Digitale Praxis

Studie: Verbundfestigkeiten zwischen unterschiedlich vorbehandelten CAD/CAM-Kompositen und Reparaturkompositen

CAD/CAM-Komposite chairside reparieren – aber wie?

Abb. 1: Lava(TM) Ultimate CAD/CAM-Rohlinge.

Bei der Reparatur einer direkten Kompositrestauration führt der Zahnarzt üblicherweise eine Vorbehandlung der Oberfläche des Kunststoffs durch Sandstrahlen durch, verwendet einen Silan-Haftvermittler, ein Adhäsivsystem und anschließend ein Reparaturkomposit. Doch wie sollte man bei der Reparatur von CAD/CAM-Kompositen vorgehen? In der vorliegenden, kürzlich erstveröffentlichten Studie konnte gezeigt werden, dass eine Vorbehandlung der Oberfläche von CAD/CAM-Kunststoffen und eine zusätzliche Konditionierung mit Adhäsiven die Verbundfestigkeit bei einer Reparatur erhöhen – klare Hinweise darauf, wie sich eine Erfolg versprechende Reparatur chairside gestalten sollte.

Kunststoffe, welche mittels Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing (CAD/CAM)-Technologie gefräst werden, können für hochwertige Langzeitrestaurationen eingesetzt werden [1]. Die CAD-Konstruktion und die CAM-Fertigung der Restaurationen können sowohl im Labor als auch direkt in der Zahnarztpraxis durchgeführt werden. Vorteile dieser Restaurationsart sind die wesentlich geringere Behandlungsdauer sowie der Verzicht auf eine provisorische Chairside-Versorgung [4].

Aufgrund der standardisierten industriellen Polymerisation der CAD/CAM-Polymerrohlinge, welche unter hohem Druck und Temperatur geschieht, können deutlich höhere physikalische und mechanische Eigenschaften des Werkstoffes als die der konventionell polymerisierten (direkte/indirekte Provisorien) Werkstoffe erreicht werden [4–7]. Studien berichten nicht nur von verbesserten mechanischen Eigenschaften, sondern auch von geringeren Verfärbungsraten [8] und einer höheren Abrasionsbeständigkeit [9] im Vergleich zu den herkömmlich polymerisierten Kunststoffen. Des Weiteren werden die manuellen Herstellungsfehler, die durch die Anwenderperson entstehen, minimiert und somit die Qualität der Rohlinge verbessert [8]. Speziell für dünn auslaufenden Zahnersatz zeigen CAD/CAM-gefräste Polymerrestaurationen eine höhere Kantenstabilität als Glaskeramikrestaurationen [9–11]. Das Material, LavaTM Ultimate (3M Espe, Seefeld, Abb. 1), wird immer häufiger von Zahntechnikern und Zahnärzten verwendet. Es ist ein mit Nanofüllstoffen hochgefülltes Komposit, welches vom Hersteller als Resin Nano Ceramic (RNC) vertrieben wird. Dieses Komposit enthält Nanomer- und Nanocluster-Füllstoffe (Kieselsäurenanomere mit 20 nm Durchmesser und Zirkonoxidnanomere mit 4 bis 11 nm Durchmesser) mit einem Gesamtfüllstoffgehalt von ca. 80 Gew.%. Die Nanopartikel sind mit einem Silan-Haftvermittler mittels eines proprietären Verfahrens vorbehandelt. Diese funktionalen Silane binden chemisch sowohl an die Nanofüllkörper als auch an die organische Polymermatrix. Der Hersteller hat dieses CAD/CAM-Komposit für Langzeitrestaurationen zugelassen.

