực hiện | Ý nghĩa | |
| A – Air abrasion | Thổi cát bề mặt dán của phục hồi: – Al2O3 hoặc hạt nhôm phủ silica, 50-60 μm – Áp suất < 2 bar, ~ 10s ở khoảng cách 10 mm – Rửa lại với nước và làm khô | – Làm sạch và khử nhiễm – Tăng độ nhám bề mặt – Tăng năng lượng bề mặt giúp cải thiện độ thấm ướt của primer |
| P – Primer | Xử lý hóa học bằng primer chuyên dụng cho zirconia, chứa monomer phosphate (thường là 10-MDP) – Bôi primer lên toàn bộ bề mặt dán và chà xát trong 60s (hoặc 2-3 phút). – Thổi nhẹ để làm bay hơi dung môi. Ưu tiên dùng primer và cement cùng hãng để tránh các thành phần không tương thích hóa học | Tạo liên kết bền vững nhờ monomer MDP là một phân tử lưỡng chức năng: – Nhóm dihydrogen phosphate (đầu ưa nước): tạo liên kết hóa học với các oxide kim loại của zirconia – Nhóm vinyl/methacrylate (đầu kỵ nước): đồng trùng hợp với composite trong cement nhựa. |
| C – Resin Cement | Chọn cement nhựa lưỡng trùng hợp hoặc tự trùng hợp. Chiếu đèn tối thiểu 40s cho mỗi mặt. | Đảm bảo cement trùng hợp đầy đủ do vật liệu zirconia ngăn cản một phần ánh sáng truyền qua. |
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành công
3.1. Kiểm soát sự nhiễm bẩn và xử lý bề mặt dán
Hiện tượng bong sút phục hồi zirconia có thể là vấn đề khiến nhiều bác sĩ hoài nghi về khả năng dán của vật liệu này. Zirconia đặc biệt có ái lực cao với nước bọt, lipid máu và protein, do đó sự nhiễm bẩn trong giai đoạn thử răng là nguyên nhân hàng đầu gây bong sút phục hồi. Các phương pháp làm sạch thông thường như dùng alcohol, axit photphoric hay rửa với nước trong bồn siêu âm không đủ hiệu quả để khử nhiễm zirconia. Thậm chí, xử lý zirconia bằng H3PO4 còn làm giảm đáng kể độ bền liên kết dán vì để lại các gốc phosphate (PO₄³⁻) trên bề mặt. Do zirconia có ái lực cao với các gốc phosphate, chúng sẽ chiếm vị trí liên kết với zirconia, cạnh tranh với các monomer MDP trong primer dẫn đến giảm hiệu quả dán.
Nhiều hãng đã sản xuất các dung dịch khử nhiễm zirconia chuyên dụng như KATANA Cleaner (Kuraray), Ivoclean (Ivoclar) hay ZirClean (Bisco). Nghiên cứu cho thấy chúng có thể làm sạch hiệu quả zirconia bị nhiễm bẩn bởi nước bọt, tuy nhiên không thể thay thế hoàn toàn cho xử lý bề mặt bằng thổi cát. Đặc điểm của một số loại dung dịch làm sạch zirconia được trình bày trong Bảng 4.
