Tribological Studies of Layered Biomaterials for Prosthetic Structures Based on Substructures Made of Digital Technologies

• Autorzy: Ryniewicz Wojciech , Bojko Łukasz , Ryniewicz Anna M. , Pihut Małgorzata , Pałka Paweł

Warianty tytułu

PL

Badania tribologiczne biomateriałów warstwowych na konstrukcje protetyczne o podbudowach z technologii cyfrowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modern dental prosthetics uses CAD/CAM in the Computer Aided Design (CAD) of substructures and its Computer Aided Manufacturing (CAM) process. The substructure is subject to appropriate veneering, which determines the functional cooperation. The aim of this study is to investigate the friction coefficient and wear resistance of the veneering layers of the substructures of prosthetic structures. The test materials are dedicated veneering layers on substructures made of factory-made CoCr, TiCP, and Ti6Al4V metal fittings as well as the glass-ceramic material LiSi2 and the ceramic ZrO2. The study was conducted on a Roxana Machine Works tribological machine in the ball-and-3discs system in an artificial saliva environment using a Hitachi S3400 scanning microscope. As a reference biomaterial, enamel-dentin discs were used. The tribological processes that take place under chewing conditions in the presence of saliva depend on the properties and technological parameters of the surface layer of the biomaterial wearing out and on the enamel of opposing teeth in contact, which also wears out. They should reproduce the physiological nature of adjustment wear in the stomatognathic system (SS). The determined values of the friction coefficient and wear resistance allowed differences to be indicated in the course of tribological processes, and microscopic analyses confirmed them.

PL

Współczesna protetyka stomatologiczna wykorzystuje system CAD/CAM do cyfrowego projektowania podbudowy konstrukcji (CAD) oraz do jej wytwarzania w sterowanym numerycznie procesie (CAM). Podbudowa nośna poddawana jest odpowiedniemu licowaniu, które decyduje o funkcjonalnej współpracy. Celem pracy jest badanie współczynnika tarcia i odporności na zużycie warstw licujących podbudowy konstrukcji protetycznych. Materiałem badań są dedykowane warstwy licujące na podbudowach wykonanych w technologii frezowania z fabrycznych kształtek z metali – CoCr, TiCP i Ti6Al4V oraz z materiałów szklano-ceramicznych LiSi2 i ceramicznych ZrO2. Badania wykonano na maszynie tribologicznej Roxana Machine Works w układzie kula-3krążki w środowisku sztucznej śliny oraz na mikroskopie skaningowym Hitachi S3400. Jako biomateriał referencyjny wykorzystano krążki szkliwno-zębinowe. Procesy tribologiczne, które zachodzą w warunkach żucia w obecności śliny uzależnione są od właściwości i parametrów technologicznych warstwy wierzchniej zużywającego się biomateriału oraz od szkliwa zębów przeciwstawnych wchodzących w kontakt, które również się zużywają. Powinny odtwarzać fizjologiczny charakter zużycia dostosowawczego w układzie stomatognatycznym (US). Wyznaczone wartości współczynnika tarcia i odporności na zużycie pozwoliły na wskazanie różnic w przebiegu procesów tribologicznych, a analizy mikroskopowe to potwierdziły.

Słowa kluczowe

EN

digital technologies; prosthetic substructures; veneering ceramics; friction; wear; SEM

PL

technologie cyfrowe; podbudowy protetyczne; ceramiki licujące; tarcie; zużycie; SEM

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 5
• Strony: 87--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ryniewicz Wojciech

• Jagiellonian University Medical College, Faculty of Medicine, Dental Institute, Department of Dental Prosthodontics, Montelupich 4 Street, 31-155 Cracow, Poland

autor

Bojko Łukasz

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Cracow, Poland

autor

Ryniewicz Anna M.

• Jagiellonian University Medical College, Faculty of Medicine, Dental Institute, Department of Dental Prosthodontics, Montelupich 4 Street, 31-155 Cracow, Poland

autor

Pihut Małgorzata

• Jagiellonian University Medical College, Faculty of Medicine, Dental Institute, Department of Dental Prosthodontics, Montelupich 4 Street, 31-155 Cracow, Poland

