Allgemeine Zahnheilkunde


Verblendung und Befestigung von PEEK-basierten Restaurationen – eine aktuelle Übersicht


Wie kann ein effektiver und dauerhafter Verbund zwischen dem neuen Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon (PEEK) und einem Verblend- bzw. Befestigungsmaterial erreicht werden? Denn: ohne ausreichende Haftung kann das Material nicht sinnvoll in der zahnärztlichen Praxis eingesetzt werden. Die Autorinnen des folgenden Beitrags stellen Ergebnisse aus ihren eigenen Untersuchungen zu diesem Thema vor. Dabei zeigte sich, dass für PEEK eine gute Verbundfestigkeit erzielt werden kann - abhängig von der Wahl der Vorbehandlung bzw. der Konditionierungsmethode. Nicht jedes Adhäsivsystem erwies sich als geeignet.

Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing (CAD/CAM)-Hochleistungskunststoffe werden klinisch immer häufiger eingesetzt [1]. Aufgrund ihrer guten Eigenschaften können sie als Alternative zu keramischen Restaurationen angewendet werden [2–5]. Durch die standardisierte industrielle Herstellung der CAD/CAM-Blöcke weisen PMMAbasierte wie auch Komposit-basierte Kunststoffe bessere mechanische und optische Eigenschaften als herkömmlich polymerisierte Kunststoffe auf [5–7]. Seit wenigen Jahren findet der Hochleistungskunststoff Polyaryletherketone (PAEK) in der Zahnmedizin Anwendung.

PAEK ist ein thermoplastisches Polymer und kann in mehreren Modifikationen verwendet werden. Die am häufigsten verwendete Modifikation ist das Polyetheretherketon (PEEK). Es ist ein Hochtemperatur-thermoplastisches Polymer, bestehend aus einem aromatischen Grundgerüst der Molekülkette mit keton- und etherfunktionellen Gruppen [8]. PEEK ist ein teilkristalliner Werkstoff mit hohen mechanischen Eigenschaften und einer Dichte von 1,3 bis 1,5 g/cm3 [8]. Die chemische Struktur der polyaromatischen Ketone bietet Stabilität bei hohen Temperaturen (über 330 °C), Beständigkeit gegen chemische und UV-Strahlungsschäden, Kompatibilität mit vielen Verstärkungsmitteln, wie beispielsweise Glas- und Kohlefasern, sowie gute mechanische Eigenschaften [9,10]. PEEK-basierte Werkstoffe zeigen höhere Festigkeiten als viele Metalle, sodass der Werkstoff sehr attraktiv in industriellen Anwendungen ist, wie z. B. bei Flugzeugund Turbinentechnik [9,10]. Mehrere Untersuchungen aus dem Bereich der Medizintechnik zeigten, dass PEEK-basierte Werkstoffe biokompatibel sind. In der Zahnmedizin ist die weißliche Farbe dieses Werkstoffes und somit das zahnfarbene Erscheinungsbild ein Vorteil gegenüber Metallen als Ausgangsmaterial.

Karbonfaserverstärkte PEEK-basierte Werkstoffe werden seit einem längeren Zeitraum in medizinischen Implantaten eingesetzt [8]. Außerdem sind PEEK-basierte Werkstoffe ein ausgezeichneter Ersatz für Titan in orthopädischen Anwendungen [11]. In der Zahnmedizin wird dieser Werkstoff hauptsächlich für provisorische Abutments in der Implantologie [11] oder für Retentionselemente und Retentionsklammern in der herausnehmbaren Prothetik eingesetzt [12,13]. Jedoch vergrößern sich die Indikationsbereiche dieses Materials täglich. Laut einer Untersuchung, bei der auf PEEKbasierten dreigliedrigen CAD/CAM-gefrästen Brücken Bruchlastkräfte von 1383 N erreicht wurden, können PEEK-basierte Werkstoffe auch ein geeigneter Werkstoff für festsitzende Restaurationen sein [14]. Denn in dieser Studie wurde eine sichtbare Verformung der Brücke erst bei 1.200 N beobachtet, wobei durchschnittliche maximale Kaukräfte im Seitenzahnbereich bei ca. 600 N gemessen werden [15]. Zusätzlich muss an dieser Stelle betont werden, dass die getesteten Brücken nur einen Verbinderquerschnitt von knapp 8 mm2 hatten.

Eine weitere Untersuchung zeigt, dass die Bruchlast der Restaurationen von der Verarbeitungstechnik des PEEK-basierten Werkstoffes abhängig ist [16]. PEEK-basierte Werkstoffe werden in drei verschiedenen Darreichungsformen auf dem Dentalmarkt angeboten: zum einen als Granulat (Abb. 1) oder als Pellets (Abb. 2) zum Verpressen, zum anderen als Blanks zum maschinellen Herausfräsen (CAD/CAM) (Abb. 3).

  • Abb. 1: PEEK-Granulat (BioHPP Granulat) zum Verpressen.
  • Abb. 2: PEEK-Pellets (BioHPP Pellet) zum Verpressen.
  • Abb. 1: PEEK-Granulat (BioHPP Granulat) zum Verpressen.
  • Abb. 2: PEEK-Pellets (BioHPP Pellet) zum Verpressen.

  • Abb. 3: PEEK CAD/CAM-Blank (breCam BioHPP blank) zum Herausfräsen.
  • Abb. 3: PEEK CAD/CAM-Blank (breCam BioHPP blank) zum Herausfräsen.

Die Untersuchung prüfte die Bruchlast von vollanatomischen dreigliedrigen Brücken aus den drei zur Verfügung stehenden PEEK-Varianten und beobachtete, dass die CAD/CAM-gefrästen Brücken (breCam BioHPP Blank, bredent, Senden) signifikant höhere Bruchlastwerte als die aus dem Granulat gepressten Brücken (BioHPP Granulat, bredent) zeigten [16]. Das bereits zu Pellets vorgepresste Material (BioHPP Pellet, bredent) zeigte jedoch keine Unterschiede zu den beiden anderen Gruppen. Gleiche Tendenzen wurden bei der Zuverlässigkeit der Brücken mittels Weibull-Modul beschrieben; auch dort wurden bei den CAD/CAM-gefrästen Brücken höhere Weibull-Moduli beobachtet als bei dem aus Granulat gepressten PEEK-Werkstoff. Außerdem wiesen die gefrästen und aus Pellet gepressten Brücken während der Bruchlastmessung eine spontane Fraktur im Bereich des Zwischengliedes auf, ohne weitere Deformation der Brücke. Im Gegensatz dazu wurde bei den aus Granulat gepressten Brücken eine plastische Verformung der Brücke ohne Fraktur beobachtet. Insgesamt lagen die Bruchlasten der in dieser Studie getesteten Brücken zwischen 2354 N (gefräste Brücken) und 1.738 N (gepresste Brücken aus Granulat).

