Allgemeine Zahnheilkunde


Bulk-Fill-Komposite: neue Entwicklungen oder doch herkömmliche Komposite?


Die inkrementelle Applikationstechnik von Kompositen wird nach wie vor als Goldstandard angesehen [1]. Herkömmliche Komposite werden aufgrund ihrer Polymerisationseigenschaften und geringer Durchhärtungstiefe in Einzelinkrementen mit maximal 2 mm Schichtstärke verarbeitet und müssen jeweils separat polymerisiert werden. Um diesen zeitaufwendigen und techniksensitiven Schichtungsprozess zu umgehen, wurden sog. Bulk-Fill-Komposite entwickelt, die in Schichten von bis zu 4 mm Dicke eingebracht werden können [2–5]. Im vorliegenden Beitrag werden die werkstoffkundlichen Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite detailliert beleuchtet und mit herkömmlichen Kompositen verglichen.

Bulk-Fill-Komposite werden nach deren Viskosität und deren Anwendungstechnik in niedrig- sowie hochviskose Materialien eingeteilt. Die geringen mechanischen Eigenschaften der niedrigviskosen Bulk-Fill-Komposite erfordern laut Herstellerangaben häufig eine zusätzliche Deckschicht mit herkömmlichen Kompositen. Im Gegenteil dazu sind hochviskose Bulk-Fill-Komposite toleranter und es kann auf eine zusätzliche Deckschicht und somit zusätzliche Kompositmaterialien verzichtet werden [6].

Von der chemischen Zusammensetzung her stellen Bulk-Fill-Komposite jedoch keine neue Werkstoffklasse dar. Mit wenigen Ausnahmen ähneln sie sehr den herkömmlichen Kompositen [7]. Sie bestehen ebenfalls aus einer organischen Matrix, wie Bis-GMA (Bisphenyl-A-Glycidyl-Methacrylat), UDMA (Urethandimethacrylat), TEGDMA (Triethylenglycoldimethacrylat) oder EBPDMA (etoxyliertes Bisphenol-Adimethacrylat), sowie herkömmlichen Füllstoffsystemen (Tab. 1). Die verbesserte Polymerisationstiefe im Vergleich zu herkömmlichen Kompositen wurde überwiegend durch die Variationen von Füllkörpergröße und -gehalt erreicht [6], da bekannterweise eine lineare Korrelation zwischen den beiden Parametern, der Transluzenz und der Füllstoffmenge, vorliegt [8]. Auch hier wird das Phänomen beobachtet, da niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite einen geringeren Anteil an Füllkörpern enthalten als die herkömmlichen Nano- oder Mikrohybrid-Komposite (Tab. 2). Zudem sind in vielen Bulk-Fill-Kompositen (wie z. B. X-tra Fil oder x-tra base, VOCO; SDR™, Dentsply; SonicFill™, Kerr; Abb. 1 [6]), deutlich größere Füllkörper als in herkömmlichen Kompositen enthalten (> 20 ?m). Da größere Füllkörper eine geringere Grenzschicht zwischen Füller und Matrix beanspruchen, welche für die Lichtstreuung verantwortlich ist, sind die Lichtverluste während der Polymerisation in Bulk-Fill-Materialien verringert. Somit erreichen die Photonen, die für die Aushärtung des Komposits zuständig sind, deutlich tiefere Schichten als in herkömmlichen Kompositen und erlauben eine ausreichende Polymerisation bis zu einer Materialtiefe von 4 mm.

  • Tab. 1: Materialien, Hersteller, chemische Zusammensetzung der Matrix und Füllstoffe sowie Füllstoffgehalt in Gewichts- (Gw.) und Volumenprozent (Vol.). (Abkürzungen: Bis-EMA = ethoxyliertes Bisphenol-A-Dimethacrylat; Bis-GMA = Bisphenyl-A-Glycidyl-Methacrylat; UDMA = Urethandimethacrylat; TEGDMA = Triethylenglycoldimethacrylat; EBPDMA = etoxyliertes Bisphenol-A-Dimethacrylat).
  • Tab. 2: Mechanische Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite*: Vergleich zu anderen Kompositklassen sowie humanem Schmelz und Dentin. Drei-Punkt-Biegefestigkeit (?), Biegemodul (EBiege), elastischer Eindringmodul (YHU) und Vickershärte (HV). Hochgestellte Buchstaben stellen signifikante Untergruppen dar (Tukey’s HSD-Test, ? = 0,05). *Daten aus [6] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank Prof. Dr. Ilie, Zahnklinik München.
  • Tab. 1: Materialien, Hersteller, chemische Zusammensetzung der Matrix und Füllstoffe sowie Füllstoffgehalt in Gewichts- (Gw.) und Volumenprozent (Vol.). (Abkürzungen: Bis-EMA = ethoxyliertes Bisphenol-A-Dimethacrylat; Bis-GMA = Bisphenyl-A-Glycidyl-Methacrylat; UDMA = Urethandimethacrylat; TEGDMA = Triethylenglycoldimethacrylat; EBPDMA = etoxyliertes Bisphenol-A-Dimethacrylat).
  • Tab. 2: Mechanische Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite*: Vergleich zu anderen Kompositklassen sowie humanem Schmelz und Dentin. Drei-Punkt-Biegefestigkeit (?), Biegemodul (EBiege), elastischer Eindringmodul (YHU) und Vickershärte (HV). Hochgestellte Buchstaben stellen signifikante Untergruppen dar (Tukey’s HSD-Test, ? = 0,05). *Daten aus [6] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank Prof. Dr. Ilie, Zahnklinik München.

