Kronen/Brücken

Untersuchungen zu Verbundfestigkeiten zwischen unterschiedlich vorbehandelten CAD/CAM-Kompositen und Reparaturkompositen

CAD/CAM-Komposite im Patientenmund

Abb. 1: Das CAD/CAM-Material LAVA Ultimate ist ein mit Nanofüllstoffen hochgefülltes Komposit.
Abb. 1: Das CAD/CAM-Material LAVA Ultimate ist ein mit Nanofüllstoffen hochgefülltes Komposit.

Ziel dieser Untersuchung war es, eine zuverlässige Reparaturmöglichkeit für abradierte bzw. frakturierte CAD/CAM-Kompositrestaurationen zu finden. Zusammenfassend kann behauptet werden, dass bei einer Reparatur einer CAD/CAM-Kompositrestauration das Sandstrahlen zu höheren Verbundfestigkeiten führt als die Vorbehandlung mittels Siliziumkarbid-Schleifer. Alle in dieser Untersuchung geprüften Universaladhäsivsysteme steigerten die Verbundfestigkeiten signifikant.

Im ersten Schritt wurden 900 CAD/CAM-Kompositsubstrate aus LAVA Ultimate (3M ESPE, Seefeld; Abb. 1) hergestellt und im Thermolastwechsel mit 10.000 Thermolastwechselzyklen zwischen 5 °C und 55 °C künstlich gealtert. Folgend wurden die Kompositsubstrate mit bzw. ohne Wasserkontamination sandgestrahlt (CoJet, 3M ESPE) oder mit einem Siliziumkarbid-Schleifer (Cimara, VOCO, Cuxhaven) vorbehandelt. Unmittelbar nach dieser Vorbehandlung wurde eine Hälfte der Prüfkörper zusätzlich mit Phosphorsäure gereinigt, während die restlichen Prüfkörper nur mit Wasser gespült wurden. Vier Adhäsiv-Systeme (Futurabond U, VOCO; Scotchbond Universal, 3M ESPE; One Coat Bond, Coltène/Whaledent, Altstätten/ Schweiz; visio.link, bredent, Senden) wurden für die Konditionierung der Oberfläche ausgewählt, während die Gruppe ohne Konditionierung als Kontrollgruppe fungierte. Anschließend wurden die Prüfkörper mit zwei direkten Kompositen (Arabesk Top und GrandioSO, beide von VOCO) repariert und für 24 Stunden bei 37 °C in destilliertem Wasser und anschließend erneut thermisch mit 10.000 Zyklen gealtert. Insgesamt bestand jede Untergruppe aus 15 Prüfkörpern. Nach der künstlichen Alterung wurde die Verbundfestigkeit im Zugversuch geprüft und folgend die Bruchbilder ausgewertet. Die erzielten Werte wurden mit der vier- und einfaktorieller ANOVA und Chi2-Test statistisch ausgewertet (p < 0,05).

Ergebnisse und klinische Relevanz

Den höchsten Einfluss auf die Zugverbundfestigkeit übten die Konditionierverfahren aus, gefolgt von dem Reparaturkomposit und den Oberflächenvorbehandlungen. Die Säurekontamination nach der Oberflächenvorbehandlung hingegen war unbedeutend. Nach dem Sandstrahlen ergab sich ein besserer Haftverbund als nach dem Schleifen. Alle in den Test einbezogenen Universaladhäsivsysteme steigerten die Verbundfestigkeiten signifikant, dabei zeigten visio.link und Scotchbond Universal etwas bessere Werte als Futurabond U. Die klinische Relevanz für den Behandler: Eine Kontamination der sandgestrahlten CAD/CAM-Kompositoberfläche mit Phosphorsäure oder Wasser wirkt sich nicht negativ auf die Reparaturverbundfestigkeit aus.

Einleitung

Kunststoffe, welche nach dem Computer Aided Design in Computer Aided Manufacturing (CAD/CAM)-Technologie bearbeitet werden, können für hochwertige Langzeitrestaurationen eingesetzt werden [1]. Die CAD-gestützte Konstruktion und die CAM-basierte Fertigung der Restaurationen lassen sich sowohl im gewerblichen als auch Praxislabor durchführen. Vorteile dieser Restaurationsart sind die wesentlich geringere Behandlungsdauer sowie der Verzicht auf provisorische chairside-Versorgungen [4].