Ein weiterer Vorteil von CAD/CAM-Kompositen gegenüber Glaskeramikrestaurationen ist der geringe Verschleiß gegenüber den Antagonisten, vor allem den Schmelzantagonisten [12–15]. Allerdings ist der Verschleiß der CAD/CAM-Kunststoffe im Vergleich zu Glaskeramiken extrem hoch [9]. Deswegen sowie aufgrund der schnellen und günstigen Herstellung dieser Kompositrestaurationen [4] sollte jedoch eine Möglichkeit gegeben sein, diese Komposite als Langzeitrestaurationen einzusetzen. Dies wirft die Frage auf, ob abradierte CAD/CAM-Kunststoffrestaurationen nach einer gewissen Tragedauer mit Komposit aufgebaut bzw. bei einer kleineren Fraktur sogar mittels Komposit repariert werden können. Derzeit wird der Verbund der CAD/CAM-Kunststoffe zu weiteren Kunststoffen kritisch diskutiert, da aufgrund der standardisierten Polymerisationsverfahren kaum freie Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen auf der Oberfläche dieser CAD/CAM-Kunststoffe vorliegen, welche an weitere Kunststoffe binden könnten. Untersuchungen über die Bindungsstärke zwischen CAD/CAM-Kunststoffen und Kompositen haben gezeigt, dass neben einer Oberflächenaufrauung mittels Korundstrahlen eine zusätzliche Anwendung von Adhäsivsystemen erforderlich ist [17–20].

Im Vergleich zu Glaskeramikrestaurationen, welche eine Vorbehandlung mit Flusssäure benötigen, fällt das Behandlungsrisiko einer intraoralen Reparatur bei CAD/CAM-Kunststoffrestaurationen geringer aus, da diese etwas risikoreichere Vorbehandlung hier entfällt [16]. Die gegenüber den aufwendig geschichteten Glaskeramikkronen etwas schlechteren ästhetischen Eigenschaften der monolithischen CAD/CAMKompositrestaurationen können durch eine Charakterisierung bzw. Optimierung der gefrästen Kunststoffgerüste mit weiteren Verblendkunststoffen verbessert werden [2].

Es ist anzunehmen, dass die Reparatur von CAD/CAM-Kunststoffen ähnlich erfolgen kann, wie die bereits gut untersuchte Reparatur der direkten Kompositrestaurationen [16]. Dort ist eine Vorbehandlung der Kompositoberfläche durch Sandstrahlen, die Anwendung eines Silan-Haftvermittlers, eines Adhäsivsystems und anschließend eines Reparaturkomposits notwendig [2].

Um die Herstellungsschritte des Verbundes zu vereinfachen, wurden vor Kurzem Universal-Adhäsivsysteme auf den Markt gebracht. Diese benötigen weniger Arbeitsschritte und geben somit weniger Chancen, Fehler in die Arbeitsprozesse einzubringen. Sie beinhalten – neben den Methacrylatmonomeren – Silane oder Phosphatmonomere, welche einen hervorragenden Verbund zu Metallen, Glas- und Oxidkeramiken liefern. Das Ziel dieser Untersuchung war es daher, die Effektivität einer Reparatur von künstlich gealterten CAD/CAM-Kompositen nach unterschiedlicher Oberflächenvorbehandlung und Verwendung verschiedener Komposite als Reparaturmaterial zu untersuchen. Da eine Kontamination der sandgestrahlten Kompositoberfläche mit Wasser oder Phosphorsäure während einer restaurativen Versorgung klinisch auftreten kann, sollten innerhalb dieser Untersuchung ebenso diese Bedingungen simuliert und deren Auswirkungen auf die Reparatureffizienz untersucht werden.

Material und Methode

Diese Studie untersuchte die Zugverbundfestigkeiten von dem künstlich gealterten und unterschiedlich vorbehandelten CAD/CAM-Komposit Lava Ultimate (3M Espe, Seefeld) in Kombination mit zwei verschiedenen Reparaturkompositen, nämlich GrandioSo und Arabesk Top (Voco, Cuxhaven). Für die Reparatur von industriell polymerisierten CAD/CAM-Kunststoffen ist es praktisch unmöglich, eine kohäsive Verbundfestigkeit für eine Kontrollgruppe herzustellen. Daher wurde keine kohäsive Haftfestigkeit gemessen. Die Zusammensetzungen und die Chargennummern der getesteten Materialien sind in Tabelle 1 dargestellt.

