Keramik zirkonia banyak digunakan dalam praktik klinis karena sifat mekanik, biokompatibilitas, dan keunggulan estetikanya yang sangat baik. Namun, ketika terkena suhu dalam kisaran 150–400 derajat dan lingkungan lembab dalam waktu lama, keramik zirkonia mengalami transformasi dari fase tetragonal ke fase monoklinik. Transisi fase ini disertai dengan perluasan volume, yang menghasilkan banyak retakan mikro dan sangat mengurangi kekuatan mekanik implan. Fenomena ini dikenal sebagai degradasi suhu rendah (LTD). Retakan mikro yang dihasilkan oleh proses ini menyediakan jalur bagi uap air di udara untuk menembus keramik lebih lanjut, sehingga mempercepat transformasi fasa lebih lanjut dan menghasilkan lebih banyak retakan mikro. Retakan mikro ini berpotongan, tumpang tindih, dan menyebar menjadi retakan makroskopis, yang pada akhirnya menyebabkan patah dan kegagalan implan gigi.
Selain masalah degradasi suhu rendah, keramik zirkonia juga mengalami kekurangan bioaktivitas. Ketika bahan zirkonia ditanamkan ke dalam rongga mulut sebagai implan, bahan tersebut tidak dapat membentuk ikatan kimia yang stabil dengan jaringan biologis. Seiring waktu, lapisan biofilm terbentuk di sekitar implan dan menyelimutinya, yang pada akhirnya menyebabkan kendor dan kegagalan implan. Sifat bioinert dari keramik zirkonia sangat membatasi penerapannya di bidang implantasi gigi.
Ketidakmampuan permukaan keramik zirkonia bioinert untuk berintegrasi dengan jaringan tulang di sekitarnya dan jaringan lain merupakan penyebab utama kegagalan implan in vivo. Sebaliknya, bahan keramik bioaktif membentuk lapisan hidroksiapatit mirip tulang di dalam tubuh dan berikatan secara kimia dengan komponen tulang di sekitarnya. Oleh karena itu, meningkatkan bioaktivitas zirkonia dapat meningkatkan tingkat keberhasilan implantasi. Bioaktivitas juga dapat diverifikasi melalui percobaan in vivo, di mana bahan tersebut ditanamkan ke hewan selama jangka waktu tertentu. Selain tidak adanya reaksi inflamasi, bioaktivitas dinilai dengan menganalisis integrasi antara implan dan jaringan tulang-misalnya, mengevaluasi pembentukan tulang baru, perubahan morfologi, dan uji torsi pelepasan.
Untuk meningkatkan bioaktivitas bahan inert, perlakuan permukaan atau penggabungan zat bioaktif umumnya dilakukan untuk menghasilkan gugus fungsi organik (Zr‑OH) atau mendepositkan lapisan bioaktif kalsium‑fosfat (Ca‑P) pada permukaan, sehingga meningkatkan bioaktivitas.
(1) Penggabungan Zat Bioaktif
Memasukkan zat bioaktif adalah metode yang paling sederhana dan langsung. Komponen bioaktif dicampur secara mekanis dengan bubuk zirkonia untuk meningkatkan bioaktivitas bahan keramik zirkonia.
Misalnya, Kishi S. dkk. menambahkan nano‑HA ke keramik ZrO₂ untuk membentuk material komposit, dan dalam eksperimen mineralisasi SBF, lapisan apatit mirip tulang terbentuk di permukaan. Cortes DA dkk. menambahkan wollastonit ke keramik Mg‑PSZ dan menyinter komposit pada suhu 1550 derajat. Setelah direndam dalam SBF dan 1,5×SBF masing-masing selama 7 hari (dengan bubuk wollastonit yang tertanam dalam larutan SBF pada perendaman pertama), permukaannya termineralisasi menjadi HA. Nogiwa‑Valdez AA dkk. memasukkan kaca bioaktif CaO‑SiO₂ ke dalam ZrO₂ untuk menghasilkan material komposit, dan HA terbentuk pada permukaan sampel dalam eksperimen mineralisasi SBF.
(2) Modifikasi Permukaan
Sandblasting adalah proses perawatan permukaan yang sudah mapan. Ia menggunakan udara bertekanan untuk mendorong partikel abrasif dengan kecepatan tinggi ke permukaan benda, sehingga meningkatkan kekasaran dan kebersihan permukaan. Di era restorasi keramik zirkonia, sandblasting alumina adalah perawatan permukaan yang paling umum digunakan dalam produksi. Saat ini, para peneliti menggunakan berbagai parameter peledakan pasir, sebagian besar menggunakan partikel alumina berukuran 50–100 μm, tekanan peledakan 0,1–0,5 MPa, dan waktu peledakan 10–30 detik.
Etsa asam termal dapat meningkatkan kekuatan ikatan antara zirkonia dan pelapis porselen atau resin. Namun, proses ini melibatkan bahan kimia industri berbahaya seperti metanol dan asam klorida, sehingga menuntut standar keselamatan yang tinggi dan prosedur yang rumit. Saat ini, tidak tersedia peralatan etsa asam termal yang matang dan andal, sehingga membatasi promosinya dalam produksi.
Perawatan laser juga meningkatkan kekuatan ikatan antara zirkonia dan pelapisan porselen atau resin melalui pengerasan permukaan.
Permukaan keramik zirkonia tidak memiliki fase kaca dan mengandung sedikit atau tidak ada silika, sehingga sulit bereaksi secara kimia dengan lapisan porselen veneer. Berbagai metode telah digunakan untuk menyiapkan pelapis silikon pada permukaan keramik zirkonia, menjadikan komposisi kimia permukaannya mirip dengan porselen veneer berbahan dasar kaca dan dengan demikian memfasilitasi reaksi kimia yang meningkatkan kekuatan ikatan zirkonia-porselen. Namun, ketebalan lapisan silikon yang optimal belum ditentukan; teknik pelapisan silikon saat ini sangat banyak, dan kurangnya persiapan sampel standar serta kriteria pengujian, sehingga menghasilkan perbandingan yang buruk antar penelitian yang berbeda. Selain itu, beberapa peralatan yang digunakan untuk pembuatan pelapis silikon masih dalam tahap laboratorium, dan prosesnya rumit, sehingga belum cocok untuk produksi skala besar.
Plasma bersuhu rendah dapat meningkatkan kekuatan ikatan antara zirkonia dan pelapis porselen atau resin. Namun, parameter pengobatan bervariasi antar penelitian, sehingga membuat perbandingan menjadi sulit. Masih belum jelas perlakuan plasma mana yang memberikan hasil terbaik, dan apakah plasma suhu rendah dapat secara tidak langsung menginduksi ikatan kimia antara zirkonia dan pelapis porselen atau resin belum dapat dijelaskan.