  • Abb. 1: Elektronenmikroskopische Aufnahmen von: a) x-tra base; b) SDR™; c) Venus® Bulk Fill; d) Filtek Bulk Fill; e) X-tra Fil; f) SonicFill™; g) Tetric EvoCeram® Bulk Fill a–d = niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite; e–g = hochviskose Bulk-Fill-Komposite.
  • Abb. 1: Elektronenmikroskopische Aufnahmen von: a) x-tra base; b) SDR™; c) Venus® Bulk Fill; d) Filtek Bulk Fill; e) X-tra Fil; f) SonicFill™; g) Tetric EvoCeram® Bulk Fill a–d = niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite; e–g = hochviskose Bulk-Fill-Komposite.

In einigen Bulk-Fill-Materialien wurden jedoch zusätzlich innovative Ansätze für die Erhöhung der Polymerisationstiefe verfolgt, wie die Implementierung von Monomeren mit einem hohen Molekulargewicht (SDR flow) [9,10] oder auch die Anwendung von neuen Initiatorsystemen (Ivocerin in Tetric EvoCeram® Bulk Fill, [11]). Um die Fließfähigkeit zu verbessern, wird ein weiteres Bulk-Fill-Material (SonicFill™, Kerr) mithilfe von Ultraschall niedrigviskoser und somit auch anwenderfreundlicher gemacht. Die Anwendung von Ultraschall für die Verflüssigung eines Materials ist bereits bekannt und wird klinisch erfolgreich beim Einsetzen von Keramikinlays benutzt.

Studien über Bulk-Fill-Komposite berichten von einer verbesserten Selbstnivellierung [12], geringerer Entwicklung von Schrumpfungsstress während der Aushärtung [9,13, 14], reduzierter Höckerdurchbiegung in standardisierten Klasse-II-Kavitäten [15] sowie einer guten Verbindung zur Zahnhartsubstanz, unabhängig von der Füllungstechnik oder der Kavität-Konfiguration [16]. Sie werden auch als Materialen vermarktet, die besonders gut geeignet sind für Patienten mit eingeschränkter Compliance. Über ähnliche marginale Integrität an Schmelz und Dentin im Seitenzahnbereich wurde für Kompositfüllungen (CeramX mono, Dentsply; Tetric Evo Ceram, Ivoclar-Vivadent; Filtek Supreme XT, 3M ESPE; Venus Diamond, Heraeus Kulzer) berichtet, die entweder mit oder ohne eine 4 mm fließfähige Basis (SDR™, Dentsply) eingesetzt wurden, sowohl vor als auch nach thermomechanischer Belastung [17]. Ein Bedenken bei der Polymerisation dickerer Kompositinkremente ist der potenziell erhöhte Polymerisationsschrumpfungsstress an der Zahn-Komposit-Schnittstelle. Für das erste auf den Markt gebrachte Bulk-Fill-Material (SDR™, Dentsply) wurde jedoch gezeigt, dass der während der Polymerisation entstandene Schrumpfungsstress geringer war als in herkömmlichen fließfähigen und nicht fließfähigen Nano- und Mikrohybrid-Kompositen oder sogar den Siloranen [9,18]. Darüber hinaus wurde berichtet, dass fließfähige Bulk-Fill-Komposite (SDR™, Dentsply und x-tra base, VOCO) deutlich reduzierte Höckerverbiegungen in standardisierten Kavitäten der Klasse II zeigen als ein herkömmliches Komposit (GrandioSO, VOCO), mit dem mittels vertikaler inkrementeller Technik restauriert wurde [15].