  • Tab. 1: Die in dieser Untersuchung verwendeten Materialien, deren Zusammensetzung und die Applikationsschritte. Abkürzungen: Bis-EMA, Bisphenol-A-Polyethylenglycol-Diether-Dimethacrylat; Bis-GMA, Bisphenol-A-Diglycidyl-Ether-Dimethacrylat; TEGDMA, Triethylenglycol-Dimethacrylat; UDMA, Urethan Dimethacrylat; HEMA, Hydroxyethylmethacrylat; DM, Dimethacrylat; HEDMA, Hydroxyethyldimethacrylat.
  • Abb. 2: Siliziumoxid beschichtetes Aluminiimoxid Sand. CoJet Sand wird für Chairside-Vorbehandlungen eingesetzt.
  • Tab. 1: Die in dieser Untersuchung verwendeten Materialien, deren Zusammensetzung und die Applikationsschritte. Abkürzungen: Bis-EMA, Bisphenol-A-Polyethylenglycol-Diether-Dimethacrylat; Bis-GMA, Bisphenol-A-Diglycidyl-Ether-Dimethacrylat; TEGDMA, Triethylenglycol-Dimethacrylat; UDMA, Urethan Dimethacrylat; HEMA, Hydroxyethylmethacrylat; DM, Dimethacrylat; HEDMA, Hydroxyethyldimethacrylat.
  • Abb. 2: Siliziumoxid beschichtetes Aluminiimoxid Sand. CoJet Sand wird für Chairside-Vorbehandlungen eingesetzt.

  • Abb. 3: Cimara Siliziumkarbid-Schleifer zur Oberflächenaufrauung.
  • Abb. 3: Cimara Siliziumkarbid-Schleifer zur Oberflächenaufrauung.

Es wurden 900 Plättchen (3 mm dick x 5 mm breit x 5 mm lang) aus den CAD/CAM-Rohlingen Lava Ultimate in einer vollautomatischen Trennmaschine (Secotom-50, Struers, Ballerup/Dänemark) unter Wasserkühlung geschnitten. Diese Scheiben wurden danach in einen selbsthärtenden Zweikomponenten- Acrylharz (ScandiQuick, Scandiumoxid, Hagen) eingebettet und die Klebeflächen unter Wasserkühlung bis zu SiC P2400 (Tegramin-20, Struers) poliert. Danach wurden alle polierten Substrate 10.000 Thermalzyklen zwischen 5 °C und 55 °C mit einer Verweilzeit von 20 Sekunden in jedem Wasserbad gealtert (Thermocycler-1100, SD Mechatronik, Feldkirchen-Westerham). Damit sollte eine künstliche Alterung vor der Reparatur der CAD/CAM-Kunststoffrestaurationen simuliert werden. Dann wurden die Prüfkörper nach dem Zufallsprinzip in drei Vorbehandlungsgruppen (n = 300) unterteilt:

  1. Sandstrahlen trocken mit CoJet (3M Espe, Abb. 2)
  2. Sandstrahlen nass mit CoJet und
  3. Oberflächenaufrauung mittels Siliziumkarbid-Schleifer Cimara (Voco, Abb. 3).

Die detaillierten Schritte der Vorbehandlung sind in Tabelle 1 dargestellt. Unmittelbar nach der Vorbehandlung wurde jeweils eine Hälfte (n = 150) jeder vorbehandelten Gruppe zusätzlich mit Phosphorsäure gereinigt und die andere Hälfte (n = 150) nur mit destilliertem Wasser abgespült.

  • Abb. 4: Universaladhäsiv Futurabond U.
  • Abb. 5: Adhäsiv One Coat Bond.
  • Abb. 4: Universaladhäsiv Futurabond U.
  • Abb. 5: Adhäsiv One Coat Bond.

  • Abb. 6: Universaladhäsiv Scotchbond Universal.
  • Abb. 7: Adhäsivsystem visio.link.
  • Abb. 6: Universaladhäsiv Scotchbond Universal.
  • Abb. 7: Adhäsivsystem visio.link.

Danach wurden die Prüfkörper in 5 Hauptgruppen für unterschiedliche Konditionierungsverfahren wie folgt eingeteilt (n = 30):

  1. Futurabond U (Voco, Abb. 4)
  2. One Coat Bond (Coltène, Abb. 5)
  3. Scotchbond Universal (3M Espe, Abb. 6)
  4. visio.link (bredent, Abb. 7 )
  5. kein Adhäsivsystem (Kontrollgruppe)