Zudem kann PEEK leicht mit konventionellen rotierenden Instrumenten bearbeitet werden. Obwohl die mechanischen Eigenschaften sehr gut sind, können PEEK-basierte Werkstoffe aufgrund der geringen Transluzenz und der gräulich/ bräunlich weißen Pigmentierung nicht monolithisch eingesetzt werden. Daher ist für ein ästhetisches Resultat eine Verblendung mit Komposite erforderlich. Dies stellt eine Herausforderung dar, da das Erreichen einer ausreichenden Haftfestigkeit zwischen Verblendkunststoff und den PEEK-basierten Werkstoffen, aufgrund seiner niedrigen Oberflächenenergie und Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenmodifikation durch verschiedene chemische Behandlungen, sehr schwierig ist und in der Literatur kritisch diskutiert wird [17,18].

Ziel dieses Artikels ist es, eine Übersicht über die eigenen Untersuchungen zum Thema Verbundfestigkeiten von PEEKbasierten Werkstoffen zu Verblendkunststoffen und Befestigungsmaterialien zu geben. Dabei werden Daten aus acht getrennten Studien [14,19–25] zusammengefasst und neu statistisch ausgewertet. Zum besseren Verständnis wird dieser Artikel in drei Hauptteile aufgeteilt:

  1. mechanischer Verbund zu PEEK-basierten Werkstoffen
  2. chemischer Verbund zu PEEK-basierten Werkstoffen und
  3. die Kombination aus dem mechanischen und chemischen Verbund

  • Tab. 1: In diesen Untersuchungen verwendete Produkte. Abkürzungen: UDMA: Urethandimethacrylat, EDMA: Ethylenglykoldimethacrylat, SiO(2): Siliziumdioxid, HEMA: 2-hydroxyethyl methacrylat, TEGDMA: Triethylenglycoldimethacrylat, DMAEMA: Dimethylaminoethylmethacrylat, Bis-GMA, Bisphenyl-A-Glycidyl-Methacrylat, MMA: Methylmethacrylat, MDP: 10-Methacryloyloxydecyldihydrogenphosphat, PETIA: Pentaerythritoltriacrylat, PMMA: Polymethyl-Methacrylat

  • Tab. 1: In diesen Untersuchungen verwendete Produkte. Abkürzungen: UDMA: Urethandimethacrylat, EDMA: Ethylenglykoldimethacrylat, SiO(2): Siliziumdioxid, HEMA: 2-hydroxyethyl methacrylat, TEGDMA: Triethylenglycoldimethacrylat, DMAEMA: Dimethylaminoethylmethacrylat, Bis-GMA, Bisphenyl-A-Glycidyl-Methacrylat, MMA: Methylmethacrylat, MDP: 10-Methacryloyloxydecyldihydrogenphosphat, PETIA: Pentaerythritoltriacrylat, PMMA: Polymethyl-Methacrylat
Für alle Verbunduntersuchungen wurden als Substrate CAD/CAM-PEEK-Rohlinge (Dentokeep PEEK Disc, nt-Handel, Karlsruhe) verwendet. Diese sind zu 20 Gew% mit anorganischen Füllstoffen (eingefärbte Titanoxide) gefüllt. Die PEEKRohlinge wurden mittels einer Low-Speed-Diamanttrennmaschine unter Wasserkühlung in Scheiben mit der Geometrie von ca. 10 mm x 10 mm x 3 mm herausgetrennt und anschließend nach einem standardisierten Protokoll, beginnend bei SiC P400 und endend bei P4000, in einem automatisierten Poliergerät (Planopol-2, Struers, Ballerup, Dänemark) für jeweils 60 Sekunden unter Wasserkühlung poliert. Alle weiteren Werkstoffe, die in einzelnen Studien untersucht worden sind, sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. Alle vorgestellten Verbundfestigkeitsdaten wurden entweder in Scher- oder in Zugverbundfestigkeitsversuchen gewonnen. Für die Verbundfestigkeitsuntersuchungen wurden die PEEKSubstrate zusätzlich in einem selbsthärtenden Harz (Scandi Quick, ScanDia, Hagen) eingebettet und analog zu der oben beschriebenen Methode poliert und im Ultraschall gereinigt. Anschließend wurden die PEEK-Substrate in einer speziellen Haltevorrichtung fixiert, eine Plexiglashülse (Scher- und Zugversuche: Innendurchmesser: 2,9 mm) wurde mittig auf dem Prüfkörper positioniert, konditioniert, mit dem jeweiligen Verblendkomposit/Befestigungsmaterial gefüllt und nach Herstellerangaben polymerisiert. Beide Verbundfestigkeitsmethoden wurden in einer Universal-Prüfmaschine (Zwick, Ulm) geprüft. Dabei wurden die Scherfestigkeitsprüfkörper mit der Vorschubgeschwindigkeit von 1 mm/min und die Zugfestigkeitsprüfkörper mit 5 mm/min gemessen.

1. Mechanischer Verbund zu PEEK-basierten Werkstoffen

Oberflächeneigenschaften von unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Oberflächen

Zu den wichtigen Oberflächeneigenschaften in Bezug auf den Verbund zu anderen Kunststoffen zählen sicherlich die Oberflächenspannung und die Rauigkeit der Oberfläche. Die Oberflächenspannung gibt eine Aussage über die Benetzbarkeit und vor allem über das Verhalten zwischen Flüssigkeit und Substrat. Je höher die Oberflächenspannung des Substrates ist, desto besser kann die Flüssigkeit sich auf dem Substrat verteilen/es benetzen. Die Rauigkeit hingegen gibt eine Aussage über die Oberflächentopografie. Je rauer die Substratfläche ist, desto größer ist die Verbundfläche. Für den mechanischen Verbund ist eine Oberfläche mit einer höheren Rauigkeit die Voraussetzung.

Für diese Untersuchungen wurde die Oberfläche von jeweils 10 PEEK-Substraten wie folgt vorbehandelt:

  • korundgestrahlt mit Al2O3 mit einer mittleren Korngröße von 50 µm für 10 Sek. mit dem Druck von 2 bar, einer Distanz von 10 mm im 45°-Winkel (LEMAT NT4, Wassermann)
  • korundgestrahlt mit Al2O3 mit einer mittleren Korngröße von 110 ?m 10 Sek. mit einem Druck von 2 bar, einer Distanz von 10 mm im 45°-Winkel (LEMAT NT4)
  • silikatisiert (Rocatec Delta, 3M ESPE, Seefeld), zuerst mit Rocatec Pre für 10 Sek. und anschließend mit Rocatec Plus für 12 Sek. mit einem Druck von 2,8 bar
  • geätzt mit Schwefelsäure (98 %) 60 Sek. lang und anschließend sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült
  • geätzt mit Piranhasäure (Mischung: Schwefelsäure mit Hydrogenperoxid: 10:3) 30 Sek. lang und anschließend sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült
  • korundgestrahlt mit Al2O3 mit einer mittleren Korngröße von 50 µm 10 Sek. mit einem Druck von 2 bar, einer Distanz von 10 mm im 45°-Winkel (LEMAT NT4), mit Piranhasäure 30 Sek. lang geätzt und anschließend sorgfältig mit destilliertem Wasser abgespült
  • mit Kaltplasma (Piezzobrush, Reinhausen Plasma, Regensburg) für 20 Sek. und einem Druck von 2 bar von einer Distanz von 10 mm vorbehandelt
  • unvorbehandelt (Kontrollgruppen)

