Interview

Neues kubisches Zirkoniumoxid mit inhärenter Fluoreszenz

Das Geheimnis der integrierten Ästhetik

20.03.2017

Mit 3M Lava Esthetic Zirkoniumoxid steht erstmals ein Zirkoniumoxid mit inhärenter, d. h. in die Materialstruktur integrierter Fluoreszenz zur Verfügung. Diese und weitere optische Eigenschaften wie eine optimierte Transluzenz und ein gradierter Farbverlauf ermöglichen es, mit sehr geringem Aufwand Versorgungen zu fertigen, die höchste ästhetische Ansprüche erfüllen. Über das Material und dessen Entwicklung sprachen wir mit Dr. Michael Jahns, der in der Forschung & Entwicklung von Kronen- und Brückenmaterialien bei 3M tätig ist. Er ist (Mit-) Erfinder von vielen der über Dutzend Patente, die 3M in seinem Spezialgebiet Farben und Effekte von dentalem Zirkoniumoxid angemeldet hat.

Herr Dr. Jahns, was war der Hauptgrund für den Ansatz, ein neues Zirkoniumoxid mit inhärenter Fluoreszenz zu entwickeln?

  • Dr. Michael Jahns, Forschung & Entwicklung von Kronen- und Brückenmaterialien bei 3M.

  • Dr. Michael Jahns, Forschung & Entwicklung von Kronen- und Brückenmaterialien bei 3M.
Der Werkstoff Zirkoniumoxid besitzt etliche Eigenschaften, aufgrund derer er als Material für die Herstellung von Kronen und Brücken hervorragend geeignet ist. Zahnähnliche optische Eigenschaften gehörten lange Zeit allerdings nicht dazu: Das Material war weißlich-opak und im Gegensatz zum Zahn nicht fluoreszent. Fluoreszenz ist aber ein Effekt, der für ein natürliches Aussehen bei allen Lichtverhältnissen unerlässlich ist. Darum wurde Zirkoniumoxid zunächst ausschließlich als Gerüstmaterial mit manuell aufgebrachter Verblendung eingesetzt. Im Rahmen der Weiterentwicklung gelang es, die Transluzenz zu erhöhen und somit den monolithischen Einsatz zu ermöglichen. Während bei den ersten Produkten Farben und Fluoreszenz meist im Labor manuell eingebracht wurden, folgten später voreingefärbte Rohlinge, teilweise mit weiter optimierter Transluzenz. Das Bestreben, die Fluoreszenz ebenfalls in die Materialstruktur zu integrieren, ist ein logischer nächster Schritt in der Entwicklung.

Die Tatsache, dass erst 15 Jahre nach der Einführung von Zirkoniumoxid als Restaurationsmaterial eine inhärent fluoreszente Variante zur Verfügung steht, weist auf einige Herausforderungen im Entwicklungsprozess hin. Worin lagen diese?

  • Rohlinge aus Lava Esthetic Zirkoniumoxid, erhältlich in den Höhen 14 mm, 18 mm und 22 mm.

  • Rohlinge aus Lava Esthetic Zirkoniumoxid, erhältlich in den Höhen 14 mm, 18 mm und 22 mm.
Für die Fluoreszenz wie für die Zahnfarbe sind Additive verantwortlich, die dem Material vor der Rohlingsherstellung beigemischt werden. Die Additive bestimmen die chemische Zusammensetzung des Materials, und ihre ästhetische Wirkung ist nur dann gezielt steuerbar, wenn der Rohling eine hohe chemische Homogenität aufweist. Diese ist ebenfalls entscheidend für die Festigkeit des resultierenden Materials, die einen weiteren wichtigen Faktor für die dentale Anwendung darstellt. Früher genügte es, eine konstante Zusammensetzung über den gesamten Rohling zu garantieren. Für die Farbgradierung muss die Zusammensetzung nun ortsaufgelöst über den Rohling exakt eingestellt werden. Dies im Produktionsprozess kontinuierlich sicherzustellen, war die erste Herausforderung. Für ein optimales Ergebnis reicht das jedoch noch nicht aus: Einige Färbeadditive können die Fluoreszenz negativ beeinflussen. Anwender von Färbe- und Fluoreszenzlösungen auf nicht voreingefärbtem Material kennen sicher das daraus resultierende Problem, dass die Fluoreszenz ausschließlich bei sehr hellen Zahnfarben richtig zur Geltung kommt. Vor allem die korrekte Auswahl der Additive, aber auch eine präzise Abstimmung der Fluoreszenzintensität auf die jeweilige Zahnfarbe macht die hohe ästhetische Wirkung erst möglich. Hierfür war einiges an Entwicklungsarbeit nötig.