Die Applikationsschritte sind in Tabelle 1 dargestellt. Anschließend wurden die konditionierten Prüfkörper unter Verwendung von zwei verschiedenen Kompositmaterialien (Arabesk Top und GrandioSo, n = 15 pro Komposit) repariert. Für den Reparaturvorgang wurden die Prüfkörper in einer Haltevorrichtung mit einem auf der Klebefläche fixierten Acrylzylinder (SD Mechatronik) mit einem Innendurchmesser von 2,9 mm eingespannt. Dann wurde der auf dem CAD/CAM-Kunststoff positionierte Acrylzylinder mit Komposit gefüllt und axial mit 100 g belastet. Die Lichtpolymerisation erfolgte mit einer LED-Polymerisationslampe (VALO, Ultradent Products Inc., South Jordan, UT, USA Standard-Power-Modus, 1.176 mW/cm²). Dabei wurde der transparente Acrylzylinder in 3 Sequenzen jeweils 20 Sekunden lang belichtet. Anschließend wurden die Prüfkörper für 24 Stunden bei 37 °C in destilliertem Wasser gelagert und zusätzlich mit 10.000 Thermalzyklen zwischen 5 °C und 55 °C mit einer Verweilzeit von 20 Sekunden pro Wasserbad gealtert.

Für die Zugverbundfestigkeitsmessungen wurde die Universal- Prüfmaschine (MCE 2000 ST, Quicktest, Langenfeld) verwendet. Dazu wurden die Prüfkörper in einer speziellen Vorrichtung positioniert und axial bis zum Bruch (Debonding) mit der Vorschubgeschwindigkeit 5 mm/min gezogen. Die erzielte Kraft bis zum Debonding des Zylinders wurde anschließend durch die Klebefläche des Zylinders dividiert und so die Verbundfestigkeit errechnet.

Die Bruchbildanalyse der gemessenen Prüfkörper wurde unter einem Stereomikroskop (Axioskop 2Mat, Carl Zeiss Microscopy, LLC, Thornwood, NY, USA) durchgeführt. Die Bruchmechanismen wurden in drei unterschiedliche Typen eingeteilt:

  1. adhäsive Bruchbilder, wenn der Bruch im Interface zwischen dem CAD/CAM-Material und dem Komposit entstand,
  2. kohäsive Bruchbilder, wenn der Bruch im CAD/CAM-Material oder im Komposit entstand, und
  3. gemischte Bruchbilder (adhäsiv und kohäsiv gleichzeitig).

Alle Prüfkörper, welche bereits während des Thermolastwechsels debonded waren, wurden als Pre-Failure bezeichnet und bei der Auswertung mit 0 MPa erfasst. Die erzielten Messdaten wurden im ersten Schritt mittels der deskriptiven Statistik ausgewertet. Die Normalverteilung der Daten wurde mithilfe des Kolmogorov-Smirnov- sowie des Shapiro-Wilk-Tests geprüft. Vier- und einfaktorielle ANOVA, gefolgt vom Scheffé Post-hoc-Test wurden eingesetzt, um die signifikanten Unterschiede zwischen den Vorbehandlung oder den Konditionierungsmethoden zu bestimmen. Der Einfluss der Reinigung mit Phosphorsäure sowie der Einfluss der Reparaturkomposite wurden jeweils mit einem ungepaarten zwei Stichproben-t-Test ausgewertet. Die relativen Häufigkeiten der Bruchtypen nach der Verbundfestigkeitsmessung wurden zur Verfügung gestellt. Ein Chi2-Test wurde verwendet, um Unterschiede in den Häufigkeiten der verschiedenen Bruchtypen in den Gruppen zu detektieren. Die statistischen Tests wurden mit SPSS-Version 20.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) durchgeführt.

Ergebnisse

  • Tab. 2: Verbundfestigkeitswerte für jede gemessene Gruppe, getrennt aufgeteilt nach den Reparaturkompositen a) GrandioSo und b) Arabesk Top (MW: Mittelwert, SD: Standardabweichung, MPa: Megapascal)

  • Tab. 2: Verbundfestigkeitswerte für jede gemessene Gruppe, getrennt aufgeteilt nach den Reparaturkompositen a) GrandioSo und b) Arabesk Top (MW: Mittelwert, SD: Standardabweichung, MPa: Megapascal)
Der größte Einfluss auf die Verbundfestigkeit wurde durch die Konditionierverfahren ausgeübt (partielle eta quadrat (?P² = 0,273, p < 0,05), gefolgt vom Reparaturkomposit (?P² = 0,07, p < 0,05) und den Vorbehandlungsverfahren (?P² = 0,032, p < 0,05). Die Kontamination mit Phosphorsäure nach der Oberflächenvorbehandlung übte hingegen keinen signifikanten Effekt auf den Verbund aus (p = 0,154). Die binären, ternären oder quaternären Kombinationen der vier Parameter zeigten lediglich für die Kombinationen: Vorbehandlungsverfahren und Kontamination (?P² = 0,011, p < 0,05), Vorbehandlungsverfahren und Reparaturkomposit (?P² = 0,015, p < 0,05) oder Konditionierungsverfahren und Kontamination (?P² = 0,015, p < 0,05) eine signifikante Wirkung.