Aufgrund der standardisierten industriellen Polymerisation der CAD/CAM-Polymerrohlinge, welche unter hohem Druck und Temperatur geschieht, können deutlich bessere physikalische Eigenschaften des Werkstoffes als bei konventionell laborseitig polymerisierten Materialien (direkte/ indirekte Provisorien) erreicht werden [4-7]. Studien berichten nicht nur von verbesserten mechanischen Eigenschaften, sondern auch von geringeren Verfärbungsraten [8] und einer höheren Abrasionsbeständigkeit [9] im Vergleich zu den herkömmlich polymerisierten Kunststoffen. Des Weiteren werden manuelle Herstellungsfehler, die durch die Anwenderperson erstehen können, minimiert, somit verbessert sich die Qualität [8]. Speziell für dünnauslaufende Ränder zeigen CAD/CAM-gestützt gefräste Polymerrestaurationen aus fertigen Rohlingen eine höhere Kantenstabilität als Glaskeramikrestaurationen [9-11].

CAD/CAM-Komposite im Vergleich zu Glaskeramiken

Das beispielhaft in der Studie getestete CAD/CAM-Material, LAVA Ultimate, wird immer häufiger von Zahntechnikern und Zahnärzten verwendet. Es ist ein mit Nanofüllstoffen hochgefülltes Komposit, welches vom Hersteller als Resin Nano Ceramic (RNC) vertrieben wird. Dieses Komposit enthält Nanomer und Nanocluster-Füllstoffe (Siliziumdioxid-Nanomere mit 20 nm Durchmesser und Zirkoniumdioxid-Nanomere mit 4-11 nm Durchmesser) mit einem Gesamtfüllstoffgehalt von ca. 80 Gew%. Die Nanopartikel sind mit einem Silan-Haftvermittler mittels eines proprietären Verfahrens vorbehandelt. Diese funktionalen Silane binden chemisch sowohl an die Füllkörper als auch an die organische Polymermatrix an. Der Hersteller hat dieses CAD/CAM-Komposit für Langzeitrestaurationen zugelassen.

Ein weiterer Vorteil von CAD/CAM-Kompositen, Glaskeramikrestaurationen gegenübergestellt, ist der geringe Verschleiß an den Antagonisten, vor allem an den Schmelzantagonisten [12-15]. Allerdings ist der Verschleiß der CAD/CAM-Kunststoffe selbst, im Vergleich zu Glaskeramiken extrem hoch [9]. Deswegen sowie aufgrund der schnellen und günstigen Herstellung dieser Kompositrestaurationen [4] sollte jedoch eine Möglichkeit gegeben werden, dass diese Komposite für eine längere Zeit im Mund des Patienten verweilen können.

Derzeit wird der Verbund der CAD/CAM-Kunststoffe zu weiteren Kunststoffen kritisch diskutiert, da aufgrund der standardisierten Polymerisationsverfahren kaum freie Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen auf der Oberfläche dieser CAD/CAM-Kunststoffe vorliegen, welche sich an weitere Kunststoffe binden könnten. Untersuchungen über die Bindungsstärke zwischen CAD/CAM-Kunststoffen und Füllungskompositen haben gezeigt, dass neben einer Oberflächenaufrauung mittels Korundstrahlen eine zusätzliche Anwendung von Adhäsivsystemen erforderlich ist [17-20]. Im Vergleich zu Glaskeramikrestaurationen, welche eine Vorbehandlung mit Flusssäure benötigen, kann das Behandlungsrisiko für eine intraorale Reparatur bei CAD/CAM-KunststoffKunststoffrestaurationen minimiert werden, da diese etwas risikoreichere Vorbehandlung hier entfällt [16]. Die etwas schlechteren ästhetischen Eigenschaften der monolithischen CAD/CAM-Kompositrestaurationen gegenüber den aufwendig geschichteten Glaskeramikkronen können durch eine Charakterisierung bzw. Optimierung der gefrästen Kunststoffgerüste mit weiteren Verblendkunststoffen bereinigt werden [2].

Die Reparatur von Kunststoffen

Es ist anzunehmen, dass die Reparatur von CAD/CAM-Kunststoffen ähnlich erfolgen kann wie die bereits gut untersuchte Reparatur der direkten Kompositrestaurationen [16]. Dort ist eine Vorbehandlung der Kompositoberfläche durch Sandstrahlen, die Anwendung eines Silan-Haftvermittlers, eines Adhäsiv-Systems und anschließend eines Reparaturkomposits notwendig [2]. Um die Herstellungsschritte des Verbundes zu vereinfachen, wurden vor kurzem Universaladhäsivsysteme auf den Markt gebracht. Diese beinhalten weniger Arbeitsschritte und somit weniger Möglichkeiten, Fehler in die Arbeitsprozesse einzubringen. Sie beinhalten, neben den Methacrylatmonomeren, Silane oder Phosphat-Monomere, welche einen hervorragenden Verbund zu Metallen, Glas- und Oxidkeramiken liefern.