Mechanische Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite

Um Bulk-Fill-Werkstoffe klinisch besser einzuschätzen und zu charakterisieren, werden im folgenden Abschnitt deren mechanische Eigenschaften dargestellt und mit herkömmlichen fließfähigen und nicht fließfähigen Nano- und Mikrohybrid- Kompositen verglichen. Dazu wurden sieben verschiedene Bulk-Fill-Komposite (Venus® Bulk Fill, Heraeus Kulzer; x-tra base und X-tra Fil, VOCO; Filtek Bulk Fill, 3M ESPE; SonicFill™, Kerr; Tetric EvoCeram® Bulk Fill, Ivoclar Vivadent; SDR™, Dentsply; Tab. 1) untersucht und mechanische Eigenschaften wie die Biegefestigkeit, Zuverlässigkeit des Werkstoffes (Weibull-Statistik), Elastizitätsmodul, Eindringmodul und Vickershärte bestimmt. SonicFill™ wird laut Herstellerangaben als einziges Komposit mittels eines oszillierenden Handstücks mit Ultraschall appliziert. Die Vergleichskomposite (55 moderne Komposite aus verschiedenen Materialklassen) wurden unter perfekt identischen Bedingungen gemessen und polymerisiert und stammen aus einer Datenbank (Prof. Dr. Ilie, Zahnerhaltung München).

Makromechanische Eigenschaften

Die Biegefestigkeit und der Elastizitätsmodul wurden mit jeweils 20 Prüfkörpern pro Material in einem Drei-Punkt-Biegeversuch ermittelt. So wurden für die Bulk-Fill-Komposite insgesamt 140 stäbchenförmige Prüfkörper (L = 16 mm, B = 2 mm, H = 2 mm) in einer Matrize aus rostfreiem Stahl hergestellt. Dazu wurde das Komposit zwischen zwei parallele Glasplatten gepresst, die durch einen Streifen transparenter Folie (US-120 KE, Frasaco, Tettnang) isoliert wurden. Die Polymerisation des Prüfkörpers erfolgte in Anlehnung an ISO 4049:2009 [19]. Dafür wurde der Prüfkörper in drei überlappenden Abschnitten für jeweils 20 Sekunden von beiden Seiten polymerisiert (Elipar™ Freelight 2, 3M ESPE). Anschließend wurde der Prüfkörper entformt und mit Siliciumkarbidpapier (Körnung P1200/4000) beschliffen, um überschüssiges Material und Kantendefekte zu eliminieren. Nach 24 Stunden Lagerung in destilliertem Wasser bei 37 °C wurden die Prüfkörper in einer Universalprüfmaschine (Z 2.5, Zwick/Roell) in einem Drei-Punkt-Biegeversuch mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit von 0,5 mm/min bis zum Bruch bei Raumtemperatur belastet. Auch während der Messung lagen die Proben im destillierten Wasser bei Raumtemperatur [20]. Für die Berechnung der Biegefestigkeit wurde der Abstand zwischen den Auflagen, die Geometrie des Prüfkörpers sowie die erzielte Kraft bis zur Fraktur des Prüfkörpers berücksichtigt. Der Elastizitätsmodul wurde anhand der Steigung der Spannungs-Dehnungskurve bestimmt.

Mikromechanische Eigenschaften

Die mikromechanischen Eigenschaften wie die Vickershärte (HV) und elastischer Eindringmodul (YHU) wurden nach DIN 50359- 1:1997-10 [20] in einem Universalhärtegerät (Fischerscope H100C, Fischer) bestimmt. Unmittelbar vor der Härteprüfung wurden die Prüfkörper in einer Schleifmaschine (EXAKT 400 CS, EXAKT) unter Verwendung von Siliziumkarbidpapier P2500, gefolgt von P4000, poliert. Insgesamt wurden pro Material 10 Prüfkörper verwendet. Der Prüfvorgang, jeweils 6 x pro Prüfkörper, wurde kraftgesteuert durchgeführt und die Kraft kontinuierlich zwischen 0 mN und 500 mN variiert. Während des Prüfvorganges wurden die Prüfkraft F und die Eindringtiefe h sowohl bei Prüfkraftzunahme als auch -rücknahme gemessen. Da die Geometrie des Vickersdiamanten bekannt war, wurde aus der Eindringtiefe der Universalhärtewert HU = F/A (A = Oberfläche des Eindrucks) berechnet. Die Universalhärte wurde anschließend in Vickershärte mit dem Umrechnungsfaktor (0,0945) umgerechnet. Aus der Steigung der Tangente an die Entlastungskurve bei F = Fmax wurde das elastische Eindringmodul YHU bestimmt.