Oberflächenspannung

Die Oberflächenspannung wurde bei Raumtemperatur (23 °C) mittels eines Kontaktwinkelgerätes (EasyDrop, Krüss, Hamburg) in der Tropfsystemtechnik geprüft. Dazu wurden zwei unterschiedlich polare Flüssigkeiten verwendet, nämlich destilliertes Wasser und Diiodmethan (99 %) (Cat: 15.842-9, Sigma-Aldrich, Steinheim, Lot Nr.: S65447-448). Auf jedem Prüfkörper wurden jeweils drei Messungen mit destilliertem Wasser und drei mit Diiodmethan gemacht. Dazu wurde ein standardisiertes Tropfenvolumen (destilliertes Wasser: 10 µl, Diiodmethan: 5 µl) jeder Flüssigkeit auf die PEEK-Oberfläche appliziert und mit einer Digitalkamera nach genau 5 Sekunden aufgenommen. Der statische Kontaktwinkel auf der Grundlage des Durchmessers und der Höhe des Tropfens wurde mit einer dazugehörigen Software (EasyDrop DSA4, Krüss) ausgewertet. Nach der Young-Laplace-Gleichung wurde folgend die Oberflächenspannung auf der Basis der Kontaktwinkel von Wasser und Diiodmethan berechnet:

  • Tab. 2: Oberflächenrauigkeit und Oberflächenspannung von PEEK/C-Oberflächen nach unterschiedlicher Vorbehandlung. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Oberflächenrauigkeit und Oberflächenspannung getrennt. * Daten aus [22,23] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.

  • Tab. 2: Oberflächenrauigkeit und Oberflächenspannung von PEEK/C-Oberflächen nach unterschiedlicher Vorbehandlung. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Oberflächenrauigkeit und Oberflächenspannung getrennt. * Daten aus [22,23] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
Dabei präsentiert ?L die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, ?S die Oberflächenspannung der PEEK/C-Oberfläche und ?LS die Interfaceoberflächenspannung.

Die höchste und somit die für den Verbund beste Oberflächenspannung wurde bei den mit 110 ?m korundgestrahlten (62 ± 2,5 nN/m) sowie silikatisierten (61,8 ± 0,48 nN/m) Gruppen, gefolgt von plasmavorbehandelten (52,3 ± 1,3 nN/m) und mit 50 ?m korundgestrahlten (52 ± 2,5 nN/m) beobachtet. Die statistisch gesehen geringsten Werte zeigte die unvorbehandelte PEEK-Oberfläche (47,8 ± 2,3 nN/m). Die restlichen Vorbehandlungen zeigten tendenziell eine Zunahme der Oberflächenspannung im Vergleich zu der unvorbehandelten Gruppe, die jedoch nicht signifikant war (Tab. 2).

Oberflächenrauigkeit

Die Oberflächenrauigkeit wurde mit einem Profilometer (MarSurf M400 + SD26, Mahr, Göttingen) mit einer 90°-Erfassungsvorrichtung mit einem Druck von 0,7 mN untersucht. Der Durchmesser der Diamantspitze betrug dabei 2 ?m. Für jeden Prüfkörper wurden sechs Messungen (jeweils 3 × vertikal und horizontal) mit einer Messstrecke von 6 mm durchgeführt. Der Abstand zwischen den Spuren betrug dabei 0,25 mm. Anschließend wurde die mittlere Rauigkeit (?m) für jeden Prüfkörper einzeln berechnet.

Die mittleren Oberflächenrauigkeiten sind in der Tabelle 2 dargestellt. Die signifikant höchsten Oberflächenrauigkeiten wurden bei den mit 110 µm korundgestrahlten (1,253 ± 0,064 µm) sowie silikatisierten (1,236 ± 0,056 ?m) Gruppen, gefolgt von mit 50 µm korundgestrahlten (0,875 ± 0,091 µm) sowie mit 50 ?m korundgestrahlten und anschließend mit Piranhasäure-geätzten (0,818 ± 0,004 ?m) beobachtet. Die niedrigsten Rauigkeiten wurden bei unvorbehandelten (0,031 ± 0,001 µm), geätzten mit Piranhasäure (0,033 ± 0,001 µm) und mit Schwefelsäure (0,037 ± 0,001 µm) PEEK-Oberflächen erfasst.

Oberflächentopografie

  • Abb. 4: Oberflächentopografie von unterschiedlich vorbehandelten PEEK/C-Oberflächen, aufgenommen unter einem REM bei 30.000 x Vergrößerung. A. mit Al(2)O(3) mit einer mittleren Korngröße von 50 ?m korundgestrahlt; B. Al(2)O(3) 110 ?m korundgestrahlt; C. silikatisiert; D. mit Schwefelsäure (98 %) geätzt; E. mit Piranhasäure geätzt; F. Al(2)O(3) 50 ?m korundgestrahlt und mit Piranhasäure geätzt G. mit Plasma vorbehandelt; H. unvorbehandelt.

  • Abb. 4: Oberflächentopografie von unterschiedlich vorbehandelten PEEK/C-Oberflächen, aufgenommen unter einem REM bei 30.000 x Vergrößerung. A. mit Al(2)O(3) mit einer mittleren Korngröße von 50 ?m korundgestrahlt; B. Al(2)O(3) 110 ?m korundgestrahlt; C. silikatisiert; D. mit Schwefelsäure (98 %) geätzt; E. mit Piranhasäure geätzt; F. Al(2)O(3) 50 ?m korundgestrahlt und mit Piranhasäure geätzt G. mit Plasma vorbehandelt; H. unvorbehandelt.
Die Oberflächentopografie wurde von den unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Prüfkörpern in einem Rasterelektronenmikroskop (REM) (Carl Zeiss Supra 50 VP FESEM, Zeiss, Oberkochen) aufgenommen. Dazu wurden die Prüfkörper mit einer Goldschicht in einem speziellen Gerät (Balzers SCD 030, Balzers Union, Balzers, Liechtenstein) für 30 Sekunden unter Argon mit einem Druck von 0,05 mbar und einer Zieldistanz von 50 mm besputtet. Die Oberflächentopografien nach den unterschiedlichen Vorbehandlungen sind in Abbildung 4 dargestellt. Die unvorbehandelte polierte PEEK-Oberfläche zeigt wenig Oberflächenveränderungen, während die Oberflächenmodifikationen bei allen anderen Vorbehandlungen sichtbar sind. Das Ätzen der PEEK-Oberfläche mit Schwefelsäure führt zu einem komplexen Fasernetzwerk, während das Korundstrahlen mit Aluminiumoxid (50 µm und 110 µm) zu einer unregelmäßigen Oberfläche führt. Die silikatisierte Oberfläche zeigt ähnliche Unregelmäßigkeiten wie die korundgestrahlten Oberflächen, jedoch waren durch den zweiten Sandstrahlprozess mit Rocatec Plus kleine „eingebrannte“ Silica-Beschichtungen zu erkennen. Durch das zusätzliche Ätzen mit Piranhasäure wurde die unebene korundgestrahlte Oberfläche abgerundet. Die Piranhasäure-geätzte und plasmavorbehandelte Fläche zeigte die geringsten Oberflächenveränderungen.

