Monograf M00341

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2
Inhalt
Einleitung
4
Ceramir ® – eine kurze Beschreibung der Technologie
4
Ceramir – eine neue Klasse von Dentalmaterialien
5
®
Ceramir ® – technologischer Hintergrund6
Technologischer Hintergrund
6
Biokeramik6
Chemisch verbundene Keramik
7
Einzigartige Eigenschaften
8
NIB-Technologie – die Basis von Ceramir ®8
Biologische Prinzipien
9
Natürliche Bewegung und thermische Eigenschaften
11
Abdichtung der Schnittstelle zwischen künstlichem Material und Zahn
12
Ceramir ® bietet eine permanente Abdichtung
13
Testmethodologie14
Literaturnachweis15
3
Einleitung
Ceramir ® – eine kurze Beschreibung der Technologie
Eine natürliche Entwicklung
Die Entwicklung direkter1) und indirekter 2) Dental­
materialien ist ein kontinuierlicher Prozess. Die
größte Herausforderung – und der primäre Schwerpunkt bei allen Entwicklungsarbeiten im Bereich der
im Mund aushärtenden Materialien – sind die nachlassenden mechanischen Eigenschaften sowie die
sich verringernde Retention und Adhäsion im Mund.
Der Mund ist ein Bereich permanenter Aktivität
– dynamisch und ständigen Veränderungen
unterlegen. Er stellt eine hochkomplexe Umgebung
dar. Zusammen mit der biologischen Mikroflora
sind auch die Temperatur, die Feuchtigkeit und
andere Einschränkungen zu berücksichtigen, die in
bestimmten Fällen (und das gar nicht so selten) zu
extremen Umgebungsbedingungen führen.
Säureangriffe, die Karies verursachen, gehören
zu den häufigsten Problemen und sind die
häufigste einzelne Ursache für eine verringerte
orale Gesundheit. Die Komplexität all dessen stellt
hohe funktionelle Anforderungen an Materialien,
die im Mund verwendet werden, und ist der Grund
für die großen Schwierigkeiten bei der Produktion
von Materialien, die in klinischen Situationen eine
optimale Funktionalität aufweisen sollen. Bei der
Entwicklung von Dentalmaterialien in den letzten
Jahren war ein hoher Zeitaufwand nötig, um
günstige Bedingungen für eine weitestgehende
Behebung dieser Probleme zu schaffen. Bleibt
aber noch die Frage: Wie kann man Problemen
in Verbindung mit dem Nachlassen der mechanischen Eigenschaften, der Retention und der
Adhäsion im Mund am besten Rechnung tragen?
Die meisten verwendeten Materialien funktionieren optimal, wenn sie bei Raumtemperatur
und normaler Luftfeuchtigkeit verwendet werden.
In der Mundhöhle jedoch oder bei Kontakt mit
Zähnen können Probleme auftreten.
Werden direkte Materialien verwendet, kann
es problematisch sein, Ergebnisse vorherzusagen. Laut Fachliteratur (siehe Literaturnachweis)
gehören biologische Defekte zu den häufigsten
Komplikationen bei allen Restaurationstypen.
Karies verursachende Bakterien dringen zwischen künstliches Material und Zahn ein und verursachen Schäden. Sekundärkaries ist die häufigste
Ursache für die Notwendigkeit, Füllungen und
festsitzenden Zahnersatz zu erneuern.
1)
Härtet in der Mundhöhle aus
2)
Zähne bestehen zum größten Teil aus Kollagen und
Hydroxylapatit. Beides ist derartig komplex und eng
miteinander verwoben, dass nur durch die Nachahmung der Natur bei der Bildung dieser Stoffe ein
Gegenstück entwickelt werden kann. Ein intakter
Zahn funktioniert optimal in der oralen Umgebung.
Es gibt nur einen grundsätzlichen Schwachpunkt:
Seine Empfindlichkeit gegen Säure, die Schäden verursacht und zu Mundfäule führt. (Schäden können
auch im Periodontium auftreten und Parodontitis
verursachen.)