Material und Methode

Die hier vorgestellte Studie untersuchte die Zugverbundfestigkeiten eines künstlich gealterten und unterschiedlich vorbehandelten CAD/CAM-Komposits (LAVA Ultimate) in Kombination mit zwei Reparaturkompositen, nämlich GrandioSO und Arabesk Top (beide VOCO). Für die Reparatur von industriell polymerisierten CAD/CAM-Kunststoffen ist es praktisch unmöglich, eine Kontrollgruppe mit kohäsiver Verbundfestigkeit zu etablieren. Daher wurde keine kohäsive Haftfestigkeit gemessen. Die Zusammensetzungen und die Chargennummer der getesteten Materialien sind in Tabelle 1 dargestellt.

Es wurden 900 Scheiben (3 mm stark x 5 mm breit x 5 mm lang) aus den CAD/CAM-Rohlingen LAVA Ultimate in einer vollautomatischen Trennmaschine (Secotom-50, Struers, Ballerup/Dänemark) unter Wasserkühlung geschnitten. Diese Scheiben wurden folgend in einem selbsthärtenden Zweikomponenten-Acrylharz (ScandiQuick, Scan-Dia, Hagen) eingebettet und die Klebeflächen unter Wasserkühlung mit Nassschleifpapier bis zur Körnung SiC P2400 (Tegramin-20, Struers) poliert. Danach wurden alle polierten Substrate 10.000 Thermalzyklen zwischen 5 °C und 55 °C mit einer Verweilzeit von 20 s in jedem Wasserbad gealtert (Thermocycler-1100, SD Mechatronik, Feldkirchen-Westerham), um die natürliche Alterung vor der Reparatur der CAD/CAM-Kunststoffrestaurationen zu simulieren.

  • Abb. 2: Mit dem Strahlmittel CoJet wurde ein Teil der Probenkörper sandgestrahlt.
  • Abb. 3: Ein anderer Teil wurde mit dem Siliziumkarbidschleifer Cimara vorbehandelt.
  • Abb. 2: Mit dem Strahlmittel CoJet wurde ein Teil der Probenkörper sandgestrahlt.
  • Abb. 3: Ein anderer Teil wurde mit dem Siliziumkarbidschleifer Cimara vorbehandelt.

  • Tab. 1: Die in dieser Untersuchung verwendeten Materialien, deren Zusammensetzung und die Applikationsschritte. Abkürzungen: Bis-EMA: Bisphenol A Polyethylene Glycol Diether Dimethacrylat; Bis-GMA: Bisphenol-A Diglycidyl Ether Dimethacrylat; TEGDMA: Triethyleneglycol Dimethacrylat; UDMA: Urethan Dimethacrylat; HEMA: Hydroxyethylmethacrylat; DM: Dimethacrylat; HEDMA: Hydroxyethyldimethacrylat
  • Tab. 1: Die in dieser Untersuchung verwendeten Materialien, deren Zusammensetzung und die Applikationsschritte. Abkürzungen: Bis-EMA: Bisphenol A Polyethylene Glycol Diether Dimethacrylat; Bis-GMA: Bisphenol-A Diglycidyl Ether Dimethacrylat; TEGDMA: Triethyleneglycol Dimethacrylat; UDMA: Urethan Dimethacrylat; HEMA: Hydroxyethylmethacrylat; DM: Dimethacrylat; HEDMA: Hydroxyethyldimethacrylat

Dann wurden die Prüfkörper nach dem Zufallsprinzip in drei Vorbehandlungsgruppen (n = 300) unterteilt: 1. Sandstrahlen trocken mit CoJet, 2. Sandstrahlen nass mit CoJet (Abb. 2) und 3. Oberflächenaufrauhung mittels Siliziumkarbid-Schleifer Cimara (Abb. 3). Die detaillierten Schritte der Vorbehandlung sind in Tabelle 1 dargestellt. Unmittelbar nach der Vorbehandlung wurde jeweils eine Hälfte (n = 150) jeder vorbehandelten Gruppe zusätzlich mit Phosphorsäure gereinigt und die andere Hälfte (n = 150) nur mit destilliertem Wasser abgespült. Danach wurden die Prüfkörper in fünf Hauptgruppen – Futurabond U, One Coat Bond, Scotchbond Universal, visio.link sowie eine Kontrollgruppe ohne Adhäsiv-System – für unterschiedliche Konditionierungsverfahren eingeteilt (jeweils n = 30). Die Applikationsschritte sind ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt.