Verbundfestigkeiten

Für die Verbundfestigkeitswerte wurden die PEEK-Substrate ebenfalls wie oben bei den Oberflächeneigenschaften beschrieben vorbehandelt:

  • korundgestrahlt mit 50 µm Aluminiumoxidpulver
  • korundgestrahlt mit 110 µm Aluminiumoxidpulver
  • silikatisiert
  • mit Schwefelsäure vorbehandelt
  • mit Piranhasäure vorbehandelt
  • mit Kaltplasma vorbehandelt
  • unvorbehandelt (Kontrollgruppe)

Als Verblendkomposit wurden die beiden Kunststoffe Gradia und Sinfony verwendet (Tab. 1). Nach der Herstellung der Prüfkörper fand eine Lagerung von 72 Stunden in destilliertem Wasser bei 37 °C im Brutschrank (UMS, Memmert, Schwabach) statt. Jede Gruppe bestand hier aus 15 Prüfkörpern. Tabelle 3 und Abbildung 5 fassen die Daten zusammen. In Kombination mit beiden getesteten Verblendkompositen wurde ein signifikanter Einfluss der Vorbehandlung der PEEKOberfläche beobachtet (p < 0,001). Das Ätzen mit Piranhasäure sowie die Vorbehandlung mit Plasma führten, unabhängig von dem verwendeten Verblendkunststoff, zu keiner Verbesserung des Verbundes. Statistisch gesehen waren diese Werte nicht signifikant unterschiedlich zu unvorbehandelten oder den korundgestrahlten Gruppen mit 50 ?m Aluminiumoxidpulver. Innerhalb der mit Gradia verblendeten Gruppen lagen im nächsten Wertebereich die Gruppe, die silikatisiert wurde, sowie die Gruppe, die mit 110 ?m korundgestrahlt war. Die signifikant höchsten Werte erzielte die Gruppe, bei der die Oberfläche mit Schwefelsäure geätzt wurde. Im Gegensatz dazu wurden innerhalb der mit Sinfony verblendeten Gruppe insgesamt 4 Wertebereiche beobachtet. So zeigte das Korundstrahlen die signifikant höchsten Werte, gefolgt von der silikatisierten und letztendlich der mit Schwefelsäure geätzten PEEK-Oberfläche.

  • Tab. 3: Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Substraten und Verblendkompositen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten für beide Verblendkomposite getrennt. * Daten aus [14] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 5: Scherfestigkeiten (MPa) zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Oberflächen und zwei verschiedenen Verblendkompositen.
  • Tab. 3: Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Substraten und Verblendkompositen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten für beide Verblendkomposite getrennt. * Daten aus [14] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 5: Scherfestigkeiten (MPa) zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Oberflächen und zwei verschiedenen Verblendkompositen.

Beim Vergleich zwischen den Verblendkunststoffen wurden bei Sinfony signifikant höhere Verbundfestigkeiten gemessen als bei Gradia (p = 0,001–0,005). Ausnahmen zeigten nur die Vorbehandlungen, die bereits im kleinsten Wertebereich lagen (Piranha, Plasma, 50 µm Al2O3 und ohne); dort zeigte der Verblendkunststoff keinen Einfluss auf die Scherfestigkeiten.

Bei den Verbundfestigkeiten zum Befestigungsmaterial wurden folgende Kunststoffe geprüft: Variolink II, RelyX ARC, Clearfil SA Cement und RelyX Unicem (Tab. 1). Jede Gruppe bestand hier aus 15 Prüfkörpern. Die Scherfestigkeitsmessungen erfolgten nach einer 24-stündigen Lagerung in destilliertem Wasser bei 37 °C.

Tabelle 4 präsentiert die erzielten Scherfestigkeitswerte. Generell muss hier betont werden, dass nur nach dem Ätzen der PEEK-Oberfläche mit Schwefelsäure ein Verbund erzielt werden konnte (Abb. 6). Alle anderen Vorbehandlungsmethoden führten zu keiner Adhäsion zwischen der PEEKOberfläche und den vier hier untersuchten Befestigungsmaterialien. Der Vergleich zwischen den Befestigungsmaterialien zeigte, dass auf Schwefelsäure-geätzten PEEK-Oberflächen die Materialien RelyX ARC und RelyX Unicem signifikant höhere Werte erzielten als Variolink II und Clearfil SA Cement (p < 0,001).

  • Tab. 4: Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Substraten und Befestigungsmaterialien. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten zwischen den Vorbehandlungen innerhalb eines Befestigungsmaterials. * Daten aus [19,21,24,25] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 6: Scherfestigkeiten (MPa) zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Oberflächen und vier verschiedenen Befestigungsmaterialien.
  • Tab. 4: Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Substraten und Befestigungsmaterialien. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten zwischen den Vorbehandlungen innerhalb eines Befestigungsmaterials. * Daten aus [19,21,24,25] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 6: Scherfestigkeiten (MPa) zwischen unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Oberflächen und vier verschiedenen Befestigungsmaterialien.

2. Chemischer Verbund zu PEEK-basierten Werkstoffen

Im nächsten Schritt wurde der Einfluss der zusätzlichen Adhäsive untersucht. Dabei wurden folgende Adhäsivsysteme gewählt: Z-Prime, Ambarino P60, Monobond Plus/Heliobond, Clearfil Ceramic Primer, visio.link, Signum PEEK Bondals, ohne Kontrollgruppe (Tab. 1). Alle hier gewählten Systeme wurden zum Zeitpunkt der durchgeführten Studien von unterschiedlichen PEEK-Anbietern für die Vorbehandlung der PEEK-Oberflächen vor dem Verblenden bzw. adhäsiven Befestigen empfohlen. Das 2-Komponenten-Adhäsiv Signum PEEK Bond wurde in diesen Studien als ein experimentelles Material geprüft.

Für den Test der Verbundfestigkeiten zum Verblendkomposit wurden die PEEK-Substrate bei den hier vorgestellten Daten mit 50 ?m Aluminiumoxid aufgrund der Benetzbarkeit für 10 Sek. aus dem 45°-Winkel mit dem Druck von 2 bar korundgestrahlt (basic Quattro IS, Renfert, Hilzingen). Vor dem Verwenden der Adhäsivsysteme wurden die Prüfkörper im Ultraschall für 5 Min. gereinigt. Jede Gruppe bestand aus 16 Prüfkörpern. Als Verblendkunststoffe wurden Sinfony, GC Gradia und VITA VM LC verwendet. Nach dem Verblendprozess wurden die Prüfkörper für 24 h bei 37 °C im destillierten Wasser gelagert und anschließend 10.000 Thermalzyklen zwischen 5 °C und 55 °C ausgesetzt (Verweildauer pro Bad: 20 Sek.) (Thermocycler 1100, SD Mechatronik- Westerham, Feldkirchen). Folgend wurde die Zugfestigkeit gemessen.