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

Auswirkungen der Vorbehandlung von CAD/CAM Resin Nano Ceramic (RNC)

Gruppen ohne Kontamination zeigten signifikant niedrigere Verbundfestigkeitswerte, wenn die Vorbehandlung mit dem Cimara-Schleifer im Vergleich zu einer Sandstrahlung mit CoJet (trocken oder nass) vorgenommen worden war, für folgende Kombinationen: Scotchbond Universal und GrandioSo (p = 0,019), kein Konditionierverfahren und GrandioSo (p < 0,001) oder visio.link und Arabesk Top (p = 0,009).

Im Gegensatz dazu, wenn eine Kontamination berücksichtigt wurde, zeigte die Vorbehandlung einen signifikanten Einfluss auf die Verbundfestigkeit lediglich, wenn eine Konditionierung mit One Coat Bond stattgefunden hatte. Somit zeigten Gruppen, die mit GrandioSo repariert worden waren, signifikant höhere Verbundfestigkeitswerte, wenn ein CoJet- Nassverfahren im Vergleich zu einem CoJet-Trockenverfahren oder einer Behandlung mit einem Cimara-Schleifer (p = 0,01) angewandt worden war. Innerhalb der Gruppen, die Arabesk Top als Reparaturkomposit enthielten, verursachte eine Behandlung mit dem Cimara-Schleifer signifikant niedrigere Werte als eine CoJet-Nassbehandlung (p = 0,036).

Auswirkungen der Kontamination mit Phosphorsäure nach der Vorbehandlung von CAD/CAM-Komposit

Es konnten keine schlüssigen Ergebnisse für den Einfluss einer Säurekontamination nach der Vorbehandlung von CAD/CAM-Restaurationen gefunden werden. In Gruppen, die mit GrandioSo repariert worden waren, zeigte die Behandlung mit dem Siliziumkarbid-Schleifer, wenn keine weitere Konditionierung der Oberfläche stattgefunden hatte, signifikant höhere Verbundfestigkeitswerte, wenn eine Kontamination stattgefunden hatte, als ohne Kontamination (p = 0,033). Die mit Arabesk Top reparierten Gruppen zeigten eine positive Wirkung einer Kontamination nach einer Behandlung mit CoJet (feucht) und Konditionierung mit Futurabond U (p = 0,005) oder Scotchbond Universal (p = 0,023) sowie für die Behandlung mit dem Siliziumkarbid-Schleifer und der Konditionierung mit visio.link (p = 0,021). Ein negativer Einfluss der Kontamination wurde für CoJet trocken ohne Konditionierung (p = 0,04) und CoJet feucht, konditioniert mit One Coat Bond (p = 0,036) festgestellt. Die übrigen Gruppen zeigten keine Auswirkung einer Kontamination auf die Verbundfestigkeit (p > 0,05).

Einfluss der Konditionierung

GrandioSo, Abb. 8

  • Abb. 8: Komposit GrandioSo mit 89 Gew.% Füllstoffe.

  • Abb. 8: Komposit GrandioSo mit 89 Gew.% Füllstoffe.
Innerhalb der Gruppen, die mit CoJet trocken ohne Kontamination behandelt worden waren, führte eine Konditionierung mit Scotchbond Universal zu deutlich höheren Verbundfestigkeitswerten als in nichtkonditionierten Gruppen oder welchen, die mit One Coat Bond (p < 0,001) konditioniert wurden. Wurde die Kontamination berücksichtigt, so führte eine Konditionierung mit One Coat Bond oder keine Konditionierung zu deutlich niedrigeren Verbundfestigkeitswerten als eine Konditionierung mit Futurabond U, Scotchbond Universal oder visio.link (p < 0,001).