Ein Zahn, der von Karies angegriffen wird, kann auf
verschiedene Arten repariert werden. Optimal wäre
die Wiederherstellung seiner Unversehrtheit durch
Remineralisierung mithilfe biomimetischer Methoden. Das Material für die Reparatur eines Zahns sollte
dem natürlichen Zahnmaterial möglichst nahekommen, sodass in der Mundhöhle eine Harmonie durch
die Ähnlichkeit der physikalischen und mechanischen Merkmale des Materials mit dem Zahn selbst
erzeugt wird. Die Entwicklung von Ceramir ® basiert
auf dieser grundlegenden Philosophie der Erzeugung von Harmonie im Mund und einer natürlichen
Zusammenarbeit mit den Zahngeweben durch:
eine chemische Struktur, die Hydroxylapatit ähnelt,
die Fähigkeit des Zahnes, remineralisiert zu werden
und die Möglichkeit, natürliche Kontaktzonen ohne
thermische oder mechanische Spannungen zu
bilden.
Das Ergebnis: Ceramir härtet dank eines Mechanismus von Auflösung und erneuter Ausfällung, bei
dem Phasen im Nanometerbereich (10–40 nm)
gebildet und miteinander verbunden werden,
wodurch ein basischer pH-Wert entsteht. Dieser
Aushärtungsmechanismus durchdringt das Material
mit seiner einzigartigen Fähigkeit, die Schnittstelle
zum Zahngewebe abzudichten, und schafft die
Bedingungen, die für die Bildung von Hydroxylapatit auf und in unmittelbarer Nähe der Oberfläche
des Materials erforderlich sind. Dies bedeutet: Das
Material ist bioaktiv.
Industriell oder im Labor hergestellt
4
Ceramir ® – eine neue Klasse von Dentalmaterialien
Ceramir stellt eine neue Klasse von Dentalmaterialien dar. Ceramir unterscheidet sich von
vorhandenen Hauptklassen wie Resinen und
Glasionomeren, aber auch von anderen
wasserbasierten Zementen wie Phosphat­
zement.
Das Material härtet aus, indem es mit Wasser
reagiert und sich dabei auflöst, sowie durch
wiederholte Kristallisierung, die zur Bildung
nanokristalliner Hydrate führt. Diese Hydrate
bestehen aus Ionen des gelösten chemischen
Pulvers und Wassers, die eine neue permanente Struktur bilden, sobald die Konzentration
der freigesetzten Ionen eine bestimmte Höhe
erreicht. Das neue Material enthält zwei stabile Hydrate: die Minerale Katoit und Gibbsit.
Katoit ist ein Calciumaluminathydrat und
besteht aus Kristallen, von denen jedes zwischen 10 und 40 Nanometer groß ist. Gibbsit
ist ein Aluminiumhydroxid, das zunächst ein
amorphes Gel bildet und sich im Lauf der Zeit
in kristallines Gibbsit verwandelt. Das Material
haftet selbstständig an der Zahnoberfläche durch
sogenannte nanostrukturelle Integration und
gehört daher per definitionem zur Gruppe
nanostrukturell-integrierender Biokeramiken
(NIB). Der Aushärtungsmechanismus des
Materials baut auf Nanotechnologie auf. Eine
Eigenschaft dieser Technologie ist, dass das
Material im Gegensatz zu Resinkompositen
während des Konsolidierungsprozesses nicht
schrumpft. Weitere Vergleiche zwischen den
verschiedenen Materialklassen finden Sie in
der unten stehenden Tabelle.
Ceramir hat die folgenden einzigartigen
Merkmale:
• pH-Wert (basischer pH, der während der
Aushärtung entsteht)
• Stabilisierung in der oralen Umgebung
• Die Fähigkeit, Hydroxylapatit bei Kontakt
mit Phosphaten zu bilden
• Es schrumpft nicht
• Natürlich nanokristallin nach der
Aushärtung
• Kontakt mit Zahngewebe –
nanostrukturelle Integration
Ceramir ist eine chemisch verbundene Keramik, die mit Nanotechnologie arbeitet und
daher über einzigartige Merkmale verfügt.