Wie ist es gelungen, bei Lava Esthetic Zirkoniumoxid eine zahnähnliche Fluoreszenz zu erzielen?

  • Abb. 1: Auf die Zahnfarben Bleach, A1, A2, A3, A3.5, B1, C1 und D2 abgestimmte Fluoreszenz von Kronen aus Lava Esthetic Zirkoniumoxid auf natürlichen Stümpfen.

  • Abb. 1: Auf die Zahnfarben Bleach, A1, A2, A3, A3.5, B1, C1 und D2 abgestimmte Fluoreszenz von Kronen aus Lava Esthetic Zirkoniumoxid auf natürlichen Stümpfen.
Jede der derzeit zur Auswahl stehenden Zahnfarben – Bleach, A1, A2, A3, A3.5, B1, C1 und D2 – wurde in einem aufwendigen Prozess einerseits exakt auf die Farben der VITA classical A1-D4 Farbskala und andererseits auf die Fluoreszenz eines natürlichen Zahnes abgestimmt (Abb. 1). Die Einstellung von Farbe und Fluoreszenz erfolgte in enger Zusammenarbeit mit Zahntechnikern durch eine Anpassung der Konzentrationen der verschiedenen Additive. Derzeit werden noch weitere Farben von Lava Esthetic entwickelt, für die ebenfalls genau diese präzise Abstimmung erfolgt.

Welche Vorteile entstehen durch die inhärente, auf die Zahnfarbe abgestimmte Fluoreszenz für den Anwender?

  • Abb. 2: Fluoreszenz von Lava Esthetic Zirkoniumoxid (links) sowie einem anderen kubischen Multilayer-Zirkoniumoxid mit (Mitte) und ohne fluoreszierende Glasur (rechts). Das Bild oben zeigt jeweils die Ansicht von labial, unten ist ein Querschnitt abgebildet, der den Unterschied zwischen inhärenter und oberflächlich applizierter Fluoreszenz sichtbar macht.

  • Abb. 2: Fluoreszenz von Lava Esthetic Zirkoniumoxid (links) sowie einem anderen kubischen Multilayer-Zirkoniumoxid mit (Mitte) und ohne fluoreszierende Glasur (rechts). Das Bild oben zeigt jeweils die Ansicht von labial, unten ist ein Querschnitt abgebildet, der den Unterschied zwischen inhärenter und oberflächlich applizierter Fluoreszenz sichtbar macht.
Zahntechniker profitieren von der natürlichen optischen Wirkung sowie von Zeiteinsparungen im Herstellungsprozess. Der ästhetische Eindruck wird optimiert, da die Fluoreszenz bei Lava Esthetic Zirkoniumoxid aus der Tiefe wirkt und sehr homogen erscheint (Abb. 2). Insbesondere transluzente Restaurationen wirken dadurch heller und lebendiger.