Anschließend wurden die konditionierten Prüfkörper unter Verwendung zweier Kompositmaterialien (Arabesk Top und GrandioSO, n = 15 pro Komposit) repariert. Für den Reparaturvorgang wurden die Prüfkörper in einer Haltevorrichtung mithilfe eines auf der Klebefläche fixierten Acrylzylinders (SD Mechatronik) mit dem Innendurchmesser von 2,9 mm eingespannt. Dann wurde der auf dem CAD/CAM-Kunststoff positionierte Acrylzylinder mit Komposit gefüllt und axial mit 100 g belastet. Die Lichtpolymerisation erfolgte mit einer LEDPolymerisationslampe (VALO, Ultradent Products Inc., South Jordan, Utah/USA) im Standard-Power-Modus 1176 mW/cm². Dabei wurde der transparente Acrylzylinder in 3 Sequenzen jeweils 20 Sekunden lang belichtet. Anschließend wurden die Prüfkörper für 24 Stunden bei 37 °C im destillierten Wasser gelagert und zusätzlich mittels 10.000 Thermalzyklen zwischen 5 °C und 55 °C mit einer Verweilzeit pro Wasserbad von 20 s gealtert.

Für die Zugverbundfestigkeitsmessungen kam die Universal- Prüfmaschine (MCE 2000 ST, Quicktest, Langenfeld) zum Einsatz. Dazu wurden die Prüfkörper in einer speziellen Vorrichtung positioniert und axial bis zum Bruch („Debonding“) mit der Vorschubgeschwindigkeit 5 mm/min gezogen. Die erzielte Kraft bis zum Debonding des Zylinders wurde anschließend durch die Klebefläche des Zylinders dividiert und so die Verbundfestigkeit errechnet. Zur Bruchbildanalyse der getesteten Prüfkörper diente das Stereomikroskop Axioskop 2Mat (Carl Zeiss Microscopy, LLC, Thornwood, New York/USA). Die Bruchmechanismen wurden in drei Typen eingeteilt: 1. adhäsive Bruchbilder, wenn der Bruch an der Schnittstelle zwischen dem CAD/CAM-Material und dem Komposit entstand; 2. kohäsive Bruchbilder, wenn der Bruch innerhalb des CAD/CAM-Materials oder des Komposits entstand; und 3. gemischte Bruchbilder (adhäsiv und kohäsiv gleichzeitig). Alle Prüfkörper, welche bereits während des Thermolastwechsels frakturiert waren, erhielten die Bezeichnung „Vorausfall“ (Pre-Failure) und gingen in die Auswertung mit 0 MPa ein.

Die erzielten Messdaten wurden im ersten Schritt mittels der deskriptiven Statistik ausgewertet. Die Normalität der Datenverteilung wurde mithilfe der Kolmogorov-Smirnov und Shapiro-Wilk-Tests geprüft. Vier- und einfaktorielle ANOVA, gefolgt vom Scheffé posthoc Test wurden eingesetzt, um die signifikanten Unterschiede zwischen den Vorbehandlungen oder den Konditionierungsmethoden zu bestimmen. Der ungepaarte Zwei-Stichproben-t-Test erbrachte die Auswertung des Einflusses der Reinigung mit Phosphorsäure und des Einflusses der Reparaturkomposite. Die relativen Häufigkeiten der Bruchtypen nach der Verbundfestigkeitsmessung wurden zu Verfügung gestellt. Ein Chi2-Test half, Unterschiede in den Häufigkeiten der verschiedenen Bruchtypen in den Gruppen zu detektieren. Die statistischen Tests wurden mit SPSS Version 20.0 (SPSS Inc., Chicago, Illinois/USA) durchgeführt.