Glasionomer
Resinmodifizierter
Glasionomer
Resin (verbunden)
Selbstadhäsives Resin
Phosphatzement
CERAMIR
Sauer
Sauer
Sauer/Neutral
Sauer/Neutral
Sauer
Basisch
Polymere
Monomere
Monomere
Monomere
Nicht monomer
Nicht monomer
Vernetzt
Polymerisiert
Polymerisiert
Polymerisiert
Nicht polymerisiert
Nicht polymerisiert
Reizend
Allergen
Allergen
Allergen
Nicht allergen
Nicht allergen
Nicht schrumpfend
Nicht schrumpfend
Schrumpft
Schrumpft
Nicht schrumpfend
Nicht schrumpfend
Im Mund
zersetzt
Im Mund
zersetzt
Im Mund
zersetzt
Im Mund
zersetzt
Im Mund
zersetzt
Stabil
Ätzen und Bonding
Ätzen und Bonding
(in einem Produkt)
Hydrophil
Hydrophil
Hydrophob
Zu Beginn hydrophil/
hydrophob
Hydrophil
Hydrophil
Mikromechanische
Retention/Chemisches
Bonding
Mikromechanische
Retention/Chemisches
Bonding/Adhäsion
Adhäsion/Mikromechanische Retention
Adhäsion/Mikromechanische Retention
Mikromechanische
Retention
Nanostrukturelle
Integration
Bioaktiv
5
Ceramir
– Technologischer Hintergrund
®
Technologischer Hintergrund
Biomaterialien werden im Bereich der Medizin
verwendet, um Teile lebender Systeme zu ersetzen und um in engem Kontakt mit lebendem
Gewebe zu arbeiten. Die mit Biomaterialien
in Verbindung stehende Technologie hat eine
intensive Entwicklung erfahren und Schweden
ist führend auf diesem Gebiet.
Biomaterialien der ersten Generation (beispielsweise Ti, Co-Cr und Polymerkomponenten
wie hochmolekulares PE) sind biokompatibel,
was bedeutet, dass der Körper diese Materialien toleriert. Zu den Bereichen, in denen Biomaterialien schon seit geraumer Zeit verwendet
werden, gehören die restaurative Zahnmedizin
sowie Hüftgelenkverfahren.
Biomaterialien der zweiten Generation
integrieren sich in den Körper und sind daher
bioaktiv. Das Ergebnis ist ein völlig neues Spekt-
rum an Behandlungsmöglichkeiten. Besonders
interessante Anwendungsbereiche finden sich
auf dem Gebiet der Zahnmedizin sowie der
Orthopädie und Geweberegeneration.
Biokompatibilität
Biokompatibilität ist ein Sammelbegriff,
anhand dessen die Eigenschaften eines Materials oder Implantats in Bezug auf die Reaktion
des Gewebes beschrieben werden, und zwar
für jede spezielle Anwendung.
Der Grad der Biokompatibilität hängt von der
gemeinsamen Wirkung aller Eigenschaften,
Bestandteile, Spurenelemente, Schadstoffe
und deren Inhalt ab.
Biokeramik
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich das
Biomaterial Keramik in der Zahnmedizin als Alternative zu herkömmlichen Polymeren etabliert.
Keramik wird häufig als anorganisches, nicht
metallisches Material definiert. Sie kann auf
zwei Arten hergestellt werden: physikalisch,
wobei vorgefertigte Produktkomponenten bei
hohen Temperaturen zusammengesintert werden, oder chemisch mittels einer chemischen
Reaktion.
Viele verschiedene Keramikarten kommen
in der Natur vor und werden von daher als
Mineralien klassifiziert. Apatit, das am häufigsten vorkommende, biologisch erzeugte Mineral
im Körper und Hauptbestandteil sämtlicher
Hartgewebe im Körper, kommt auch in der Natur
vor. Daher ist Apatit das ideale Endprodukt als
Biomaterial.