Transluzenz der Bulk-Fill-Materialien

Für die Messung der Transluzenz der Bulk-Fill-Komposite wurden drei verschiedene Inkrementdicken berücksichtigt (2 mm, 4 mm und 6 mm) (n = 5). Die Prüfkörper wurden in zylindrischen Teflon-Matrizen hergestellt und mit derselben Polymerisationslampe (Elipar™ FreeLight 2, LED curing light, 3M ESPE) wie in den oben beschriebenen Tests für 20 Sekunden ausgehärtet. Die Lampe wurde hierfür direkt und senkrecht auf der Prüfkörperoberfläche appliziert. An der Unterseite des Prüfkörpers wurde in Echtzeit mithilfe eines Spektrometers (MARC Resin Calibrator, BlueLight analytics inc.) die Menge an Licht im Wellenbereich 360 nm bis 540 nm gemessen, die während der Polymerisation durch den Prüfkörper durchscheint. Neben den bereits erwähnten sieben Bulk-Fill-Materialien wurden weitere fünf herkömmliche Nanohybrid- (GrandioSO, VOCO; Premise, Dentine, Kerr; Tetric EvoCeram, Ivoclar Vivadent, Venus Diamond, Heraeus Kulzer, CeramXmono+, Dentsply) und zwei Flowable-Komposite (GrandioSO Heavy Flow, VOCO und Clearfil Majesty Flow, Kuraray Dental) untersucht.

Ergebnisse

Makro- und mikromechanische Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite

  • Tab. 3: Mechanische Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite*: Drei-Punkt-Biegefestigkeit (?), Elastizitätsmodul (EBiege), elastischer Eindringmodul (YHU) und Vickershärte (HV). Hochgestellte Buchstaben stellen signifikante Untergruppen dar (Tukey’s HSD-Test, ? = 0,05). Die hochviskosen Bulk-Fill-Komposite sind grau markiert. *Daten aus [6] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank Prof. Dr. Ilie, Zahnklinik München.

  • Tab. 3: Mechanische Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite*: Drei-Punkt-Biegefestigkeit (?), Elastizitätsmodul (EBiege), elastischer Eindringmodul (YHU) und Vickershärte (HV). Hochgestellte Buchstaben stellen signifikante Untergruppen dar (Tukey’s HSD-Test, ? = 0,05). Die hochviskosen Bulk-Fill-Komposite sind grau markiert. *Daten aus [6] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank Prof. Dr. Ilie, Zahnklinik München.
Die Post-Hoc-Mehrfachpaarvergleiche mit Tukey’s HSD-Test (p < 0,05) zeigten die signifikant höchsten Biegefestigkeitswerte für Sonic- Fill™, gefolgt von x-tra base und X-tra Fil (Tab. 3). In Bezug auf die Materialzuverlässigkeit, durch das Weibull-Modul ausgedrückt, könnten zwei Gruppen unterschieden werden. Die Gruppe mit den höheren Weibull-Modulwerten – 21,1 bis 26,1 – beinhaltet die Komposite x-tra base, SDR™ Flow und Venus® Bulk Fill. Die restlichen Bulk-Fill-Komposite zeigten kleinere Weibull-Modulwerte zwischen 10,4 und 14,2. Elastizitätsmodul und Eindringmodul zeigten deutlichere Unterschiede zwischen den Materialien. X-tra Fil erreicht die signifikant höchsten Werte, während für Filtek Bulk Fill und Venus® Bulk Fill die niedrigsten Werte gemessen wurden. Darüber hinaus wurde eine ausgezeichnete Korrelation zwischen dem Elastizitätsmodul und dem Eindringmodul (Pearson-Korrelationskoeffizient: 0,91) gefunden. Ebenfalls wurde eine hohe Korrelation bei den mikromechanischen Eigenschaften, nämlich zwischen dem Eindringmodul und der Vickershärte (Pearson-Korrelationskoeffizient: 0,94) beobachtet. Im Gegenteil dazu war die Korrelation innerhalb der makromechanischen Eigenschaften nur moderat (Biegefestigkeit mit Elastizitätsmodul: 0,47).