Die Wahl des Verblendkunststoffes zeigte keinen Einfluss auf die Zugverbundfestigkeit (p = 0,103). PEEK-Prüfkörper, die nicht vorbehandelt oder mittels Z-Prime, Ambarino P60 und Clearfill Ceramic Primer vorbehandelt waren, zeigten keine Haftung zu den hier geprüften Verblendkunststoffen. Die Vorbehandlung mit Monobond Plus zeigte für alle Verblendkunststoffe deutlich niedrigere Werte im Vergleich zu Prüfkörpern, die mit visio.link oder Signum PEEK Bond (Tab. 5) behandelt wurden. Innerhalb des Verblendkunststoffes Sinfony zeigten die Prüfkörper, die mit visio.link (69 MPa) vorbehandelt wurden, signifikant höhere Werte als die mit Signum PEEK Bond (48,1 MPa). Bei den Verblendkunststoffen GC Gradia und VITA LM LC wurden keine Unterschiede zwischen der Vorbehandlung mit visio.link (40,0 bis 50,9 MPa) und Signum PEEK Bond (44,5 bis 57,5 MPa) beobachtet. Grafisch sind die Werte in der Abbildung 7 dargestellt.

  • Tab. 5: Zugfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Verblendkunststoffen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Oberflächen innerhalb eines Verblendkunststoffes. * Daten aus [20,22,23] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 7: Zugfestigkeiten von verblendeten PEEK-Oberflächen nach der Anwendung von zusätzlichen Adhäsivsystemen.
  • Tab. 5: Zugfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Verblendkunststoffen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Oberflächen innerhalb eines Verblendkunststoffes. * Daten aus [20,22,23] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 7: Zugfestigkeiten von verblendeten PEEK-Oberflächen nach der Anwendung von zusätzlichen Adhäsivsystemen.

  • Tab. 6: Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Befestigungsmaterialien nach 10.000 Thermolastwechselzyklen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten zwischen den unterschiedlich konditionierten PEEK-Oberflächen innerhalb eines Befestigungsmaterials. * Daten aus [21] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Tab. 6: Scherfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Befestigungsmaterialien nach 10.000 Thermolastwechselzyklen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Scherfestigkeiten zwischen den unterschiedlich konditionierten PEEK-Oberflächen innerhalb eines Befestigungsmaterials. * Daten aus [21] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.

Die Verbundfestigkeiten zu den Befestigungsmaterialien wurden mittels Scherversuchen untersucht. Nach der Befestigung der Plexiglashülse mit RelyX Unicem Automix 2 oder Clearfil SA Cement wurden die Prüfkörper 24 h bei 37 °C in destilliertem Wasser und zusätzlichen 10.000 Thermolastwechselzyklen zwischen 5 °C und 55 °C gealtert.

Die Werte zeigten analog zu den Werten der Verblendkunststoffe (Tab. 6), dass durch die Konditionierung mit visio.link oder Signum PEEK Bond die Verbundfestigkeiten signifikant verbessert werden können. Keine Anwendung von zusätzlichen Adhäsivsystemen oder der Gebrauch von Z-Prime, Ambarino P60 und Clearfil Ceramic Primer führen zu einem Verbund. Ein Einfluss des Befestigungsmaterials wurde hier nicht beobachtet.

3. Eine Kombination aus mechanischem und chemischem Verbund zu PEEK-basierten Werkstoffen

Im Folgenden wird die Kombination zwischen der mechanischen und chemischen Haftung dargestellt. Da die vorher geprüften Adhäsivsysteme keine eindeutige Verbesserung der Haftwerte zeigten, wird hier nur auf die Kombination zwischen den unterschiedlichen PEEK-Oberflächenvorbehandlungen und den Adhäsiven mit den höchsten Verbundfestigkeiten, nämlich visio.link und Signum PEEK Bond, eingegangen. Alle anderen Kombinationen können in den Originalarbeiten nachgelesen werden [22,23]. Allerdings liegen hier nur Daten über den Verbund zu Verblendkompositen vor. Die hier vorgestellten Resultate wurden alle im Zugverbundfestigkeitstest geprüft.

Im ersten Teil wird die Kombination auf unvorbehandelten, korundgestrahlten, mit Piranhasäure-geätzten sowie zuerst korundgestrahlten und anschließend mit Piranhasäure-geätzten PEEK-Substraten getestet. Die detaillierten Vorgehensweisen bei den Vorbehandlungen wurden bereits oben beschrieben. Als Verblendkunststoffe wurden Signum Composite und Signum Ceramis gewählt. Nach der Prüfkörperherstellung fand eine 60-tägige Wasserlagerung bei 37 °C mit anschließendem Thermolastwechsel (5 °C/55 °C) mit 5.000 Zyklen statt. Die Prüfkörperanzahl pro Gruppe betrug hier 16 Prüfkörper.

Die erzielten Zugfestigkeiten sind als Boxplot in der Abbildung 8 und die Mittelwerte mit der Standardabweichung in der Tabelle 7 dargestellt. Visio.link zeigte keine signifikanten Unterschiede der Vorbehandlung unabhängig von dem Verblendkunststoff (p > 0,05). Signum PEEK Bond hingegen zeigte bei Signum Composite auf mit Piranhasäure geätzten Oberflächen eine signifikant tiefere Haftung als bei der korundgestrahlten Oberfläche (p = 0,002). Bei Signum Ceramis wurden bei den unbehandelten Oberflächen signifikant kleinere Festigkeiten beobachtet als bei den korundgestrahlten und anschließend geätzten PEEK-Flächen (p = 0,005). Nur innerhalb der Signum Composite-Gruppen wurden beim Vergleich der Adhäsivsysteme für visio.link signifikant höhere Zugfestigkeiten beobachtet als für Signum PEEK Bond in den geätzten Gruppen mit (p < 0,001) und ohne (p = 0,004) zusätzliches Korundstrahlen. Alle anderen Kombinationen zeigten keinen Einfluss von Adhäsivsystemen. In Bezug auf den verwendeten Verblendkunststoff wurden auf den mit und ohne vorheriges Korundstrahlen, mit Piranhasäuregeätzten PEEK-Oberflächen in Kombination mit Signum PEEK Bond signifikant höhere Werte für den Verblendkunststoff Signum Ceramics beobachtet als für Signum Composite (p = 0,016). Wurden allerdings die PEEK-Oberflächen geätzt und anschließend mit visio.link vorbehandelt, so zeigte Sig-num Composite höhere Zugfestigkeiten als Signum Ceramis (p = 0,032).