Bảng 4. Tóm tắt các đặc điểm của một số loại dung dịch khử nhiễm zirconia
| KATANA Cleaner | Ivoclean | ZirClean | |
| Thành phần hoạt động | Muối MDP (Surfactant) | Zirconium oxide / Sodium Hydroxide | Potassium Hydroxide |
| Cơ chế khử nhiễm zirconia | Đầu ưa nước của phân tử MDP bám vào và làm yếu liên kết giữa chất gây nhiễm với zirconia, bao quanh chất gây nhiễm và kéo chúng ra khỏi bề mặt zirconia khi rửa sạch | Kích thước hạt mịn và nồng độ của ZrO2 trong môi trường kiềm khiến các chất gây nhiễm có xu hướng liên kết với các hạt oxide trong Ivoclean hơn so với bề mặt phục hình | pH kiềm mạnh giúp phá vỡ liên kết ion giữa phục hồi zirconia với các chất gây nhiễm trong nước bọt |
| pH | 4.5 | 13-13.5 | 13 |
| Khử nhiễm nước bọt | Có | Có | Có |
| Khử nhiễm máu | Có | Có | Không |
| Thời gian thao tác | 10s (chà xát) | 20s | 20s |
Hiện tại, thổi cát vẫn là phương pháp xử lý bề mặt zirconia có bằng chứng khoa học mạnh nhất và có hiệu quả cải thiện độ bền dán cao nhất. Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số hạn chế như nguy cơ tạo ra các vi nứt và ứng suất quá mức, dẫn đến giảm độ bền của phục hồi. Quy trình thổi cát zirconia cần sự tỉ mỉ và tuân thủ nghiêm ngặt về kỹ thuật, vì vậy khuyến cáo bác sĩ lâm sàng tự thực hiện việc thổi cát bề mặt dán sau khi thử phục hình. Hơn nữa, thổi cát ngay trước khi gắn giúp hạn chế tối đa sự tái nhiễm và tạo ra một bề mặt mang điện tích dương, làm tăng tính thấm ướt cho primer được bôi ngay sau đó. Nếu thổi cát zirconia trong labo 2-3 ngày trước khi gắn, trạng thái năng lượng bề mặt cao sẽ mất đi và làm giảm khả năng thấm ướt của primer, dẫn đến độ bền liên kết thấp hơn. Những yêu cầu này đòi hỏi phòng khám nha khoa phải có máy thổi cát phục hình chuyên dụng, tuy nhiên vấn đề trang thiết bị có thể là cản trở khiến bác sĩ khó có thể thực hiện thổi cát trên lâm sàng.
Cho đến nay, nhiều dung dịch etching với thành phần, nồng độ, thời gian và nhiệt độ khác nhau đã được nghiên cứu để tìm ra phương pháp xử lý bề mặt hiệu quả có thể thay thế cho thổi cát. Acid hydrofluoric làm nóng được cho là có thể giúp đạt được độ bền dán tương tự hoặc cao hơn so với xử lý bằng thổi cát, tuy nhiên chỉ với thời gian đánh giá ngắn hạn. Trong khi đó, HF nồng độ cao (40-48%) không cho thấy sự khác biệt đáng kể về độ bền liên kết theo thời gian. Gần đây, một dung dịch hỗn hợp acid mới chứa HCl, HF, HNO₃ , H₃PO₄ và H₂SO₄ (Zircos-E) được giới thiệu để xử lý bề mặt zirconia, với báo cáo về độ bền liên kết dán tức thời cao hơn so với thổi cát, tuy nhiên chưa có đánh giá trong thời gian trung hạn và dài hạn. Bên cạnh đó, các nghiên cứu này chỉ dừng ở mức độ in vitro, bằng chứng khoa học còn yếuvà nguy cơ về độc tính khi sử dụng trên lâm sàng vẫn chưa được đánh giá đầy đủ.
3.2. Thiết kế sửa soạn răng
Cùng với sự phát triển của zirconia đa lớp trong phục hồi dán thẩm mỹ, các thiết kế sửa soạn cũng cần được lưu ý cho từng loại zirconia cụ thể. Đối với zirconia nguyên khối, một số hãng sản xuất khuyến nghị rằng mài 0,5 mm là đủ, trong khi mài 1 mm là tối ưu. Tuy nhiên, hướng dẫn sửa soạn còn phải phụ thuộc vào loại zirconia được sử dụng là 3Y, 4Y hay 5Y, vì chúng có độ bền mỏi và độ kháng gãy khác nhau.
Một nhóm tác giả thực hiện nghiên cứu đánh giá khả năng kháng gãy và độ bền mỏi của zirconia 3Y, 4Y và 5Y với độ dày 0,7 và 1,2 mm, mô phỏng kết quả lâm sàng 5 năm. Kết quả cho thấy độ bền mỏi có tác động tối thiểu đến độ kháng gãy của zirconia. Tuy nhiên, kết quả quan trọng nhất về mặt lâm sàng là khả năng tồn tại. Các mẫu zirconia 3Y không bị hỏng sau khi chịu mỏi ở cả hai độ dày, có thể giải thích nhờ hiện tượng Transformation Toughening, vì zirconia 3Y chủ yếu là pha tứ phương có thể chuyển đổi thành pha đơn tà và chống lại sự lan truyền vết nứt. Zirconia 4Y ở độ dày 0,7 mm bị gãy 50% trước khi hoàn thành mô phỏng lâm sàng 5 năm. Khi độ dày tăng lên 1,2 mm, không xảy ra hiện tượng gãy. Đối với các mẫu zirconia 5Y, 75% bị gãy ở độ dày 0,7 mm, trong khi 35% bị gãy ở độ dày 1,2 mm. Khả năng chống nứt kém ở zirconia 5Y là vì tỷ lệ các hạt tứ phương thấp hơn và tỷ lệ các hạt lập phương cao hơn làm giảm khả năng chống lại sự lan truyền vết nứt.