Um die Eigenschaften der Bulk-Fill-Komposite besser zu verstehen, wurde der Effekt des Füllkörperanteils in Volumen und Gewichtsprozenten (Herstellerangaben) sowie des Materialtyps in einer multivariaten ANOVA analysiert. Die makromechanischen Eigenschaften, wie die Biegefestigkeit und der Elastizitätsmodul, sowie die mikromechanischen Eigenschaften, wie Eindringmodul und Vickershärte, wurden als abhängige Variablen ausgewählt. Die Signifikanzwerte der oben aufgelisteten Haupteffekte waren überall signifikant (p < 0,05). Es konnte gezeigt werden, dass der höchste Einfluss der oben genannten Parameter auf den Elastizitätsmodul und den Eindringmodul ausgeübt wird, gefolgt von der Vickershärte, während der Effekt auf die Biegefestigkeit gering war. Im Allgemeinen konnte gezeigt werden, dass die gemessenen mechanischen Eigenschaften am stärksten vom Partikelvolumengehalt beeinflusst wurden, gefolgt von Füllergewicht und dem Bulk-Fill-Komposit selbst [6].

In Bezug auf die Biegefestigkeit zeigten Bulk-Fill-Komposite keine Unterschiede zu Mikrohybrid-Kompositen und sogar signifikant höhere Werte im Vergleich zu Flowable-Kompositen. Auch der Unterschied zwischen den zwei Bulk-Fill-Kategorien – hoch- und niedrigviskos – war nicht signifikant. Deutliche Unterschiede traten jedoch im Elastizitätsmodul auf. Hochviskose Bulk-Fill-Komposite sind den Mikrohybrid- Kompositen statistisch gleich und zeigen signifikant höhere Werte als die anderen Kompositarten. Niedrigviskose Bulk-Fill- und Flowable-Komposite zeigen ebenfalls signifikant gleiche Werte und die niedrigsten der untersuchten Materialkategorien, während die Nanohybrid-Komposite intermediäre Werte aufweisen. Im mikromechanischen Bereich zeigen hochviskose Bulk-Fill-Komposite sogar die höchsten mechanischen Eigenschaften (Eindringmodul und Vickershärte), gefolgt von den Mikro- und Nanohybrid-Kompositen, während die niedrigviskosen Bulk-Fill-Komposite geringere Härtewerte als die Flowable-Komposite aufwiesen. Der Unterschied zwischen niedrig- und hochviskosen Bulk-Fill-Kompositen war deutlicher im mikroskopischen als im makroskopischen Bereich, mit ca. 70 % höheren Werten für die hochviskosen im Vergleich zur niedrigviskosen Bulk-Fill-Kompositen. Die statistischen Untersuchungen zum Füllkörpergehalt wiesen für hochviskose Bulk-Fill-Komposite die höchsten und für die niedrigviskosen Bulk-Fill-Komposite die geringsten Werte aller untersuchten Kompositarten auf (Tab. 2).

Transluzenz der Bulk-Fill-Komposite

Die Lichtdurchlässigkeit (Transluzenz) wurde in einem Spektralbereich zwischen 360 und 540 nm gemessen, d. h. im Absorptionsbereich der Initiatoren dentaler Komposite. Je mehr Licht in tieferen Schichten ankommt, desto höher die Wahrscheinlichkeit für eine adäquate Polymerisation. Bulk-Fill-Komposite erwiesen sich in allen Inkrementstärken transluzenter für Licht im Bereich 360–540 nm als herkömmliche Komposite, mit Ausnahme von SonicFill™, das eine vergleichbare Transluzenz wie herkömmliche Komposite aufweist (Tab. 4, Abb. 2).

  • Tab. 4: Lichtdurchlässigkeit [36] (360–540 nm) verschiedener Materialien gemessen an der Unterseite von 2, 4 und 6 mm dicken Inkrementen. Hochgestellte Buchstaben stellen signifikante Untergruppen dar (Tukey’s HSD-Test, ? = 0,05). Die initiale Irradianz (Lichtintensität der Lampe an der Oberfläche der Probekörper) betrug 1.650 mW/cm².
  • Abb. 2: Vergleich der Lichtdurchlässigkeit a) niedrig- und b) hochviskoser Bulk-Fill-Komposite.
  • Tab. 4: Lichtdurchlässigkeit [36] (360–540 nm) verschiedener Materialien gemessen an der Unterseite von 2, 4 und 6 mm dicken Inkrementen. Hochgestellte Buchstaben stellen signifikante Untergruppen dar (Tukey’s HSD-Test, ? = 0,05). Die initiale Irradianz (Lichtintensität der Lampe an der Oberfläche der Probekörper) betrug 1.650 mW/cm².
  • Abb. 2: Vergleich der Lichtdurchlässigkeit a) niedrig- und b) hochviskoser Bulk-Fill-Komposite.