  • Abb. 8: Zugfestigkeiten in Bezug auf die Kombination vom mechanischen und chemischen Verbund von verblendeten PEEKOberflächen mit Signum Composite und Signum Ceramis.
  • Tab. 7: Zugfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Verblendkunststoff nach 60 Tagen Wasserlagerung bei 37 °C und anschließend 5.000 Thermolastwechselzyklen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Zugfestigkeiten zwischen den unterschiedlichen Vorbehandlungen innerhalb eines Adhäsivsystems eines Verblendkunststoffes. * Daten aus [22] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 8: Zugfestigkeiten in Bezug auf die Kombination vom mechanischen und chemischen Verbund von verblendeten PEEKOberflächen mit Signum Composite und Signum Ceramis.
  • Tab. 7: Zugfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Verblendkunststoff nach 60 Tagen Wasserlagerung bei 37 °C und anschließend 5.000 Thermolastwechselzyklen. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Zugfestigkeiten zwischen den unterschiedlichen Vorbehandlungen innerhalb eines Adhäsivsystems eines Verblendkunststoffes. * Daten aus [22] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.

Im zweiten Teil wird die Kombination auf Schwefelsäureoder Piranhasäure-geätzten PEEK-Oberflächen sowie unvorbehandelten Prüfkörpern, verblendet mit den Kunststoffen Sinfony und VITA VM LC, untersucht. Nach der Prüfkörperherstellung wurden diese 60 Tage lang in destilliertem Wasser bei 37 °C gelagert. Jede Gruppe bestand hier aus 20 Prüfkörpern. Tabelle 8 und die Abbildung 9 präsentieren die Resultate. Auch bei diesen Untersuchungen zeigte visio.link keine signifikanten Unterschiede der Vorbehandlung, unabhängig von dem Verblendkunststoff (p > 0,05). Signum PEEK Bond in Verbindung mit Sinfony ergab nach der Schwefelsäureätzung eine signifikant tiefere Haftung als auf den nicht vorbehandelten Oberflächen (p = 0,027). In Kombination mit VITA VM LC wurde nach der Piranhasäureätzung eine signifikant kleinere Verbundfestigkeit als bei der Schwefelsäureätzung oder den unvorbehandelten PEEK-Flächen beobachtet (p < 0,001). Generell zeigten die Gruppen, die mit Sinfony verblendet waren, signifikant höhere Zugfestigkeiten als jene mit VITA VM LC (p < 0,001). Beim Vergleich zwischen den Adhäsivsystemen wurden, unabhängig von dem Verblendkunststoff, bei den unvorbehandelten Gruppen (p < 0,001) sowie den Gruppen, die mit Schwefelsäure geätzt (p < 0,001) wurden, signifikant höhere Werte nach der Konditionierung mittels Signum PEEK Bond beobachtet. Nach der Vorbehandlung mit Piranhasäure wurden keine Unterschiede in Bezug auf das Adhäsivsystem gefunden.

  • Tab. 8: Zugfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Verblendkunststoff nach 60 Tagen Wasserlagerung bei 37 °C. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Zugfestigkeiten zwischen den unterschiedlichen Vorbehandlungen innerhalb eines Adhäsivsystems eines Verblendkunststoffes. * Daten aus [23] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 9: Zugfestigkeiten in Bezug auf die Kombination vom mechanischen und chemischen Verbund von verblendeten PEEKOberflächen mit Sinfony und VITA VM LC.
  • Tab. 8: Zugfestigkeiten zwischen unterschiedlich konditionierten PEEK-Substraten und Verblendkunststoff nach 60 Tagen Wasserlagerung bei 37 °C. Alle Werte sind in MPa. abc Unterschiedliche Buchstaben präsentieren signifikant unterschiedliche Wertebereiche für die Zugfestigkeiten zwischen den unterschiedlichen Vorbehandlungen innerhalb eines Adhäsivsystems eines Verblendkunststoffes. * Daten aus [23] und aktuelle Berechnungen auf Basis der Datenbank von Dr. Stawarczyk, Zahnklinik München.
  • Abb. 9: Zugfestigkeiten in Bezug auf die Kombination vom mechanischen und chemischen Verbund von verblendeten PEEKOberflächen mit Sinfony und VITA VM LC.

Diskussion

Ein effektiver und dauerhafter Verbund zwischen Polyetheretherketon (PEEK) und weiteren Kunststoffen ist die Voraussetzung für den zahnmedizinischen Einsatz dieses Werkstoffes als Zahnersatzmaterial. Diese Daten zeigen, dass grundsätzlich mit Verblendkompositen und mit Befestigungsmaterialien ein Verbund zu PEEK-Oberflächen erreicht werden kann. Dazu ist auf jeden Fall eine Oberflächenvorbehandlung notwendig. Korundstrahlen, Silikatisieren, Ätzen mittels Piranhasäure und Plasmavorbehandlung führen zu einer Verbesserung der Oberflächeneigenschaften, jedoch nicht der Haftung zu adhäsiven Materialien. Normalerweise erhöhen Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche, die durch eine maschinelle oder chemische Vorbehandlung entstehen, die Benetzbarkeit sowie die Rauigkeit der Oberfläche und erlauben dem niedrigviskosen Material, in die Unebenheiten einzufließen, wodurch die mechanische Retentionen und somit die Haftfestigkeitswerte im Vergleich mit glatten Oberflächen steigen [26–28]. Das war hier nicht der Fall; es wurden keine Korrelationen zwischen der Oberflächenrauigkeit und Verbundfestigkeit sowie der Oberflächenspannung und Verbundfestigkeit gefunden. In Übereinstimmung mit einer früheren Studie, welche die Haftfestigkeit zu unterschiedlich vorbehandelten PEEK-Oberflächen untersuchte, zeigen auch unsere Resultate nach dem Korundstrahlen (110 µm Al2O3) höhere Verbundfestigkeiten zu Verblendkunststoffen [26]. Jedoch kann diese Aussage nicht für Befestigungsmaterialien bestätigt werden. Eine implementierte und einfache Vorbehandlung ist ein wichtiger Faktor, um eine dauerhafte Bindung zu PEEK zu erzeugen. Während Korundstrahlen die Mikrorauigkeiten der PEEK-Oberfläche verbessert, erhöht die Behandlung mit Piranha-/Schwefelsäure nur die Anzahl der funktionellen Gruppen auf der Oberfläche. Die Piranhasäure besteht aus einer Lösung von Schwefelsäure (H2SO4) und Wasserstoffperoxid (H2O2) mit dem chemischen Begriff Peroxymonoschwefelsäure (H2SO5). Es hat stark oxidierende Eigenschaften und ist daher in der Lage, die meisten organischen Reste zu entfernen. Dadurch erhöht sich die Oberflächenpolarität und aufgrund des Brechens des aromatischen Rings nimmt die Anzahl der für die Bindung wirksamen funktionellen Gruppen zu. Der atomare Sauerstoff, entstanden durch die Reaktion von Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, ist in der Lage, mit dem Benzolring des PEEK zu reagieren [26]. Dennoch zeigten unsere Untersuchungen keinen signifikant positiven Einfluss der Vorbehandlung mit Piranhasäure auf die Verbundfestigkeiten zu dentalen Kompositen. Dies ist in Übereinstimmung mit einer früheren Studie, die auch eine geringe Haftung auf nur mit Piranhasäure geätzten PEEK-Oberflächen beobachtet [26]. Ausnahme war der Ätzvorgang mit konzentrierter Schwefelsäure; hier wurden gleichzeitig gute Ergebnisse in Bezug auf die Oberflächeneigenschaften sowie den Verbund beobachtet. Alle Verblendkunststoffe und Befestigungsmaterialien in diesen Untersuchungen ergaben die höchste Scherfestigkeit nach dieser Vorbehandlung ohne Verwendung von weiteren Adhäsivsystemen. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass Schwefelsäure bei solchen hohen Konzentration (98 %) gefährlich ist und bei Kontakt mit der Haut zu schweren gesundheitlichen Schäden führen kann. Daher kann die Vorbehandlung der PEEK-Oberfläche mittels Schwefelsäure weder direkt am Patientenstuhl noch im zahntechnischen Labor stattfinden. Denkbar wäre aber ein industrielles Fräsen der Restauration mit sofortiger Vorbehandlung der PEEK-Oberfläche mit 98%iger Schwefelsäure. Eine weitere Möglichkeit wäre eine Neuentwicklung von Schwefelsäuregels, welche anwenderfreundlicher bei der Applikation wären. Des Weiteren wurde in unseren Vorversuchen beobachtet, dass andere Säuren, wie Salzsäure oder Salpetersäure, auch bei hohen Konzentrationen keine PEEK-Oberflächenveränderungen erzeugen (Daten nicht publiziert). Das Ätzen mittels Schwefelsäure führt wahrscheinlich bei PEEK-Substraten zu einer sehr porösen und offenporigen Oberfläche, die leichter von den Kompositen durchdrungen werden kann (Abb. 4D). So kann jedoch behauptet werden, dass Komposite an PEEK-Oberflächen nach einer Vorbehandlung mittels Schwefelsäure binden können. Zusätzliche Studien sind jedoch erforderlich, um den Einfluss der Alterung unter thermomechanischen Belastungsbedingungen und den mechanischen Widerstand der klinischen Belastungsbedingungen zu untersuchen. Es ist interessant zu schauen, welchen Einfluss der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient von PEEK auf den Verbund zu Kompositen hat. Alle anderen Vorbehandlungen, die den mechanischen Verbund erzeugen können, sind bei PEEK-Werkstoffen nicht effizient.