Wird eine Glasur mit fluoreszierender Wirkung verwendet, so ist der Effekt sichtbar oberflächlich. Anders als bei Lava Esthetic können hier zudem natürliche Verschleißprozesse oder ein Einschleifen zu einer inhomogenen optischen Wirkung führen. Bei Verwendung von Lava Esthetic wird außerdem Zeit eingespart, da Arbeitsschritte rund um das Einfärben, Fluoreszenz auftragen und Trocknen entfallen. Durch Sintern und Glasieren allein werden höchste ästhetische Ansprüche erfüllt.

Wie ist vorzugehen, wenn dennoch eine farbliche Optimierung der Restauration gewünscht ist?

Aufgrund des gradierten Farbverlaufs mit drei Abstufungen im Rohling wird auf Anhieb eine sehr präzise Übereinstimmung mit der Farbgebung eines natürlichen Zahnes erzielt. Eine Individualisierung durch (Teil-)Verblendung oder ein nachträgliches Einfärben des Zirkoniumoxids selbst ist darum nicht erforderlich. Das Setzen gezielter farblicher Akzente kann hingegen sinnvoll sein. Hierfür sind klassische Malfarben für keramische Werkstoffe nach dem finalen Sintervorgang einzusetzen. Damit ist eine sehr effektive und gut reproduzierbare Individualisierung möglich, ohne die präzise eingestellten optischen Eigenschaften der Keramik zu verändern.

Bei der optischen Wirkung spielt sicher auch die optimierte Transluzenz eine wichtige Rolle. Was wurde unternommen, um diese im Vergleich zu 3M ESPE Lava Plus hochtransluzentes Zirkoniumoxid weiter zu erhöhen?

  • Abb. 3: Krone aus Lava Esthetic Zirkoniumoxid (links) und Lava Plus Zirkoniumoxid (rechts) im Durchlicht: Der Unterschied in der Transluzenz ist deutlich erkennbar.

  • Abb. 3: Krone aus Lava Esthetic Zirkoniumoxid (links) und Lava Plus Zirkoniumoxid (rechts) im Durchlicht: Der Unterschied in der Transluzenz ist deutlich erkennbar.
Veränderungen in der Mikrostruktur waren hierbei der Schlüssel zum Erfolg. Lava Esthetic ist wie Lava Plus ein polykristallines Zirkoniumoxid, das mit Yttriumoxid stabilisiert wird. Der Unterschied liegt in der Yttriumoxid-Konzentration, die bei Lava Esthetic rund fünf und bei Lava Plus rund drei Prozent beträgt. Die erhöhte Konzentration bewirkt, dass der Werkstoff nicht in der tetragonalen, sondern in der kubischen Kristallphase stabilisiert wird. Die einzelnen Körner sind größer, und das Kristallgitter ist isotrop aufgebaut. Dadurch ist die Festigkeit des Werkstoffs geringer (800 MPa* bei Lava Esthetic), aber gleichzeitig die Transluzenz erhöht, da das einfallende Licht weniger stark gestreut wird. Der optische Unterschied ist im direkten Vergleich von Kronen aus Lava Esthetic und Lava Plus Zirkoniumoxid deutlich sichtbar (Abb. 3).

Wo erhalten Interessenten weitere Informationen über den neuen Werkstoff?

Erste Anlaufstelle ist der 3M-Messestand auf der IDS 2017 (Halle 4.2, Stand G90). Hier sind einige der Pilotanwender sowie auch Mitglieder des Entwicklungsteams anzutreffen, die Fragen rund um die Entstehung und Verarbeitung des Produktes gerne beantworten. Zudem werden Handson- Sessions stattfinden. Außerdem bietet die Webseite www.3m.de/lava-esthetic Informationen zum Werkstoff, den Bestellmöglichkeiten etc.

Herr Dr. Jahns, wir danken Ihnen für das Gespräch.

*3-Punkt-Biegefestigkeit nach ISO 6872:2015; geeignet für Typ II, Klasse 4-Indikationen: Kronen, Brücken mit einem Pontik zwischen zwei Pfeilern, Inlays, Onlays und Veneers. 

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