  • Abb. 3: Vergleich der Lichtdurchlässigkeit von Bulk-Fill und herkömmlichen Kompositen desselben Herstellers: a) Heraeus Kulzer; b) Ivoclar Vivadent; c) VOCO; d) Dentsply Caulk.
  • Abb. 3: Vergleich der Lichtdurchlässigkeit von Bulk-Fill und herkömmlichen Kompositen desselben Herstellers: a) Heraeus Kulzer; b) Ivoclar Vivadent; c) VOCO; d) Dentsply Caulk.

Die Lichtmenge, die ein Komposit durchdringt, war für alle Inkrementdicken für das Bulk-Fill-Komposit Venus® Bulk Fill am höchsten. Der direkte Vergleich von Bulk-Fill-Kompositen und deren Nano- oder Mikrohybrid-Pendant (meist gleichnamiges Material des gleichen Herstellers, ohne das Suffix „Bulk Fill“) zeigt widersprüchliche Ergebnisse (Abb. 3). Eklatant ist der Unterschied zwischen Venus Diamond und Venus® Bulk Fill. Das sehr transluzente Bulk-Fill-Komposit zeigt sogar in Inkrementen von 6 mm eine höhere Lichtdurchlässigkeit als ein 2 mm Inkrement des Nanohybrid-Komposits. Interessant ist auch der Vergleich zwischen Tetric EvoCeram und Tetric EvoCeram® Bulk Fill. Das Letztere ist transluzenter, jedoch fallen die Unterschiede in diesem Fall deutlich geringer aus.

Diskussion

Obwohl als neue Materialklasse beworben, scheinen Bulk-Fill-Komposite sich nicht wesentlich in ihrer chemischen Zusammensetzung von herkömmlichen Nanound Mikrohybrid-Kompositen zu unterscheiden [7]. Die wenigen Ausnahmen stellen die organische Matrix von SDR™ dar (SDR™-Technologie = Stress Decreasing Resin), die ein patentiertes Urethandimethacrylat (UDMA) mit eingebauten photoaktiven Gruppen enthält, das fähig ist, die Polymerisationskinetik zu steuern [18]. In Tetric Evo Ceram® Bulk Fill gibt der Hersteller an, dass neben dem herkömmlichen Campherchinon/Amin-Initiatorsystem zusätzlich ein „Initiator Booster“ (Ivocerin) zugemengt ist, das in der Lage ist, das Material in der Tiefe zu polymerisieren. Für alle restlichen Bulk-Fill-Komposite sind keine Änderungen der Initiatorsysteme angegeben. Es kann deshalb angenommen werden, dass die erhöhte Polymerisationstiefe hauptsächlich durch die erhöhte Transluzenz der Bulk-Fill-Materialien erreicht wurde, was durch die gemessenen Transluzenzwerte auch bestätigt wird (Tab. 4). Ein einfacher Ansatz, dies zu erreichen, ist, die Menge der Füllstoffe zu reduzieren, da die Transluzenz und die Menge an Füllstoffteilchen linear korrelieren [8]. Der statistische Vergleich innerhalb der Bulk-Fill, Nano- und Mikrohybrid-Komposite, in Hinblick auf die Füllstoffmenge, bejahen diese Annahme für niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite (Tab. 4). Ein weiterer Mechanismus, die Transluzenz von Dentalmaterialien einzustellen, ist der Brechungsindexunterschied zwischen Füllstoffpartikeln und organischer Matrix [21,22]. Je größer dieser Unterschied, desto mehr Licht wird an der Grenzschicht zwischen Füller und Matrix gestreut [23,24] und desto weniger transluzent erscheint das Material. Neben diesen Überlegungen wurde zusätzlich die Füllstoffpartikelgröße in vielen Bulk-Fill-Kompositen (X-tra Fil, x-tra base, SDR™ und SonicFill™) (Abb. 1) auf eine Größe von 20 ?m oder mehr erhöht, welche bei ähnlichem Füllstoffgehalt die Gesamtfüllstoffoberfläche, folglich die Füllstoff-Matrix-Grenzfläche, verkleinert. So wird die Lichtstreuung an den Füllstoff-Matrix-Grenzflächen reduziert, sodass mehr Licht in das Material eindringen kann und es in der Tiefe besser aushärten lässt. Nicht nur die Füllkörpermenge, sondern auch deren Geometrie spielen eine wichtige Rolle bei der Lichtdurchlässigkeit eines Komposits, da diese in Materialien mit Füllkörpern unregelmäßiger Geometrie deutlich verringert wird [25]. Auch die Silanisierung der Füllkörper wirkt sich positiv auf die Lichtdurchlässigkeit aus [26], bedingt durch die Verringerung der Spaltbildung an der Matrix-Füllkörper-Grenzfläche während der Polymerisation [27]. Darüber hinaus werden vier der untersuchten Bulk-Fill-Komposite als Nano- oder Nanohybrid-Komposit (Tab. 1) bezeichnet, welche einen Anteil an kleinen Füllstoffpartikeln beinhalten. Mit einer Partikelgröße unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts (390–750 nm) können Nanopartikel sichtbares Licht nicht streuen oder absorbieren, was wiederum die Transluzenz und somit die Lichtdurchlässigkeit, die für die Polymerisation notwendig ist, erhöht [28].