Keramik kommt in der Natur vor und verfügt
über eine extrem hohe chemische und thermische Stabilität. Die einzelnen Bestandteile
befinden sich in einem unveränderten Zustand
und auf dem niedrigsten Energielevel. Da es
sich um ein Endprodukt handelt, enthält Keramik keine innere Antriebskraft, die ihren Zustand
ändern könnte. Dies bedeutet, dass ihre
Dimensionsstabilität enorm groß ist. Keramik ist
auch linear-elastisch, was bedeutet, dass unter
Belastung keine permanente Deformation
eintritt.
Im Prinzip schließt das kristalline System der Keramik die gegenseitige Abscherung von Atomen
innerhalb seiner Struktur aus.
Biokeramik findet man in allen klassischen
Keramikgruppen: herkömmliche Keramik, Spezialkeramik, Glas, Glaskeramik sowie chemisch
verbundene Keramik (siehe Tabelle auf der
nächsten Seite). Die Verwendung von Biokeramik stellt hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften, dazu gehören nicht zuletzt
eine niedrige Toxizität und eine hohe Biokompatibilität. Der häufigste Anwendungsbereich von
Biokeramik sind Implantate.
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Klassifizierung von Keramik in Familien (Untergruppen) mit Beispielen für Biokeramik in jeder Gruppe
Keramik-Klassifizierung
Beispiele für Biokeramik
Herkömmliche Keramik
Dentalporzellan, Leucit
Spezialkeramik
Al-, Zr- und Ti-Oxide
Glas
Bioglas
Glaskeramik
Apatit, Wollastonit
Chemisch verbundene KeramikCalciumphosphate, Calciumsulfate,
Calciumaluminate
Chemisch verbundene Keramik
Die meisten Keramikmaterialien werden bei
hohen Temperaturen in verschiedenen
Sinterverfahren gebildet. Durch die Nutzung
chemischer Reaktionen, die normalerweise
durch Vermischung von Keramikpulver und
Flüssigkeit erzeugt werden, ist es auch
möglich, Keramikmaterialien bei niedrigeren
Temperaturen herzustellen (Körpertemperatur).
Diese Eigenschaften weisen klar auf das große
Potenzial bei der Verwendung chemisch verbundener Keramik als Biomaterial hin.
Bei chemisch verbundener Keramik handelt es
sich um Keramik, die in chemischen Reaktionen bei niedrigen Temperaturen erzeugt wird.
Diese Keramik ist aus einer Reihe von Gründen
attraktiv:
Jede dieser Gruppen wird derzeit in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen als Biokeramik verwendet und zwar vorwiegend in der
Form injizierbarer Pasten. Die Verwendung von
Pasten, die auf diesen keramischen Systemen
basieren, eröffnet neue Möglichkeiten für den
Einsatz von Keramik in Bereichen, in denen bislang überwiegend auf Polymere zurückgegriffen wurde. Alle fünf Systeme haben ihre eigenen
besonderen Eigenschaften und Vorteile und eignen sich daher für verschiedene Arten von
Anwendungen.
Chemisch verbundene Keramik lässt sich in
fünf Hauptgruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften unterteilen (siehe unten stehende
Tabelle).
• Sie ist injizierbar
• Die Aushärtung findet im Körper statt
• Minimal negativer Effekt auf das System, mit
dem das Material interagiert
• Dimensionsstabil
• Vermeidung eines Temperaturgradienten
(thermische Spannungen)
Chemisch verbundene Keramik kann in fünf Hauptgruppen unterteilt werden
Gruppe/Name
Calciumsysteme
Typisch erzielte Phasen
Silikate
CaO-SiO2
Amorphes CSH, Tobermorit etc.
Aluminate
CaO-Al2O3 Katoit und Gibbsit
Sulfate
CaSO4
Gips, CaSO42H2O
Phosphate
CaO-P2O5
Apatit und andere Ca-Phosphate
Carbonate
CaO-CO2
Calcit, Aragonit
7
Einzigartige Eigenschaften
Das Calciumaluminatsystem besitzt eine ganze
Reihe inhärenter Eigenschaften, die dazu führen, dass es für die Zahnmedizin geeigneter ist
als andere chemisch verbundene Keramikmaterialien. Zum Beispiel:
Dies ist eine wesentliche Vorbedingung
für Dentalmaterialien.