Ergebnisse im Einzelnen

Den wichtigsten Einfluss auf die Verbundfestigkeit übten die Konditionierverfahren aus (partielle eta quadrat ?P² = 0,273, p < 0,05), gefolgt vom Reparaturkomposit (?P² = 0,07, p < 0,05) und den Vorbehandlungsverfahren (?P² = 0,032, p < 0,05). Die Kontamination mit Phosphorsäure nach der Oberflächenvorbehandlung hatte hingegen keinen signifikanten Effekt auf den Verbund (p = 0,154). Die binären, ternären oder quaternären Kombinationen der vier Parameter zeigten lediglich für die Kombinationen i) Vorbehandlungsverfahren und Kontamination (?P² = 0,011, p < 0,05), ii) Vorbehandlungsverfahren und Reparaturkomposit (?P² = 0,015, p < 0,05) oder iii) Konditionierungsverfahren und Kontamination (?P² = 0,015, p < 0,05) eine signifikante Wirkung.

Die Wechselwirkungen zwischen den vier Effekten – Konditionierungsverfahren, Vorbehandlungsverfahren, Reparaturkomposit und Kontamination – waren signifikant (p < 0,011). Daher können die festen Effekte nicht direkt verglichen werden. Folglich wurden diese Effekte einzeln berechnet. Die Ergebnisse der deskriptiven Statistik (Mittelwert, Standardabweichung) sind in Tabelle 2 dargestellt.

  • Tab. 2: Verbundfestigkeitswerte für jede gemessene Gruppe, getrennt nach den Reparaturkompositen GrandioSO und Arabesk Top. Abkürzungen: MW: Mittelwert; SD: Standardabweichung; MPa: Megapascal
  • Abb. 4: Das Adhäsiv-System Scotchbond Universal für die Konditionierung der Oberfläche.
  • Tab. 2: Verbundfestigkeitswerte für jede gemessene Gruppe, getrennt nach den Reparaturkompositen GrandioSO und Arabesk Top. Abkürzungen: MW: Mittelwert; SD: Standardabweichung; MPa: Megapascal
  • Abb. 4: Das Adhäsiv-System Scotchbond Universal für die Konditionierung der Oberfläche.

  • Abb. 5: Das Adhäsiv-System visio.link für die Konditionierung der Oberfläche.
  • Abb. 6: Das Adhäsiv-System One Coat Bond für die Konditionierung der Oberfläche.
  • Abb. 5: Das Adhäsiv-System visio.link für die Konditionierung der Oberfläche.
  • Abb. 6: Das Adhäsiv-System One Coat Bond für die Konditionierung der Oberfläche.

Auswirkungen der Vorbehandlung des CAD/CAM-Materials

Gruppen ohne Kontamination zeigten signifikant niedrigere Verbundfestigkeitswerte, wenn eine Vorbehandlung mit dem Cimara-Schleifer im Vergleich zu einer Sandstrahlung mit CoJet (trocken oder nass) vorgenommen wurde für folgende Kombinationen: Scotchbond Universal (Abb. 4) und GrandioSO (p = 0,019), kein Konditionierverfahren und GrandioSO (p < 0,001) oder visio.link (Abb. 5) und Arabesk Top (p = 0,009). Im Gegensatz dazu, wenn eine Kontamination berücksichtigt wurde, brachte die Vorbehandlung einen signifikanten Einfluss auf die Verbundfestigkeit lediglich, wenn eine Konditionierung mit One Coat Bond (Abb. 6) stattgefunden hatte. Somit zeigten Gruppen, die mit GrandioSO repariert wurden, signifikant höhere Verbundfestigkeitswerte, wenn ein CoJet-Nassverfahren im Vergleich zu einen CoJet-Trockenverfahren oder die Behandlung mit einem Cimara-Schleifer (p = 0,01) angewandt wurde. Innerhalb der Gruppen, die Arabesk Top als Reparaturkomposit enthielten, verursachte eine Behandlung mit dem Cimara-Schleifer signifikant niedrigere Werte als eine CoJet- Nassbehandlung (p = 0,036).

Auswirkungen des Reparaturkomposits

Eine Reparatur mit GrandioSO führte zu signifikant höheren Verbundfestigkeiten im Vergleich zu Arabesk Top, wenn Prüfkörper mit CoJet Feuchtverfahren, kontaminiert und mit One Coat Bond konditioniert wurden (p = 0,001). Eine Reparatur mit Arabesk Top hat sich günstiger auf die Verbundfestigkeit ausgewirkt, wenn die Prüfkörper mit dem Cimara-Schleifer, nicht kontaminiert und nicht konditioniert wurden (p = 0,033) oder wenn Prüfkörper kontaminiert und mit One Coat Bond (p = 0,004) konditioniert wurden. Alle anderen Gruppen wurden vom Reparaturkomposit nicht beeinflusst.