Die Lichtdurchlässigkeit dentaler Komposite spielt eine wichtige Rolle für die Art und Weise, wie Kompositfüllungen polymerisiert werden müssen. Es hat sich zwar gezeigt, dass die Menge an Licht, die für eine adäquate Polymerisation notwendig ist, materialabhängig ist, jedoch muss berücksichtigt werden, dass herkömmliche Komposite wenig lichtdurchlässig sind. Durch eine 2-mm-Kompositschicht kommt bei Anwendung einer Hochleistungspolymerisationslampe (1.650 mW/cm²) unter idealen Laborbedingungen weniger als 200 mW/cm² Licht durch, während 4-mm-Kompositschichten meist komplett undurchlässig sind. In der Praxis wird jedoch häufig propagiert, dass die unteren Schichten einer Kompositfüllung lediglich leicht „anpolymerisiert“ werden sollen, da dies später durch eine längere Belichtung am Ende der Restauration angeglichen werden könne. Die vorliegenden Daten zur Transluzenz der Komposite stellen deutliche Argumente gegen derartige Polymerisationstechniken dar und bestärken die Empfehlung einer ausreichenden Polymerisation jeder Kompositschicht. Vielmehr wird damit deutlich, dass eine spätere Polymerisation einer Kompositfüllung zwecks Elimination von Zahnsensitivitäten aufgrund unzureichender Polymerisation zwecklos ist.

Unter der Annahme, dass die Bulk-Fill-Komposite ausreichend ausgehärtet und die mechanischen Eigenschaften entlang der Füllung homogen und konstant sind [2], bleibt die Langzeitstabilität von Restaurationen mit Bulk-Fill-Kompositen in stressbelastenden Zonen weiterhin eine offene Frage, da langfristige klinische Studien dazu noch nicht vorliegen. Die klinischen Untersuchungen zu Überlebensraten herkömmlicher Komposite zeigen eine erhöhte Tendenz zu Materialfrakturen [29,30]. Darüber hinaus sind moderne Komposite deutlich schwächer und weniger frakturresistent als Materialien, die in den 1970er- und 1980er-Jahren benutzt wurden, vor dem Trend, die Partikelgröße zwecks besserer Ästhetik zu minimieren [31]. Somit stellt sich die berechtigte Frage, ob moderne Komposite ausreichende mechanische Stabilität unter klinischen Bedingungen bieten können. Niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite zeigten im Vergleich zu Nano- und Mikrohybrid-Kompositen signifikant geringere mechanische Eigenschaften, mit Ausnahme der Biegefestigkeit (Tab. 2 u. 4). Es ist wichtig anzumerken, dass der Elastizitätsmodul dieser Materialklasse niedriger ist als bei Nanound Mikrohybrid-Kompositen. Ein Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul, insbesondere dann, wenn die Restauration sich in lasttragenden Bereichen (z. B. Seitenzahnbereich) befindet, kann zu einer höheren Verformbarkeit unter Kaubelastung führen und letztendlich eine Fraktur verursachen.

Der direkte Vergleich der untersuchten Bulk-Fill-Komposite weist X-tra Fil als das Material mit dem höchsten Elastizitätsmodul und gleichzeitig auch dem höchsten Füllstoffgehalt (Tab. 1) auf. Die Bulk-Fill-Komposite Filtek Bulk Fill und Venus® Bulk Fill weisen dagegen einen deutlich niedrigeren Füllstoffgehalt auf und zeigten somit auch einen niedrigeren Eindringmodul und Elastizitätsmodul. Somit wird die ausgezeichnete Korrelation, die zwischen dem Füllstoffgehalt und dem Elastizitätsmodul für herkömmliche Komposite in früheren Studien nachgewiesen wurde [7,32,33], auch für die Bulk-Fill-Komposite bestätigt. Eine Ausnahme hierzu ist Tetric EvoCeram® Bulk Fill, der moderate Werte für den Elastizitätsmodul zeigt, wenn auch mit einem hohen Füllstoffgehalt. Der Grund hierfür sind die präpolymerisierten Füllstoffe, die in der angegebenen Gesamtmenge des Füllstoffanteiles mit angegeben werden. Somit ist der Gesamtgehalt an anorganischen Füllstoffen, die den Elastizitätsmodul bestimmen, niedriger (Tab. 1).

