Werkstoffkunde für Zahnärzte

Werkstoffkundliche Grundlagen für eine erfolgreiche Befestigung

Das Angebot an Materialien für festsitzenden Zahnersatz ist in den vergangenen Jahren enorm gewachsen. Um die Übersicht über die vielfältigen Materialoptionen zu behalten, wird fundiertes Wissen über Materialeigenschaften, Indikationsoptionen sowie über mechanische und chemische Vorbehandlungen von Zahnhartsubstanz und Restaurationsinnenfläche immer wichtiger. Im folgenden Beitrag werden werkstoffkundliche und klinische Aspekte der Befestigung von festsitzendem Zahnersatz erörtert.

Abbildung 1: Präparationsformen Anja Liebermann

In der vergangenen Dekade hat sich das Spektrum der für festsitzenden Zahnersatz zur Verfügung stehenden Materialien stark erweitert – allerdings ohne dass sich damit ein neuer Goldstandard hätte etablieren können. Die heutige Situation ist eher gekennzeichnet von einer immer ausgedehnteren Vielfalt an Materialien, wobei für jede Neuentwicklung naturgemäß Langzeitdaten erst ermittelt werden müssen. Neben den traditionellen Legierungen gibt es heute vor allem zahnfarbene Alternativen auf Silikatkeramik-, Kunststoff- oder Zirkonoxidbasis am Markt. Viele dieser Materialien können neben der konventionellen Herstellung vom Zahntechniker auch über digitale CAD/CAM-Technologien verarbeitet werden.

Unabhängig von der Vielfalt des Angebots sind die grundlegenden Anforderungen an ein Zahnersatz-Material unverändert geblieben: Nach wie vor soll Zahnersatz funktionell stabil, biokompatibel sowie langlebig sein und den gestiegenen ästhetischen Ansprüchen genügen. Das Behandlungsergebnis hängt nicht nur vom Material selbst, sondern in erheblichem Maß von der richtigen Indikationsstellung und der optimalen Verarbeitung über den gesamten Prozess der Behandlung hinweg von der Präparation bis zur Eingliederung ab [Ernst, 2010]. Zum klinischen Erfolg tragen zum Beispiel die Form der Präparation, die Art der verwendeten Materialien, die Reinigung und Konditionierung der Restauration und das verwendete Befestigungsmaterial bei [Rosentritt, 2017b; Rosentritt et al., 2016]. Werkstoffkundliche Informationen stellen dabei die Basis für die klinisch erfolgreiche Befestigung dar. Die Anforderungen an ein Befestigungsmaterial sind im Allgemeinen klar definiert und umfassen

  • die Sicherung der Stabilität und Lagesicherung bei funktionellen Belastungen,
  • die homogene Kraftverteilung und -weiterleitung,
  • die Versiegelung der Zahnhartsubstanz,
  • die chemische Beständigkeit gegen das orale Milieu,
  • die Biokompatibilität und Gewebeverträglichkeit.

Für den Anwender wichtige Voraussetzungen für die Wahl des Befestigungsmaterials sind eine sichere Handhabung, die wirtschaftliche, schnelle und möglichst einfache Verarbeitung sowie die Möglichkeit, Überschüsse rückstandslos zu entfernen.

Art der Befestigung

Bei der Befestigung wird je nach Behandlungsziel und Material zwischen einer provisorischen (temporär, einfach und rückstandlos lösbar) und einer definitiven (permanent, unlösbar) Befestigung unterschieden. Eine definitive Befestigung kann darüber hinaus entweder mit Zementen oder mit Befestigungskompositen vorgenommen werden. Die Befestigungskomposite muss man zwingend differenzieren in Materialien mit und ohne Konditionierung der Zahnhartsubstanz (adhäsive Befestigung / selbstadhäsive oder selbstätzende Befestigung).

Im Gegensatz zu adhäsiven Befestigungskompositen gehen dentale Zemente keine oder nur eine sehr geringe chemische Verbindung zum Zahn ein (Tabelle 1).

Präparation

Wird minimalinvasiv oder defektorientiert präpariert, muss unbedingt mit adhäsiven Befestigungssystemen gearbeitet werden [Hajtó, 2010]. Im Zweifelsfall gilt, dass eine retentive Präparation die Haftung für alle Befestigungsarten verbessert und daher klinisch zu bevorzugen ist. Die Zementierung benötigt zwingend eine retentive Präparation mit einer Stumpfhöhe von mehr als vier Millimetern und einem Konvergenzwinkel von etwa 10 Grad (Abbildung 1). Passgenauigkeiten und Rauheiten sind für den Verbund und die Haftung entscheidend, denn die Restauration wird mit der Zahnhartsubstanz beziehungsweise dem Abutment verkeilt. Werden größere Restaurationen befestigt, gelten die Präparationsrichtlinien für alle beteiligten Pfeilerzähne oder Abutments. Auch für selbstadhäsive Befestigungskomposite ist einer retentiven Präparation der Vorzug zu geben. Lediglich bei der Verwendung von Adhäsivsystemen kann minimalinvasiv präpariert oder je nach Einzelfall auch auf eine Präparation verzichtet werden. Grundsätzlich gilt, dass die Präparation immer an das angewendete Material angepasst sein muss.