3. Zudem zeigt das System eine hervorragende Biokompatibilität und eine einzigartige Fähigkeit zur Bildung von Hydroxylapatit in phosphathaltigen Lösungen.
4. Aus klinischer Sicht bedeutend sind
die anti­bakteriellen Eigenschaften des
Calcium-­Aluminat-Systems und der
Umstand, dass diese Eigenschaften
keine negativen Auswirkungen auf die
Bio­kompatibilität und Bioaktivität des
­Materials haben.
5. Ganz entscheidend für Anwendungen
in der Zahnheilkunde ist schließlich auch,
dass das Calcium-Aluminat-System bei
einer Lager­ung bei 37° C und 100 % Luftfeuchtigkeit, d. h. im Klima der Mundhöhle,
seine ­optimalen Leistungseigenschaften
erzielt. Dies bedeutet, dass in der oralen
Umgebung alle physikalischen Merkmale,
einschließlich der Haftung, optimiert werden,
statt sich mit der Zeit zu verschlechtern.
1. Eine wichtige Eigenschaft besteht darin, dass
das Calciumaluminatsystem während der
Aushärtung einen hohen Wasserumsatz
aufweist, d. h. beim Aushärten wird viel
Wasser im Material gebunden. Dieses
große Volumen gebundenen Wassers
bedingt die große Festigkeit, die um ein
Vielfaches höher ist als bei normalen
Calciumphosphaten. Darüber hinaus
führt der hohe Wasserumsatz zu einer
größeren Variabilität bei der Viskosität
und der Zusammensetzung, was dazu
führt, dass Calciumaluminate in einer
weitgefächerten Spanne an Anwendungen eingesetzt werden können.
2. Eine weitere positive Eigenschaft besteht
darin, dass das System schnell aushärtet.
NIB-Technologie: die Basis für Ceramir
Ceramir arbeitet mit Nanotechnologie und
besitzt daher einige einzigartige Eigenschaften. Das Material verfestigt sich bei der Reaktion mit Wasser, in dem es sich zuerst auflöst
und anschließend in Form nanokristalliner Hydrate rekristallisiert. Beim Auflösen befeuchtet
das Material den Zahn. Anschließend, wenn
die Bildung der Nanokristalle beginnt, fallen
diese an der Zahnwand, auf Füllungspartikeln
und auf bereits vorhandenen Kristallen aus.
Daher basiert die Adhäsion zum Zahn auf dem
gleichen Mechanismus wie die der material­
eigenen Infrastruktur. Diese allgemeinen
Mechanismen basieren auf der Oberflächenenergie und der mechanischen Verflechtung
auf Nano-Ebene. Das Ganze wird als nanostrukturelle Integration bezeichnet. Biokeramik,
die auf diese Weise selbst in ihrer Umgebung
haftet, wird als nanostrukturell-integrierende
Biokeramik (NIB) bezeichnet.
Die obigen Abbildungen stellen
die Nanostruktur, die durch
hydratisiertes Ceramir erzeugt
wird, mithilfe der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) anschaulich
dar, die Bildvergrößerung
beträgt 1 000 000. Die Abbildung links zeigt eine allgemeine
Struktur, während die rechte die
Anordnung der Atome in den
Hydraten sichtbar macht.
8
Biologische Prinzipien
Ceramir ist eine Biokeramik-Technologie von
Doxa, einem weltweit führenden Unternehmen
im Bereich der Entwicklung bioaktiver Keramiken. Durch die Anwendung biologischer Prinzipien bilden die Keramiken Apatit, wenn sie in
Kontakt mit Phosphat-Lösungen wie etwa dem
Speichel oder Körperflüssigkeit kommen, und
nach der Implantation in den Körper verbindet
sich die Knochensubstanz mit Ceramir. Dies
wurde in mehreren mikroskopischen Studien
nachgewiesen. Seine Fähigkeit zur Bildung von
Apatit verbessert die Abdichtungseigenschaften des Materials und sorgt außerdem dafür,
dass Ceramir über ein hervorragendes Biokompatibilitätsprofil verfügt.