Um die Werkstoffe besser charakterisieren zu können, wird oft eine Weibull-Statistik verwendet. Dabei ist es möglich, die Streuung der Festigkeitswerte aufzuzeigen. Je höher das Weibull-Modul liegt, umso homogener und fehlerfreier ist der Werkstoff (d. h., die Defekte sind sehr gleichmäßig über das gesamte Volumen verteilt) und umso geringer ist die Streuung der Festigkeit. Ein hoher Wert steht dabei für eine hohe mechanische Zuverlässigkeit. Außerdem steigt die Bruchwahrscheinlichkeit mit wachsendem Materialvolumen an, und zwar umso schneller, je kleiner der Weibull-Parameter ist. Dies würde bedeuten, dass große Füllungen bei gleicher Spannung eher versagen als kleine Füllungen des gleichen Materials. Es werden daher hohe Weibull-Parameter angestrebt.

Es konnte gezeigt werden, dass für die untersuchten Materialien die Zuverlässigkeit weder mit dem Füllstoffgehalt (Tab. 1) noch mit der Füllstoffpartikelgröße korreliert. Innerhalb der drei Materialien mit dem höchsten Weibull-Modul enthalten x-tra base und SDR™ sehr große Füllstoffpartikel (> 20 ?m), während Venus® Bulk Fill ein Füllstoffsystem wie in herkömmlichen Kompositen zeigt (Abb. 2). Die oben erwähnten Materialien sind niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite und es wird somit angenommen, dass dadurch eine bessere Benetzung der Oberfläche erreicht wurde, was die Oberflächenfehler, die eine Rissausbreitung einleiten könnten, reduziert. Eine Verflüssigung des Materials mit Ultraschall, wie für SonicFill™ angewandt, konnte jedoch die Zuverlässigkeit des Materials nicht verbessern, was gründliche Untersuchungen der Rheologie dieser Materialien erfordert.

Für niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite (SDR™, Venus® Bulk Fill, x-tra base und Filtek Bulk Fill) wird von Herstellern eine Abdeckschicht aus herkömmlichen Kompositen empfohlen. Mit Ausnahme von x-tra base zeigten die oben erwähnten Materialien deutlich geringere mechanische Eigenschaften, insbesondere Elastizitätsmodul und Vickershärte, was die Empfehlung der Hersteller unabdingbar macht. Niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite wie SDR™, Venus® Bulk Fill und Filtek Bulk Fill erreichen Werte für die Vickershärte zwischen 38,1 und 54,2 N/mm², die deutlich unter den Mittelwerten der herkömmlichen Nano- und Mikrohybrid-Komposite (90,9 N/mm² bis 87,0 N/mm²) liegen. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass durch die sehr großen Füllstoffpartikel in vielen untersuchten Bulk-Fill-Kompositen (Abb. 2) die Oberflächenrauigkeiten [34] und der Verschleiß signifikant erhöht werden könnten [35], was sich nicht nur auf die mechanische Stabilität, sondern auch auf die Ästhetik der Restauration auswirken kann. Auch soll hier angemerkt werden, dass die mikromechanischen Eigenschaften der meisten Kompositmaterialien vergleichbar mit denen des Dentins sind, jedoch sind alle deutlich geringer als die des menschlichen Schmelzes.

Fazit

Eine zusätzliche Deckschicht mit herkömmlichen Kompositen ist für niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite (SDR™, Venus® Bulk Fill und Filtek Bulk Fill) notwendig, da deren mechanische Eigenschaften deutlich geringer sind als die herkömmlicher Nano- und Mikrohybrid-Komposite. Die gemessenen mechanischen Eigenschaften platzieren hochviskose Bulk-Fill-Komposite an gleicher Stelle mit Nano- und Mikrohybrid- Kompositen, was ein ähnliches klinisches Verhalten vermuten lässt, während niedrigviskose Bulk-Fill-Komposite deutlich zuverlässiger sind (hohe Weibull-Parameter), aber auch geringe mechanische Eigenschaften aufweisen. Die Lichtdurchlässigkeit erwies sich als materialabhängig, wobei tendenziell die niedrigviskosen transluzenter als die hochviskosen Bulk-Fill-Komposite einzustufen sind.

Nicoleta Ilie1 und Bogna Stawarczyk2

1Poliklinik für Zahnerhaltung und Parodontologie, Ludwig- 1Maximilians-Universität, München
2Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik, Ludwig-Maximilians- 1Universität, München

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