Abbildung 2a: geätzte und für die Befestigung vorbereitete Keramikoberfläche | Thomas Strasser

Abbildung 2b: mit Diamant bearbeitete und beschädigte Oberfläche | Thomas Strasser

Bearbeitung

Eine Bearbeitung der Oberfläche bewirkt grundsätzlich die Aufrauung der Materialoberflächen und erzeugt durch ein mikroretentives Muster die Vergrößerung der zu verbindenden Oberflächen. Zusätzlich wird das Material gereinigt – so fließen Primer, Bonder oder Befestigungsmaterial leichter an der Oberfläche an. Dadurch wird eine homogene und gleichmäßige Schichtstärke des Materials erzielt und der Verbund der Oberflächen optimiert. Um diese Ziele zu erreichen, reicht bereits eine schonende Bearbeitung der Oberflächen durch Strahlen, Schleifen oder Ätzen aus. Spröde Werkstoffe wie Keramiken sollten jedoch möglichst nicht gestrahlt werden, da nicht selten durch das Strahlen Risse in der Restauration entstehen, die zu einer vorzeitigen Fraktur führen können.

Für dentale Glaskeramiken gilt, dass diese mit Flusssäure (HF) geätzt werden können und dadurch ein ausreichendes Ätzmuster erzielt wird. Zirkonoxide oder Komposite, die keine Glasphase enthalten, können nicht mit HF-Verfahren geätzt werden. Komposite, die nicht auf einer keramischen Basis aufgebaut sind, aber trotzdem im Namen den Begriff „Keramik“ führen, können leicht mit den dentalen Keramiken verwechselt werden. Somit besteht ein Risiko, diese polymerbasierten Materialien unzureichend oder gar schädigend zu behandeln. Die Herstellerangaben sollten unbedingt berücksichtigt werden, denn die Ätzzeiten variieren je nach Glasanteil der Materialien zwischen 20 und 60 Sekunden. (Hinweis: Einige Komposite enthalten allerdings einen hohen Anteil an Glasfüllern und können daher theoretisch, mit einem gewissen Risiko die Struktur zu beschädigen, auch mit HF geätzt werden [Stawarczyk et al., 2018].)

Kann ein Werkstoff nicht geätzt werden, ist die zahnmedizinische Option, die Oberfläche durch Strahlen aufzurauen. Werden Oberflächen gestrahlt, ist bei zahnfarbenen spröden Werkstoffen meist ein vorsichtiges Strahlen mit kleinem Strahlgut (< 50 µm) und niedrigem Druck (< 2 bar) indiziert.

Zudem sollte man berücksichtigen, dass jede Form der Bearbeitung ein Risiko der unkontrollierten und dauerhaften Beschädigung der Restauration zur Folge haben kann (Abbildung 2). Grobe Instrumente beschleunigen und verstärken den Materialabtrag, bewirken dabei allerdings auch größere Schäden am Material.

Schäden durch zu grobes Strahlen oder durch das Verwenden von Diamanten > 80 µm sind in der Regel mit einer Politur nicht oder nur eingeschränkt ausgleichbar. Vorhandene Schäden wie zum Beispiel Risse können beim Einsetzen oder Kauen zum spontanen Bruch der Restauration führen oder für ein mittel- oder langfristiges, scheinbar grundloses Versagen verantwortlich sein. Die Feuchtigkeit der Mundhöhle unterstützt dieses (unterkritische) Risswachstum und damit das langfristige Versagen. Legierungen reagieren im Vergleich zu spröden Werkstoffen wie Keramiken oder Komposite auf Risse nicht empfindlich. Sie können in der Regel mit einer Strahlgutgröße von 50 bis 110 µm und mit einem Druck von bis zu 2 bar gestrahlt werden. Für Thermoplaste (zum Beispiel PAEK oder PC) wird ein Strahldruck von > 2 bar empfohlen, wobei die Strahlgutgröße nur eine untergeordnete Rolle spielt (Tabelle 2) [Stawarczyk, 2017].

Empfehlungen für die Oberflächenbearbeitung (unbedingt Herstellerangaben berücksichtigen)
Material Bearbeitung
GlaskeramikHF-Ätzen 20–60s
PICNHF-Ätzen 60s
Kunststoffe (PMMA/Komposit), Zirkon oxideKorundstrahlen 0,5–1bar; 30–110μm
PAEK/PCKorundstrahlen < 2bar; 50–110μm
LegierungKorundstrahlen < 2bar; 50–250μm
ZahnhartsubstanzÄtzen mit Phosphorsäure (ca. 37%)
Tabelle 2, Quelle: Martin Rosentritt
22123802211846221184722118482210198 2212022 2211851
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