Die Vorteile einer Behandlung auf Grundlage
biologischer Prinzipien lassen sich am besten
mithilfe der Definition des Begriffs der Bionik
beschreiben: „Nutzung der Natur als Lösungsquelle für das Problem“. Behandlungen auf
Grundlage biologischer Prinzipien „verzeihen“
im Allgemeinen mehr, d. h. sie sind leichter
durchzuführen und weniger anfällig in Bezug
auf die angewandte Technik. Zudem können
sowohl die unmittelbaren als auch die langfristigen Ergebnisse besser vorhergesagt werden.
Warum also Technologien und Materialien
verwenden, die die biologischen Prinzipien
bekämpfen, wenn es Ceramir gibt – eine Technologie, die sich die natürliche Chemie des
menschlichen Körpers zu Nutze macht.
10 µm
Das Foto zeigt, wie Ceramir bei Kontakt mit der Phosphatlösung Apatit auf der Zahnoberfläche erzeugt.
pH-Wert, Bioaktivität und
Apatit-Bildung
Bei einem neutralen pH-Wert, dem natürlichen
Zustand im Körper, ist die Zahnhartsubstanz
stabil und im Gleichgewicht mit dem Gehalt
an Phosphat- und Calciumionen im Speichel.
Sinkt der pH-Wert, etwa wenn säurebildende
Bakterien vorhanden sind oder säurehaltige
Getränke konsumiert werden, wird dieses
Gleichgewicht gestört und der Zahnschmelz
und die mineralischen Bestandteile des Dentins
beginnen sich aufzulösen. Es werden Phosphatund Calciumionen in den Speichel abgegeben, um den pH-Wert und das Ionen-Gleichgewicht wiederherzustellen. Auch andere
Gewebe
Ceramir
Das Foto zeigt die chemisch und biologisch induzierte nanostrukturelle Integration zwischen Ceramir und
Knochengewebe.
9
Ionen-Gleichgewichte spielen im Speichel eine
Rolle und tragen zu einem ausgewogenen pHWert bei. Der pH-Wert, bei dem der Zahnschmelz
beginnt sich aufzulösen, wird als „kritischer pHWert“ bezeichnet. Der wichtigste Schritt, um die
Demineralisierung der Zahnhartsubstanz zu verhindern, ist die Anhebung des pH-Werts. Außerdem können zusätzliche Calcium- und Phosphationen zugeführt werden, um das Gleichgewicht
zwischen Zahn und Speichel aufrechtzuerhalten.
Auch eine Zuführung von Fluorid kann sinnvoll
sein, denn Fluoridionen tragen zur Bildung eines
stabileren Apatits bei.
Ceramir produziert auf natürliche Weise ein
alkalisches Klima während der Erstarrungs- und
Aushärtungsphase und setzt zudem Calciumionen frei. Durch den höheren pH-Wert in Verbindung mit den freigesetzten Calciumionen wird
eine Umgebung geschaffen, die die Bildung
von Hydroxylapatit und damit die Remineralisierung fördert. Chemisch gesehen ähnelt
dieses Material dem körpereigenen mineralischen Apatit. Der bedeutendste Unterschied
besteht in der hohen Beständigkeit von Ceramir gegenüber der durch Säure verursachten
Korrosion (eine inhärente Eigenschaft des
Materials). Dank seines höheren pH-Werts, der
die Produktion von Hydroxidionen fördert, ist
Ceramir in der Lage, Angriffe durch Säuren und
säurebildende Bakterien abzuwehren.
