Farbanpassung bei Kompositen: Metalloxide oder Struktur?

Im Wesentlichen setzen sich Komposite aus drei Bestandteilen zusammen: einer organischen Kunststoffmatrix, anorganischen Füllstoffen sowie einer Verbundphase aus Silanen.¹ Wirft man einen genaueren Blick auf die Zusammensetzung der organischen Matrix, so fällt auf, dass diese neben Monomeren, Initiatoren und Stabilisatoren unter anderem auch Farbstoffe und Pigmente enthält.² Dabei kann es sich etwa um verschiedene Eisenoxide, Titaniumdioxid oder Aluminiumoxid handeln. Während Pigmente aus Titaniumdioxid und Aluminiumoxid zur weißen Farbgebung genutzt werden, lassen sich mit Eisenoxid-Pigmenten schwarze, rote oder gelbe Färbungen erzielen.³ Dies sind die Farbtöne, die für den Farbraum menschlicher Zähne relevant sind.

Wie funktioniert bei Kompositen die Farbgebung mittels Pigmenten? Im Prinzip verhält es sich hier ebenso wie bei der Farbwahrnehmung in der Natur. Nehmen wir das Beispiel „Pflanzen“: Hier trifft das Licht mit allen Wellenlängenbereichen auf das Blatt der Pflanze, wo es vom Chlorophyll in großen Teilen absorbiert wird.

Lediglich die grünen Wellenlängen werden reflektiert, weshalb wir das Blatt als grün wahrnehmen. Die Farbgebung hat in diesem Fall also eine chemische Ursache. Dieser Mechanismus liegt auch der Farbgebung bei den meisten Kompositen zugrunde.

Die in ihnen enthaltenen Eisenoxide etwa reflektieren rote oder gelbe Wellenlängen und sorgen somit für den jeweils gewünschten Farbton. In Untersuchungen an experimentellen Kompositen konnte allerdings auch gezeigt werden, dass Eisenoxid-Pigmente für eine Reduktion der Transluzenz sorgen⁴ – ein Faktor, den Behandler insbesondere bei dunkleren Farbtönen in Betracht ziehen sollten.

Es gibt allerdings auch die Möglichkeit, Farbe ohne den Zusatz von Pigmenten zu erzeugen. Der entscheidende Begriff in diesem Zusammenhang lautet: strukturelle Farbe. Im Gegensatz zu den Pigmentfarben kommen sie nicht durch die Absorption oder Nicht-Absorption bestimmter Lichtwellenlängen zustande, sondern entstehen aufgrund bestimmter Oberflächenstrukturen.

Die Ursache ist hier demnach nicht chemischer, sondern physikalischer Natur. Diese Strukturen interagieren mit dem Licht und lassen Farbe beispielsweise durch Interferenz oder Diffraktion entstehen.

Dass strukturelle Elemente etwa für die Farbgebung bei Vogelfedern verantwortlich sind, ist bereits seit der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts bekannt. Sogar Isaac Newton hatte schon einen Zusammenhang zwischen optischer Interferenz und sogenannten irisierenden Farben hergestellt. In seinem 1704 veröffentlichten Werk „Optiks“ hatte er beschrieben, dass sich die Färbung von Pfauenfedern – ähnlich wie bei der Interferenz an dünnen Schichten – je nach Betrachtungswinkel ändert. Heute sind zahlreiche Tiere und Pflanzen bekannt, bei denen nano- und mikroskalige Strukturen für die Farbgebung sorgen.⁵

Abb. 1: 5.000-fach vergrößert: So sehen die Füllkörper des fließfähigen Komposits Omnichroma Flow unter dem Rasterelektronenmikroskop aus. Ihre Größe und Zusammensetzung erzeugt strukturelle Farbe. / Foto: Tokuyama Dental

Im Bereich der Dentalkomposite kam die strukturelle Farbe als Hauptfarbmechanismus erstmals 2019 zum Einsatz. Mithilfe der sogenannten Smart Chromatic Technology war es dem japanischen Anbieter TOKUYAMA gelungen, den Mechanismus für sein Universalkomposit OMNICHROMA nutzbar zu machen. Die neue fließfähige Variante dieses Werkstoffs, OMNICHROMA FLOW BULK, setzt nun ebenfalls auf diese Technologie und kommt entsprechend ohne künstlich zugesetzte Farbstoffe oder Pigmente aus. Möglich macht es die Mikrostruktur des Materials. Von besonderer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang die sphärischen Füllkörper mit kontrollierter Partikelgröße und Struktur (Abb. 1). Sie erzeugen die strukturelle Farbe, die zudem die Umgebungszahnfarbe reflektiert.

Auf diese Weise kommt es zu einem ausgeprägten Chamäleoneffekt mit echtem Mehrwert für Praxis und Patienten. Denn mit nur einem einzigen Farbton ermöglicht OMNICHROMA FLOW BULK eine stufenlose Farbanpassung an alle 16 klassischen Vita-Zahnfarben von A1 bis D4 (Abb. 2). So lässt sich nicht nur sicherstellen, dass immer die richtige Farbe auf Lager ist, der Workflow in der Füllungstherapie gestaltet sich zudem einfacher und effizienter.

Abb. 2: Ein Farbton für alle Fälle von A1 bis D4 – das erleichertert Workflow und Lagerhaltung. / Foto: Tokuyama Dental

In den meisten Fällen wird die Farbe von Kompositen durch die Zugabe von Metalloxid-Pigmenten erreicht. Darüber hinaus gibt es allerdings auch die Möglichkeit, Farbe durch die strukturelle Beschaffenheit des Werkstoffs zu erzeugen. Mit OMNICHROMA FLOW BULK steht der Praxis nun erstmals ein fließfähiges Bulk-Fill-Komposit zur Verfügung, das strukturelle Farbe als Hauptfarbmechanismus einsetzt. Als omnichromatisches Komposit erlaubt es zudem die Anpassung an alle 16 klassischen Vita-Zahnfarben mit nur einem Farbton.

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