Bruchbildanalyse

Die relative Häufigkeit der Fehlerarten wird in Prozent in Tabelle 3 zusammengefasst. Gemäß der Chi2-Analyse wurden signifikante Unterschiede in den Bruchbildern den getesteten Gruppen beobachtet (p < 0,001). Es wurden überwiegend Adhäsivbrüche (13,3 bis 100 %) oder Kohäsivbrüche im Reparaturkomposit (0-86,7 %) festgestellt. Kohäsivsbrüche im CAD/CAM-Material, gemischte Brüche oder ein Versagen der Prüfkörper vor der Messung wurden nur selten beobachtet.

  • Tab. 3 a: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen. Hier: GrandioSO.
  • Tab. 3 b: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen. Hier: Arabesk Top.
  • Tab. 3 a: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen. Hier: GrandioSO.
  • Tab. 3 b: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen. Hier: Arabesk Top.

  • Abb. 7: Die in den Tests auf dem CAD/CAM-Material angewendeten Komponenten.
  • Abb. 7: Die in den Tests auf dem CAD/CAM-Material angewendeten Komponenten.

Zusammenfassung

Um eine längere klinische Anwendung der industriell polymerisierten CAD/CAM-Kunststoffe zu ermöglichen, müssen Defekte wie Materialverluste als Folge klinischer Abrasion oder gar kleine Materialbrüche klinisch repariert werden können. Dafür ist es notwendig, einen zuverlässigen Verbund zwischen dem CAD/CAM-Kunststoff und dem Reparaturkomposit generieren zu können. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass diese Verbundfestigkeit durch eine Vorbehandlung der Oberfläche der CAD/CAM-Kunststoffe und einer zusätzlichen Konditionierung mit Adhäsiven erhöht werden kann (Abb. 7). Eine mechanische Vorbehandlung reinigt und vergrößert grundsätzlich die Oberfläche, was zu einer höheren Verbundfestigkeit durch die mechanische Retention führt [22, 23]. Die in dieser Studie verwendeten Vorbehandlungsverfahren – Sandstrahlen und Schleifen – führten beide zu einer Vergrößerung der Oberfläche, was eine mechanische Retention induziert hat.

Diskussion

Die Oberflächenaufrauung durch Sandstrahlen und Schleifen

Es konnte nachgewiesen werden, dass die Vorbehandlung mit dem CoJet-System signifikant höhere Verbundfestigkeiten als die Oberflächenaufrauung mit dem Cimara-Schleifer erzeugte. Es kann daher angenommen werden, dass Sandstrahlen mit einem Druck von 3 bar eine in Bezug auf die Oberfläche höhere Retention verursacht als eine Vorbehandlung mit dem Siliziumkarbid- Schleifer, was sich in höheren Verbundfestigkeiten bemerkbar machte.

Zwar waren die Haftfestigkeiten nach der Verwendung des Siliziumkarbid-Schleifers deutlich niedriger als nach dem Sandstrahlen – sie lagen aber signifikant höher als in Gruppen, die gar keiner Oberflächenbearbeitung unterzogen wurden. Somit bieten die Schleifer durchaus eine Alternative bei der Reparatur der CAD/CAM-Komposite – gerade in den Zahnarztpraxen, in welchen ein Sandstrahlgerät nicht zur Verfügung steht. Ein Siliziumkarbid-Schleifer lässt sich überall schnell und einfach einsetzen.

Die Konditionierung mittels Adhäsivsystemen

Ferner zeigen die Ergebnisse dieser Studie, dass eine weitere Konditionierung des Substrats mit Adhäsiven notwendig ist, um eine höhere Haftung zwischen dem CAD/CAM-Kunststoff und einem Reparaturkomposit zu erzielen. Dies beweist, dass eine mikromechanische Retention alleine nicht ausreicht, um eine adäquate Bindung zwischen den beiden Materialien zu schaffen.

CAD/CAM-Kunststoffe sind industriell polymerisiert und zeigen einen höheren Monomerumsatzgrad als konventionell im Labor polymerisierte Kunststoffe [24]. Trotz der geringen Menge an ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungen ist die Verwendung von Adhäsivsyste men ein wichtiger Schritt für eine signifikante Verbesserung der Verbundfestigkeit.