Die mit dem CoJet-Nassverfahren behandelten Gruppen ohne Kontamination zeigten signifikant höhere Verbundfestigkeitswerte als die nichtkonditionierte Gruppe (p = 0,002) oder mit visio.link und Scotchbond Universal konditionierten Gruppen. Innerhalb der Gruppen mit Kontamination zeigten Gruppen ohne Konditionierung die signifikant niedrigsten Verbundfestigkeitswerte (p < 0,001). Die verbleibenden Konditionierungsverfahren zeigten keine Unterschiede (p > 0,05). Für die Vorbehandlung mit dem Cimara-Schleifer ohne Berücksichtigung einer Kontamination führte die Abwesenheit einer Konditionierung zu niedrigeren Verbundfestigkeiten, als wenn eine Konditionierung stattgefunden hatte (p < 0,001). Innerhalb der Gruppen mit kontaminierter Fläche wurden signifikant höhere Verbundfestigkeitswerte für Scotchbond Universal und visio.link im Vergleich zur nichtkonditionierten Gruppe gefunden (p = 0,001).

Arabesk Top, Abb. 9

  • Abb. 9: Komposit Arabesk Top mit 77 Gew.% Füllstoffe.

  • Abb. 9: Komposit Arabesk Top mit 77 Gew.% Füllstoffe.
In Gruppen, die mit CoJet trocken vorbehandelt und nicht kontaminiert worden waren, zeigten mit visio.link konditionierte Gruppen signifikant höhere Verbundfestigkeitswerte als Gruppen ohne Konditionierung (p = 0,006). Innerhalb der kontaminierten Gruppen hingegen erreichten nichtkonditionierte Gruppen signifikant niedrigere Werte als solche, die mit Scotchbond Universal (p < 0,001) konditioniert worden waren. Konditionierung mit visio.link und Futurabond U verursachte deutlich höhere Verbundfestigkeiten als keine Konditionierung oder eine Konditionierung mit One Coat Bond (p < 0,001).

Gruppen, die mit CoJet nass vorbehandelt und nicht kontaminiert worden waren, zeigten signifikant niedrigere Werte ohne Konditionierung als mit One Coat Bond und Scotchbond Universal und signifikant höhere Verbundfestigkeitswerte nach der Konditionierung mit visio.link, One Coat Bond oder Futurabond U (p < 0,001). Im Gegensatz dazu führte in der kontaminierten Gruppe die Abwesenheit einer Konditionierung sowie eine Konditionierung mit One Coat Bond zu signifikant niedrigeren Werten als eine Konditionierung mit Futurabond U, visio.link oder Scotchbond Universal (p < 0,001). Wenn der Siliziumkarbid-Schleifer ohne Kontamination der Oberfläche benutzt wurde, wurden signifikant niedrigere Verbundfestigkeiten in Gruppen ohne Konditionierung, als in Gruppen konditioniert mit Futurabond U oder Scotchbond Universal (p = 0,001) festgestellt. In kontaminierten Gruppen zeigten nichtkonditionierte Gruppen signifikant niedrigere Verbundfestigkeiten (p < 0,001). Innerhalb der kontaminierten Gruppen wurden zwischen den verschiedenen Konditionierungsmethoden keine signifikanten Unterschiede festgestellt (p > 0,05).

Auswirkungen des Reparaturkomposits

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

Bruchbildanalyse

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

  • Tab. 3a: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen: a) Gruppen repariert mit GrandioSo und b) Gruppen repariert mit Arabesk Top. a) GrandioSo
  • Tab. 3b: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen: a) Gruppen repariert mit GrandioSo und b) Gruppen repariert mit Arabesk Top. b) Arabesk Top
  • Tab. 3a: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen: a) Gruppen repariert mit GrandioSo und b) Gruppen repariert mit Arabesk Top. a) GrandioSo
  • Tab. 3b: Bruchbildanalyse für alle gemessenen Gruppen: a) Gruppen repariert mit GrandioSo und b) Gruppen repariert mit Arabesk Top. b) Arabesk Top