Eine Plasmavorbehandlung, um PEEK-Oberflächen zu modifizieren, hat bereits den Einsatz der Biomaterialien in der Orthopädie sowie bei Wirbelsäulenimplantaten möglich gemacht [12]. Plasma steigert die Biokompatibilität in Bezug auf die Interaktion zwischen den Zellen und Substraten [29,30]. Die Plasmaanwendung zeigt eine andere Auswirkung in Bezug auf die Verbundfestigkeit zu anderen Werkstoffen, da PEEK ein thermoplastisches organisches Polymer mit hochvernetzten Strukturen ist. Es fehlen jedoch ausreichende funktionelle Gruppen, um mit anderen Methacrylaten, welche in den meisten dentalen Kompositen enthalten sind, zu polymerisieren. Daher kann eine nur begrenzte chemische Haftung zwischen diesen Werkstoffen erwartet werden. Jedoch können mit der Plasmabehandlung die Oberflächen von einigen Polymeren hinsichtlich der Hydrophilie durch Bildung von sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen verbessert werden, wie C = O und -OH [31]. Dabei soll die Zusammensetzung des Plasmagases der chemischen Struktur des Polymers entsprechen, um die Hafteigenschaften zu verbessern [32]. Die Datenlage für Informationen zur Plasmabehandlung auf PEEK-Oberflächen in der prothetischen Zahnheilkunde ist sehr knapp und die Empfehlungen für die sorgfältige Auswahl der Plasmageräte fehlen komplett. Bei Epoxidharzen kann Sauerstoff als Prozessgas für PEEK-Oberflächen zu maximalen Scherfestigkeit von 34 MPa führen [33]. Interessanterweise wurde berichtet, dass die Verwendung von Luft als Prozessgas zu nur gering kleineren Verbundfestigkeiten als andere Prozessgase führt [34]. In diesen Untersuchungen wurde eine Kaltgasplasmabehandlung unter Verwendung von Heliumgas angewendet. Eine Studie von Yavirach et al. [31] untersuchte die Auswirkungen der verschiedenen Plasmabehandlungen auf die Haftfestigkeiten zwischen Glasfaserstiften und einem Komposit-Aufbaumaterial. Es wurde berichtet, dass die Stiftart, die Plasmabehandlung sowie die Interaktion zwischen diesen Parametern die Ergebnisse signifikant beeinflussen. Grundsätzlich konnte ein positiver Effekt der Plasmavorbehandlung beobachtet werden. Die Studie verwendete ein Kompositstumpf-Aufbaumaterial auf Dimethacrylat-Basis mit anorganischen Füllstoffen. Unsere Originalstudie zeigt aber, dass weder die Plasmabehandlung allein noch die Kombination mit weiteren Adhäsivsystemen eine signifikante Verbesserung der Resultate ergab [21].

Außerdem zeigen unsere Daten, dass bei der Verwendung von zusätzlichen Adhäsiven ebenfalls gute Haftwerte ohne weitere PEEK-Oberflächenvorbehandlung erreicht werden können. Die chemische Zusammensetzung des Adhäsivsystems spielt dabei eine wichtige Rolle bei der Schaffung eines Verbundes zwischen den beteiligten Materialien. Visio. link und Signum PEEK Bond erreichen in all unseren Untersuchungen die höchsten Verbundfestigkeiten, unabhängig vom Befestigungs- bzw. Verblendmaterial. Visio.link enthält Pentaerythrittriacrylat (PETIA) als Lösungsmittel, Methylmethacrylat (MMA)-Monomere sowie weitere Dimethacrylate. Es kann spekuliert werden, dass PETIA die Funktion hat, die PEEK-Oberfläche aufzulösen, während die MMA-Monomere sie aufquellen und die Dimethacrylate die Polymerisation ermöglichen, sofern die zu bindenden Kunststoffe ebenfalls Methacrylate enthalten. Im Gegensatz dazu führt die Verwendung von Clearfil Ceramic Primer, das 10-Methacryloyloxydecyldihydrogenphosphate (MDP) enthält, zu keiner oder nur sehr geringer Haftfestigkeit. Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass die Phosphatgruppe des bifunktionellen MDP-Monomers nicht weiter chemisch mit dem PEEK oder dem Befestigungsmaterial/Verblendkunststoff reagieren kann. Unsere Daten zeigen auch, dass die Konditionierung mittels Z-Prime Plus, Ambarino P60 und Clearfil Ceramic Primer zu keinen Verbundfestigkeiten führt, während die Vorbehandlung mit Monobond Plus mit Heliobond leicht die Werte erhöhte. Nur die Vorbehandlung mit visio.link und Signum PEEK Bond erhöhte die Verbundfestigkeiten zu Verblendkunststoffen signifikant. Insgesamt scheint es, dass MMA-basierte Adhäsivsysteme ein wichtiger Faktor für die Erhöhung der Haftung zwischen PEEK und weiteren Kunststoffen sind. Dies wurde auch durch die Untersuchung von Kern & Lehmann bestätigt [35]. Sie zeigten, dass ein dauerhafter Verbund an PEEK-Oberflächen nur mithilfe der multifunktionellen, Methacrylat enthaltenden Adhäsive (Luxatemp Glaze & Bond) erreicht werden kann. Diese Studie ergab zusätzlich, dass die Verwendung von Adhäsiven mit Phosphat enthaltenden Monomeren zu keiner Haftung führt.