Die Effizienz der hier untersuchten Adhäsive war unterschiedlich, jedoch erwiesen sich Universaladhäsive (visio. link, Scotchbond Universal und Futurabond U) als leistungsstärker im Vergleich zu Adhäsiven, die ausschließlich auf Methacrylatmonomeren basieren (hier: One Coat Bond). Diese Abweichung in der Wirksamkeit verschiedener Adhäsive muss teilweise der Vielfalt der funktionellen Gruppen der Monomere zugeschrieben werden. Universaladhäsive wie Scotchbond Universal und Futurabond U enthalten zusätzlich zu den regulären Methacrylatmonomeren auch Silan oder Phosphorsäuremonomere. Diese Tatsache legt nahe, dass Silane oder Phosphorsäuremonomere in der Lage sind, die anorganischen Bestandsteile der CAD/CAM-Komposite zu binden und somit die Verbundfestigkeiten zu erhöhen. Analog zu einer früheren Untersuchung, bei der ein dauerhafter Verbund nach der Konditionierung mittels Universaladhäsiven zu sandgestrahlten Zirkoniumdioxidkeramiken bewiesen wurde [25], zeigte in dieser Studie das zu ungefähr 80 Gew% mit Nanokeramikpartikeln gefüllte CAD/CAM-Komposit hohe Verbundfestigkeiten.

visio.link hingegen beinhaltet keine Phosphorsäuremonomere, sondern Acrylate mit einem hohen Molekulargewicht, wie z. B. Pentaerythrittriacrylat (C14H18O7) oder Pentaerythrittetraacrylat (C17H20O8). Acrylate sind bekanntlich reaktiver als Methacrylate. Dennoch induzierten visio.link und Scotchbond Universal vergleichbare Verbundfestigkeitswerte. Diese Verbundfestigkeiten waren höher als bei der Konditionierung mittels Futurabond U.

Da die chemische Zusammensetzung von Scotchbond Universal und Futurabond U vergleichbar ist, könnten diese Unterschiede in einem unterschiedlichen Monomeranteil begründet liegen. Das gilt insbesondere für das wasserlösliche OH-haltige Monomer HEMA, das in beiden Materialien vorhanden ist. HEMA kann bekanntlich große Mengen an Wasser in der Adhäsivschicht zurückhalten, was sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften und die Verbundfestigkeit auswirken könnte [26]. Da die Prüfkörper nach einer künstlichen Alterung im Wasser geprüft wurden, könnten aufgrund von HEMA in den Adhäsiven unterschiedliche Wasseraufnahmegehalte eingetreten sein. Insgesamt wurde jedoch gezeigt, dass eine zusätzliche Anwendung von Adhäsivsystemen zu einer Erhöhung der Haftfestigkeit führt.

Die Reparaturkomposite

Die als Reparaturmaterialien in dieser Studie verwendeten Komposite zeigten eine geringe Auswirkung auf die Verbundfestigkeit, die jedoch von der Oberflächenvorbehandlung und einer möglichen Kontamination durchaus abhängig war. Die zwei Reparaturkomposite unterscheiden sich stark in ihren mechanischen Eigenschaften. Das Mikrohybridkomposit Arabesk Top weist einen geringeren E-Modul auf, ist also biegsamer als das Nanohybridkomposit GrandioSO (16,09 vs. 24,23 GPa), bedingt durch die unterschiedlichen Anteile an anorganischen Füllkörpern (vgl. Tabelle 1).

Bei der Auswahl eines geeigneten Reparaturkomposits müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden. Ein Komposit mit niedriger Viskosität kann als leichter fließendes Material vermutlich die Reparaturoberfläche besser benetzen und somit weniger Fehler im Verbund erzeugen. Es muss aber auch angenommen werden, dass gleichzeitig eine höhere Schrumpfung des Komposits stattfindet. Auf der anderen Seite steht ein Komposit mit einem höheren E-Modul, der sich als Folge des erhöhten Füllstoffgehaltes einstellt. Ein solches Komposit ist steifer, stabiler und hat eine geringere Volumenschrumpfung, aber durchaus auch eine höhere Schrumpfspannung an der Grenzfläche Substrat-Reparatur – was sich wiederum negativ auf den Verbund auswirken kann. Diese aufgezählten Effekte sind widersprüchlich. Das Endergebnis kann somit nur schwer vorhergesagt werden. Für die sandgestrahlten Prüfkörper konnte ein kleiner Vorteil bei der Reparatur mit Grandio-SO beobachtet werden, während in den mit Siliziumkarbid aufgerauten Gruppen das Gegenteil oder gar kein Einfluss beobachtet wurde.