Diskussion

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

Die in dieser Studie verwendeten Vorbehandlungsverfahren – Sandstrahlen und Schleifen – führten beide zu einer Vergrößerung der Oberfläche, was eine mechanische Retention induziert hat. Jedoch konnte nachgewiesen werden, dass die Vorbehandlung mit dem CoJet-System signifikant höhere Verbundfestigkeiten als die Oberflächenaufrauung mit dem Siliziumkarbid-Schleifer erzeugte. Daher kann angenommen werden, dass Sandstrahlen mit einem Druck von 3 bar eine in Bezug auf die Oberfläche höhere Retention verursacht als eine Vorbehandlung mit dem Siliziumkarbid-Schleifer, was sich in höheren Verbundfestigkeiten bemerkbar machte. Obwohl die Haftfestigkeiten nach der Verwendung des Siliziumkarbit-Schleifers deutlich niedriger als nach dem Sandstahlen waren, lagen diese Werte dennoch signifikant höher als in Gruppen, die keiner Oberflächenbearbeitung unterzogen worden waren. Somit bieten Siliziumkarbid-Schleifer durchaus eine Alternative für die Reparatur der CAD/CAM-Komposite – gerade in den Zahnarztpraxen, in denen ein Sandstrahlgerät nicht zur Verfügung steht. Denn ein Siliziumkarbid-Schleifer kann überall schnell und einfach eingesetzt werden.

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

CAD/CAM-Kunststoffe sind industriell polymerisiert und zeigen einen höheren Monomerumsatzgrad als konventionell polymerisierte Kunststoffe [24]. Trotz der geringen Menge an ungesättigten C-C-Bindungen ist die Verwendung von Adhäsivsystemen ein wichtiger Schritt für eine signifikante Verbesserung der Verbundfestigkeit. Die Effizienz der hier untersuchten Adhäsive war unterschiedlich, jedoch erwiesen sich Universaladhäsive (visio.link, Scotchbond Universal und Futurabond U) als leistungsstärker, verglichen mit Adhäsiven, die ausschließlich auf Methacrylatmonomeren basieren (One Coat Bond).

Diese Abweichung in der Wirksamkeit verschiedener Adhäsive muss teilweise der Vielfalt der funktionellen Gruppen der Monomere zugeschrieben werden. Universaladhäsive, wie Scotchbond Universal und Futurabond U, enthalten zusätzlich zu den regulären Methacrylatmonomeren auch Silan oder Phosphorsäuremonomere. Diese Tatsache legt nahe, dass Silane oder Phosphorsäuremonomere in der Lage sind, die anorganischen Bestandsteile der CAD/CAM-Komposite zu binden und somit die Verbundfestigkeiten zu erhöhen. Analog zu einer früheren Untersuchung, bei der ein dauerhafter Verbund nach der Konditionierung mittels Universaladhäsiven zu sandgestrahlten Zirkondioxidkeramiken bewiesen wurde [25], zeigte in dieser Studie der zu ungefähr 80 Gew.% mit Nanokeramikpartikeln gefüllte CAD/CAM-Komposit hohe Verbundfestigkeiten. Visio.link hingegen beinhaltet keine Phosphorsäuremonomere, sondern Acrylate mit einem hohen Molekulargewicht, wie zum Beispiel Pentaerythrittriacrylat (C14H18O7) oder Pentaerythrittetraacrylat (C17H20O8).

Acrylate sind bekanntlich reaktiver als Methacrylate. Dennoch induzierten visio.link und Scotchbond Universal vergleichbare Verbundfestigkeitswerte. Diese Verbundfestigkeiten waren höher als bei der Konditionierung mittels Futurabond U. Da die chemische Zusammensetzung von Scotchbond Universal und Futurabond U vergleichbar ist, könnten diese Unterschiede in einem unterschiedlichen Monomeranteil begründet sein. Das gilt insbesondere für das wasserlösliche OHhaltige Monomer HEMA, das in beiden Materialien vorhanden ist. HEMA kann bekanntlich große Mengen an Wasser in der Adhäsivschicht zurückhalten, was sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften und die Verbundfestigkeit auswirken könnte [26]. Da die Prüfkörper nach einer künstlichen Alterung im Wasser getestet wurden, könnten aufgrund von HEMA in den Adhäsiven unterschiedliche Wasseraufnahmegehalte vorgelegen haben. Zusammenfassend wurde jedoch gezeigt, dass eine zusätzliche Anwendung von Adhäsivsystemen zu einer Erhöhung der Haftfestigkeit führt. Die als Reparaturmaterialien verwendeten Komposite zeigten eine geringe Auswirkung auf die Verbundfestigkeit, die jedoch von der Oberflächenvorbehandlung und einer möglichen Kontamination durchaus abhängig war. Die beiden Reparaturkomposite unterscheiden sich stark in ihren mechanischen Eigenschaften. Das Mikrohybridkomposit Arabesk Top weist ein geringeres Indentierungs-Modul als das Nanohybridkomposit GrandioSo auf (16,09 vs. 24,23 GPa), bedingt durch den unterschiedlichen Anteil der anorganischen Füllkörper (Tab. 1).