Alle hier vorgestellten Adhäsivsysteme sind von den Herstellern für die PEEK-Vorbehandlung empfohlen. Die Gebrauchsanweisungen schlagen in erster Linie die Verwendung von visio.link oder Ambarino P60 vor, um eine ausreichende Haftfestigkeit zwischen PEEK-Oberfläche und verschiedenen Kunststoffen zu erstellen. Letzteres konnte – interessanterweise – keine Haftung zu der PEEK-Oberfläche schaffen. Signum PEEK Bond hingegen ist ein experimentelles Zwei-Komponenten-Adhäsivsystem für PEEK und ist daher auch in diese Untersuchungen aufgenommen worden. Die verwendeten Verblendkunststoffe zeigten unterschiedliche Viskosität; das lässt die Unterschiede zwischen den Kunststoffen erklären. Es wurde grundsätzlich beobachtet, dass Sinfony – als ein niedrigviskoser Verblendkunststoff – im Vergleich zu den anderen Materialien höhere Verbundfestigkeiten hervorruft. Die Befestigungsmaterialen zeigten keine Variationen, was daran liegen kann, dass sie von Haus aus dünnflüssiger sind als Verblendkunststoffe, die auch teilweise als eine knetbare Masse vorliegen. Außerdem kann die hohe Viskosität der Verblendkunststoffe ebenfalls dazu beitragen, dass durch die Anwendung von niedrigviskosen lichthärtenden Adhäsivsystemen der Verbund signifikant erhöht wird.

Eine andere Studie zeigte, dass PEEK-Oberflächen, die nach dem Korundstrahlen zusätzlich mit Piranhasäure geätzt wurden, höhere Mikrorauigkeiten ergaben, welche ebenfalls die Verbundfestigkeiten erhöhten [26]. In unseren Untersuchungen zeigten nur die mit Schwefelsäure geätzten PEEK-Oberflächen die höchsten Verbundfestigkeiten, während die Ätzung mit Piranhasäure zu keiner Verbesserung führte. Wood et al. [36] berichten von Zugfestigkeitswerten mit kommerziellen Befestigungsmaterialien zwischen 11,2 und 21,1 MPa nach einer Oberflächenaufrauung mit einem Diamantbohrer und einer zusätzlichen Oberflächenreinigung mit Aceton.

Hallmann et al. [26] bewertet die Zugfestigkeit zwischen PEEK und Befestigungsmaterialien nach einer zusätzlichen Ätzung mit Piranhasäure und/oder Korundstrahlen. Nach dem Korundstrahlen und zusätzlichen Ätzen (21,4 MPa) wurden signifikant höhere Verbundfestigkeiten erreicht als auf der „nur“ geätzten PEEK-Oberfläche (11,8 MPa). Auch hier könnte die Erhöhung der Werte durch die Verwendung von ungefüllten Adhäsivsystemen (niedrigere Viskosität) entstanden sein. Je größer die Kontaktfläche, welche durch das Adhäsiv einpenetriert wird (mechanische Verankerung), ist und je mehr funktionelle Gruppen nach der chemischen Vorbehandlung vorhanden sind, desto höher die Vernetzung der Polymere [23]. Kern et al. [35] untersuchten ebenso die Wirkung der Oberflächenkonditionierung auf die Zugfestigkeit zu PEEK. Dabei wurde ein provisorisches Material nach unterschiedlichen Vorbehandlungen der PEEK-Oberfläche geprüft. Das provisorische Material sowie die Vorbehandlung mit einem Primer (Clearfil Ceramic Primer), welcher 10-MDP enthält, ergaben keine Haftung zu korundgestrahlten PEEK-Oberflächen. Darüber hinaus konnten keine ausreichenden Resultate mit einem Methylmethacrylat-freien Primer auf korundgestrahlten oder silikatisierten Flächen erreicht werden. Säureätzen der PEEK-Oberflächen wurde in dieser Studie nicht untersucht. Die höchsten Werte (14,5 ± 2,6 MPa) wurden nach dem Korundstrahlen und einer Konditionierung mit einem multifunktionellen Methacrylat-haltigen Primer gemessen. Deswegen berichten die Autoren in dieser Studie, dass multifunktionale Methacrylate in den zusätzlichen Adhäsivsystemen erforderlich sind, um eine chemische dauerhafte Bindung zu PEEK zu bekommen. Unsere Untersuchungen hingegen zeigen, dass ebenfalls eine gute Haftung nur nach dem Ätzen mittels Schwefelsäure erzielt werden kann.

Der Vergleich der Resultate mit anderen Studien mit anderen Testaufbauten ist jedoch sehr schwierig und nicht empfehlenswert. Aber es kann hier gewissenhaft betont werden, dass die Haftung auf Schwefelsäure-vorbehandelten PEEK-Oberflächen sowie nach der Konditionierung mittels visio. link oder Signum PEEK Bond mit den Verbundfestigkeiten auf anderen Substraten vergleichbar oder sogar höher ist. Die Verbundfestigkeit zu korundgestrahlten Zirkonoxidoberflächen (50 µm, 5 bar) lag zwischen 21,9 und 42,8 MPa [37] und ist vergleichbar mit unseren Ergebnissen. Im Gegensatz dazu liegt die Haftung an geätzten Lithiumdisilikatkeramiken und dem Befestigungsmaterial (Multilink Automix) zwischen 37,9 und 49,5 MPa [38]. Zugfestigkeitswerte zu diversen Legierungen liegen im Bereich zwischen 17 und 20 MPa [39]. Daher kann die Aussage gemacht werden, dass das Ätzen mit Schwefelsäure sowie die Konditionierung der PEEK-Oberfläche mit visio.link oder Signum PEEK Bond ausgezeichnete Ergebnisse zeigt.

Grundsätzlich beurteilen die Verbundfestigkeitsuntersuchungen die Qualität der Haftung. Obwohl diese Daten nicht alle individuellen Variationen der intraoralen Bedingungen replizieren, können die Aussagen dieser Untersuchung der Haftung zwischen PEEK und weiteren Kunststoffen in der Zahnmedizin für die klinische Anwendung hilfreich sein. Jedoch sollten alle Werte in klinischen Studien weiter überprüft werden. Zusammenfassend wurden gute Hafteigenschaften der Kunststoffe zu PEEK-Oberflächen abhängig von der selektiven Auswahl der Vorbehandlungs- und Konditionierungsmethode erzielt. Die Vorbehandlung mit Schwefelsäure steigert zwar den Verbund, ist aber gefährlich und kann durch Adhäsivsysteme wie z. B. visio.link oder Signum PEEK Bond ersetzt werden.

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