autor

Pałka Paweł

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. Gołębiowski M., Wolowiec E., Klimek L.: Airborne-particle abrasion parameters on the quality of titaniumceramic bonds. The Journal of Prosthetic Dentistry, 113, 5(2015), pp. 453–459.
• 2. Nguyen H. H., Wan S., Tieu K. A., Pham S. T., Zhu H.: Tribological behaviour of enamel coatings. Wear, 426(2019), pp. 319–329.
• 3. Guo J., Tian B., Wei R., Wang W., Zhang H., Wu X., He L., Zhang S.: Investigation of the time-dependent wear behavior of veneering ceramic in porcelain fused to metal crowns during chewing simulations. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 40(2014), pp. 23–32.
• 4. Naumova E., Schneider S., Arnold W., Piwowarczyk A.: Wear behavior of ceramic CAD/CAM crowns and natural antagonists. Materials, 10, 3(2017), p. 244.
• 5. Wang L., Liu Y., Si W., Feng H., Tao Y., Ma Z.: Friction and wear behaviors of dental ceramics against natural tooth enamel. Journal of the European Ceramic Society, 32, 11(2012), pp. 2599–2606.
• 6. Mitov G., Heintze S. D., Walz S., Woll K., Muecklich F., Pospiech P.: Wear behavior of dental Y-TZP ceramic against natural enamel after different finishing procedures. Dental Materials, 28, 8(2012), pp. 909–918.
• 7. Ryniewicz A. M., Ryniewicz W., Bojko Ł., Pałka P.: Tribological tests and impact tests of acrylic polymers for dental prosthetics. Tribologia, 4(2018), pp. 89–95.
• 8. Sinthuprasirt P., van Noort R., Moorehead R., Pollington S.: Evaluation of a novel multiple phase veneering ceramic. Dental Materials, 31, 4(2015), pp. 443–452.
• 9. Bojko Ł., Ryniewicz W., Ryniewicz A. M., Kot M., Pałka P.: The influence of additive technology on the quality of the surface layer and the strength structure of prosthetic crowns. Tribologia. 4(2018), pp. 13–22.
• 10. Ryniewicz W., Ryniewicz A. M., Bojko Ł.: The effect of a prosthetic crown's design on the accuracy of mapping an abutment teeth's shape. Measurement, 91(2016), pp. 620–627.
• 11. Grohmann P., Bindl A., Hämmerle C., Mehl A., Sailer I.: Three-unit posterior zirconia-ceramic fixed dental prostheses (FDPs) veneered with layered and milled (CAD-on) veneering ceramics: 1-year follow-up of a randomized controlled clinical trial. Quintessence International, 46, 10(2015), pp. 871–880.
• 12. Song W., Wang X., Jiao J.: Comparative study of four crown materials and enamel on the wearing ability in vitro. Journal of Modern Stomatology, 4(2015), 12.
• 13. Biben A., Ozhohan Z.: Clinical Effectiveness of Using Aesthetic Fixed Prosthetic Appliances with Combined Occlusal Surface. Galician Medical Journal, 24, 2(2017), E201725.
• 14. Bianchi E.C., da Silva E. J., Monici R. D., de Freitas C. A., Bianchi A. R. R.: Development of new standard procedures for the evaluation of dental composite abrasive wear. Wear, 253, 5(2002), pp. 533–540.
• 15. Ryniewicz W., Herman M., Ryniewicz A. M., Bojko Ł., Pałka P., Ryniewicz A., Madej T.: Tribological tests of the nanomaterials used to reconstruct molars and premolars with the application of the direct method. Tribologia, 3(2017), pp. 155–164.
• 16. Herman M., Ryniewicz A. M., Ryniewicz W.: The analysis of determining factors of enamel resistance to wear. Pt. 1, Identification of biological and mechanical enamel structure and its shape in dental crowns. Engineering of Biomaterials, 13, 95(2010), pp. 10–17.
• 17. Ryniewicz W., Herman M., Ryniewicz A. M.: The analysis of enamel resistance to wear determining factors. Pt. 2, Study of superficial layer and microhardness in tooth enamel. Engineering of Biomaterials, 14, 102(2011), pp. 23–27.
• 18. Ryniewicz W., Herman M., Ryniewicz A. M., Bojko Ł., Pałka P.: Badania tribologiczne nanokompozytów do odbudowy bezpośredniej zębów. Tribologia, 4(2018), pp. 97–105.
• 19. Mainjot A. K., Najjar A., Jakubowicz-Kohen B. D., Sadoun M. J.: Influence of thermal expansion mismatch on residual stress profile in veneering ceramic layered on zirconia: Measurement by hole-drilling. Dental Materials, 31, 9(2015), pp. 1142–1149.
• 20. Luo H., Tang X., Dong Z., Tang H., Nakamura T., Yatani H.: The influences of accelerated aging on mechanical properties of veneering ceramics used for zirconia restorations. Dental Materials Journal, 35, 2(2016), pp. 187–193.
• 21. Antanasova M., Kocjan A., Kovač J., Žužek B., Jevnikar P.: Influence of thermo-mechanical cycling on porcelain bonding to cobalt–chromium and titanium dental alloys fabricated by casting, milling, and selective laser melting. Journal of Prosthodontic Research, 62, 2(2018), pp. 184–194.
• 22. Souza J. C., Henriques M., Teughels W., Ponthiaux P., Celis J. P., Rocha L. A.: Wear and corrosion interactions on titanium in oral environment: literature review. Journal of Bio-and Tribo-Corrosion, 1, 2(2015), 13.
• 23. Buciumeanu M., Bagheri A., Shamsaei N., Thompson S. M., Silva F. S., Henriques B.: Tribocorrosion behavior of additive manufactured Ti-6Al-4V biomedical alloy. Tribology International, 119(2018), pp. 381–388.
• 24. Souza J. C., Tajiri H. A., Morsch C. S., Buciumeanu M., Mathew M. T., Silva F. S., Henriques B.: Tribocorrosion behavior of Ti6Al4V coated with a bio-absorbable polymer for biomedical applications. Journal of Bio-and Tribo-Corrosion, 1, 4(2015), 27.
• 25. Santos R. L. P., Buciumeanu M., Silva F. S., Souza J. C. M., Nascimento R. M., Motta F. V., Carvalho O., Henriques B.: Tribological behaviour of glass-ceramics reinforced by Yttria Stabilized Zirconia. Tribology International, 102(2016), pp. 361–370.
• 26. Figueiredo-Pina C. G., Patas N., Canhoto J., Cláudio R., Olhero S. M., Serro A. P., Ferro A. C., Guedes M.: Tribological behaviour of unveneered and veneered lithium disilicate dental material. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 53 (2016), pp. 226–238.
• 27. Figueiredo-Pina C. G., Monteiro A., Guedes M., Mauricio A., Serro A. P., Ramalho A., Santos C.: Effect of feldspar porcelain coating upon the wear behavior of zirconia dental crowns. Wear, 297, 1–2 (2013), pp. 872–877.
• 28. Preis V., Behr M., Kolbeck C., Hahnel S., Handel G., Rosentritt M.: Wear performance of substructure ceramics and veneering porcelains. Dental Materials, 27, 8(2011), pp. 796–804.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).