Dựa trên các kết quả nghiên cứu, độ dày rìa cắn/mặt nhai cần thiết cho phục hình zirconia được khuyến cáo là 1 mm với zirconia 3Y, 1,2 mm đối với zirconia 4Y và tối thiểu 1,5 mm nếu sử dụng zirconia 5Y. Lưu ý, phải sửa soạn đủ ở vùng rãnh trung tâm của mặt nhai để tránh gãy vỡ khi chịu lực. Mài thành trục tối thiểu là 1 mm với thiết kế viền vát nhẹ. Một số bác sĩ ủng hộ mài đường hoàn tất bờ xuôi để đơn giản hóa và bảo tồn răng, tuy nhiên thiết kế này sẽ gây khó khăn trong việc hoàn thiện viền phục hình và dễ mẻ vỡ sứ khi điều chỉnh.
Theo một số tác giả, trong những trường hợp phục hồi có độ bền thấp hoặc độ dày sứ không đủ, việc dán phục hồi bằng các hệ thống dán và cement resin giúp zirconia có thể liên kết với cấu trúc răng và đảm bảo sự bền vững. Tuy nhiên, quan điểm cho rằng vật liệu sứ được tăng cường độ bền khi sử dụng xi măng nhựa dán cũng còn gây tranh cãi. Một bài báo tổng quan phân tích tổng hợp hai mươi nghiên cứu đã kết luận việc dán phục hình giúp tăng cường các đặc tính cơ học của sứ thủy tinh nhưng không có khác biệt đáng kể với phục hình bằng zirconia. Vì vậy, với phục hình ở vùng chịu lực, quan trọng là phải chọn loại zirconia có độ bền phù hợp, và sự liên kết với cấu trúc răng bằng xi măng dán chỉ nên đóng vai trò là yếu tố hỗ trợ.
Nguồn:
- Ban, S. (2020). Classification and Properties of Dental Zirconia as Implant Fixtures and Superstructures. Materials, 14(17), 4879. https://doi.org/10.3390/ma14174879
- Blatz MB, Alvarez M, Sawyer K, Brindis M. How to Bond Zirconia: The APC Concept. Compend Contin Educ Dent. 2016 Oct;37(9):611-617; quiz 618. PMID: 27700128.
- Shen, C., Rawls, H. R., Esquivel-Upshaw, J. F., Anusavice, K. J., Phillips, R. W., & Skinner, E. W. (2022). Phillips’ Science of Dental Materials. Elsevier.
- Shelar, P., Abdolvand, H., & Butler, S. (2021). On the behaviour of zirconia-based dental materials: A review. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 124, 104861. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104861
- Sulaiman TA, Suliman AA, Abdulmajeed AA, Zhang Y. Zirconia restoration types, properties, tooth preparation design, and bonding. A narrative review. J Esthet Restor Dent. 2024 Jan;36(1):78-84. doi: 10.1111/jerd.13151. Epub 2023 Oct 15. PMID: 37840220; PMCID: PMC10842315.
- Tian, F., Londono, J., Villalobos, V., Pan, Y., Ho, H. X., Eshera, R., Sidow, S. J., Bergeron, B. E., Wang, X., & Tay, F. R. (2022). Effectiveness of different cleaning measures on the bonding of resin cement to saliva-contaminated or blood-contaminated zirconia. Journal of Dentistry, 120, 104084. https://doi.org/10.1016/j.jdent.2022.104084.
Tự học RHM
Website: https://tuhocrhm.com/
Facebook: https://www.facebook.com/tuhocrhm
Instagram: https://www.instagram.com/tuhocrhm/