Die Probenalterung

Diese Studie unterzog die Prüfkörper einer thermischen Alterung nach der Reparatur. Die Alterung beinhaltete 10.000 Zyklen zwischen 5 °C und 55 °C mit einer Verweilzeit von 20 s in jedem Bad. Eine Temperaturwechsellast könnte die Verbundfestigkeit auf zwei verschiedene Arten beeinflussen. Auf der einen Seite kann eine mechanische Spannung, die durch Volumenänderungen in der Verbundstelle entstanden ist [27], zur Rissbildung führen und somit eine geringere Haftfestigkeit nach sich ziehen. Auf der anderen Seite könnte die Wärmezufuhr die Nachpolymerisation der Reparaturkomposite und Adhäsive begünstigen und somit die Verbundfestigkeit erhöhen [28]. Da in dieser Studie die Prüfkörper erst nach Lagerung der „reparierten“ Prüfkörper für 24 h bei 37 °C in destilliertem Wasser einer thermischen Belastung ausgesetzt wurden, kann angenommen werden, dass die Nachpolymerisation zu diesem Zeitpunkt bereits abgeschlossen war. Somit würde eher die erste Annahme, die Rissbildung, auf die aktuelle Studie zutreffen.

Darüber hinaus haben mehrere Studien bereits darauf hingewiesen, dass thermische Veränderungen intraoral durch Essen, Trinken [29, 30] und Atmung [31] entstehen. Derzeit gibt es kein systematisches standardisiertes In-vitro-Verfahren, das diese genau nachahmen könnte. Jedoch induziert die zyklische thermische Ermüdung, wie in der aktuelle Studie verwendet, einen standardisierten und reproduzierbaren Stress in allen Prüfkörpern. Aufgrund der hohen Anzahl der thermischen Ermüdungszyklen kann in dieser Studie angenommen werden, dass der im Labor simulierte Alterungsprozess den klinischen Bedingungen ziemlich ähnlich ist.

Die Zugversuche

Obwohl diese In-vitro-Studie nicht alle einzelnen intraoralen Variationen reproduzieren kann, bietet sie durchaus einige Hinweise darauf, wie ein dauerhafter Verbund zwischen dem CAD/CAM-Kunststoff und dem Reparatur komposit entstehen kann. Der in dieser Studie gewählte Zugversuch zur Bestimmung des Reparaturpotenzials von CAD/CAM-Kompositen erwies sich als klinisch relevant im Vergleich zu einen Schertest [32]. Darüber hinaus bieten Zugfestigkeitstests im makroskopischen Bereich deutliche Vorteile verglichen mit Untersuchungen im mikroskaligen Bereich (?-Zugversuch), da sie eine zerstörungsfreie Prüfkörpervorbereitung ohne zusätzliche mechanische Vorspannung ermöglichen. Sobald eine Reparaturtechnik die In-vitro-Tests bestanden hat, sollte ein In-vivo-Test mit einem kontrollierten und standardisierten Studiendesign die langfristige klinische Leistung zusätzlich bewerten.

Abschließende Bemerkung

Zusammenfassend konnte innerhalb der Limitierungen der vorliegenden Studie Folgendes beobachtet werden:

  • Vor der Reparatur vorgenommenes Sandstrahlen verursacht höhere Verbundfestigkeiten als das Oberflächenaufrauen mittels Siliziumkarbid-Schleifer.
  • Die untersuchten Adhäsivsysteme sind notwendige Mittel für die Reparatur gealterter CAD/CAM-Komposite, während visio.link und Scotchbond Universal einen geringfügig höheren Verbund als Futurabond U aufwiesen.
  • Die Wahl des Reparaturkomposits zeigte einen geringen, aber signifikanten Effekt auf die Haftfestigkeit. GrandioSO lag leicht im Vorteil.
  • Eine Kontamination mit Phosphorsäure oder Wasser der sandgestrahlten CAD/CAM-Kompositoberflächen hatte keinen Einfluss auf die Reparatur.

Danksagung

Die Autoren danken 3M ESPE, VOCO und bredent für die Unterstützung dieser Studie mit Materialien.

Die Daten im vorliegenden Beitrag wurden bereits in einer englischsprachigen Publikation veröffentlicht: Stawarczyk B, Krawczuk A, Ilie N. Tensile bond strength of resin composite repair in vitro using different surface preparation conditionings to an aged CAD/CAM resin nanoceramic. Clin Oral Investig 2015;19(2):299-308. Die Daten wurden innerhalb einer Dissertation von Andreas Krawczuk erzeugt.

Bilder soweit nicht anders deklariert: Dr. Dipl. Ing. Bogna Stawarczyk , Prof. Dr. Dipl. Ing. Nicoleta Ilie



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