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

Diese Studie wandte eine thermische Alterung der Prüfkörper nach der Reparatur an. Die Alterung beinhaltete 10.000 Zyklen zwischen 5 °C und 55 °C mit einer Verweilzeit von 20 Sekunden in jedem Bad. Eine Temperaturwechsellast könnte die Verbundfestigkeit auf zwei verschiedene Arten beeinflussen. Auf der einen Seite kann eine mechanische Spannung, die durch Volumenänderungen in der Verbundstelle entstanden ist [27], zu Erzeugung von Rissen führen und somit zu einer geringeren Haftfestigkeit. Auf der anderen Seite könnte die thermische Erhöhung die Nachpolymerisation der Reparaturkomposite und Adhäsive begünstigen und somit die Verbundfestigkeit erhöhen [28].

Da in dieser Studie die Prüfkörper erst nach Lagerung der reparierten Prüfkörper für 24 Stunden bei 37 °C in destilliertem Wasser einer thermischen Belastung ausgesetzt wurden, kann angenommen werden, dass die Nachpolymerisation zu diesem Zeitpunkt bereits abgeschlossen sein würde. Somit würde eher die erste Annahme für die aktuelle Studie zutreffend sein. Darüber hinaus haben mehrere Studien bereits festgestellt, dass thermische Veränderungen intraoral durch Essen, Trinken [29,30] oder Atmung [31] entstehen. Derzeit gibt es kein systematisches standardisiertes In-vitro-Verfahren, das dies genau nachahmen könne. Jedoch induziert die zyklische thermische Ermüdung, wie in der aktuellen Studie verwendet, einen standardisierten und reproduzierbaren Stress in alle Prüfkörper. Aufgrund der hohen Anzahl von thermischen Ermüdungszyklen in dieser Studie kann angenommen werden, dass der im Labor simulierte Alterungsprozess den klinischen Bedingungen ziemlich ähnlich ist. Obwohl diese In-vitro-Studie nicht alle einzelnen intraoralen Variationen reproduzieren kann, bietet sie durchaus einige Hinweise, wie ein dauerhafter Verbund zwischen dem CAD/CAM-Kunststoff und dem Reparaturkomposit entstehen kann. Der in dieser Studie gewählte Zugversuch zur Bestimmung des Reparaturpotenzials von CAD/CAM-Kompositen erwies sich als klinisch relevant im Vergleich zu einen Schertest [32]. Darüber hinaus bieten Zugfestigkeitstests im makroskopischen Bereich deutliche Vorteile im Vergleich zu Untersuchungen im mikroskaligen Bereich (?-Zugversuch), da sie eine zerstörungsfreie Prüfkörpervorbereitung ohne zusätzliche mechanische Vorspannung ermöglichen. Sobald eine Reparaturtechnik die In-vitro-Tests bestanden hat, sollte ein In-vivo-Test mit einem kontrollierten und standardisierten Studiendesign die langfristige klinische Leistung zusätzlich bewerten.

Fazit

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

  • Sandstrahlen verursacht höhere Verbundfestigkeiten als das Oberflächenaufrauen mittels eines Siliziumkarbid-Schleifers vor der Reparatur.
  • Die untersuchten Adhäsivsysteme sind notwendige Mittel für die Reparatur gealterter CAD/CAM-Komposite, wobei visio.link und Scotchbond Universal einen geringfügig höheren Verbund als Futurabond U erzeugen.
  • Die Wahl des Reparaturkomposits zeigte einen geringen, aber signifikanten Effekt auf die Haftfestigkeit.
  • Eine Kontamination der sandgestrahlten CAD/CAM-Kompositoberflächen mit Phosphorsäure oder Wasser zeigte keinen Einfluss auf die Reparatur.

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

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Danksagung:

Die Autorinnen danken den Unternehmen 3M Espe, Voco und bredent für die Unterstützung dieser Studie mit Materialien.


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