Der Begriff Bioaktivität bezeichnet die Fähigkeit des Materials, mit dem Körper zusammenzuarbeiten, wozu auch die Fähigkeit zu gemeinsamem Wachstum mit lebendem Gewebe
gehört. Ceramir verbindet sich mit dem Zahn
und nutzt dazu die gleichen Prinzipien, die
auch der Körper zur Remineralisierung anwendet, d. h. die Abscheidung von Mineralien bei
alkalischem pH-Wert. Der pH-Wert nach der
Aushärtung ist alkalisch. Dies ist der natürliche
Zustand des Materials, der stets beibehalten
wird. Ein alkalischer pH-Wert schafft optimale
Bedingungen für die Remineralisierung und
ist die Grundlage der Bioaktivität von Ceramir
und weiterer einzigartiger Eigenschaften, die
gemeinsam ein langfristig vorhersehbareres
klinisches Ergebnis ermöglichen.
Antibakterielle Eigenschaften
Ceramir hemmt nachweislich das Bakterienwachstum. Hauptgrund dafür ist der hohe
pH-Wert, der während der Erstarrungs- und
Aushärtungsphase geschaffen wird, sowie die
zu Beginn umfangreiche Freisetzung von Ionen.
Möglicherweise trägt auch die Struktur der
ausgehärteten Oberfläche dazu bei, dass das
Festsetzen und das Wachstum von Bakterien
gehemmt wird.
10
Die Abbildung links zeigt, wie Ceramir in vivo in den
Zahnschmelz integriert ist (Schmelz links auf dem
Bild).
Die Abbildung rechts zeigt, wie Ceramir in vitro in
das Dentin integriert ist (Dentin rechts auf dem Bild).
20 nm
Natürliche Bewegung und thermische
Eigenschaften
Die thermischen Eigenschaften von Dentalprodukten besitzen einen starken Einfluss auf ihre
Funktionalität. Kommen diese Eigenschaften
nicht optimal zum Zuge, besteht ein erhöhtes
Risiko für Veränderungen im Material mit der
Möglichkeit von Undichtigkeiten an der Schnittstelle zwischen Material und Zahn.
Thermisches Verhalten hängt jedoch stärker
von der Konstruktion ab als von der Materialwahl. Aus diesem Grund wurde Ceramir so
entwickelt, dass es so weit wie irgend möglich
natürliche thermische Eigenschaften besitzt.
Dazu gehört u. a. die thermische Expansion
und Leitfähigkeit sowie das Elastizitätsmodul
(Festigkeit). Ceramir besitzt eine niedrige thermische Leitfähigkeit, so wie die Zähne auch.
Seine thermischen Expansionseigenschaften
sind annähernd identisch mit denen von
Zahnschmelz und Dentin. Das minimiert das
Risiko eines thermischen Schocks, wenn eine
plötzliche Temperaturänderung stattfindet. Dies
impliziert aber auch, dass Ceramir in der Lage
ist, sich an den Zahn zu binden und so das Risiko
einer Spaltbildung zu minimieren.
EigenschaftDentinZahnschmelzCeramir***GlasionomereKomposite
E-Modul GPa
20
46 – 48
4,7 – 19,0
7**
5 – 15*
Thermische Leitfähigkeit W/mK
0,57
0,93
0,8 – 0,9
0,51 – 0,72
1,1 – 1,4
Thermische Expansion ppm/K
8,3
11,4
10
11
14 – 50
Phillips’ Science of Dental Materials Eleventh Edition
* Applied Dental Materials 8th Edition, McCabe & Walls
** Materials in dentistry, Ferracane
*** Interne Berichte, Doxa
11
Abdichtung der Schnittstelle zwischen
künstlichem Material und Zahn
Die Fähigkeit, eine vollständig undurchdringbare Verbindung zwischen Dentalmaterial und
dem Zahngewebe zu schaffen, wäre ein großer
klinischer Vorteil und würde gleichzeitig die
Lebensdauer vieler Zahnbehandlungen verlängern. Kurz gesagt: Der Patient würde davon
profitieren.
wenn es Temperaturschwankungen ausgesetzt
ist. In der Umgebung des Munds können substanzielle und schnelle Temperaturänderungen
auftreten. In seinem solchen Fall expandiert oder
schrumpft alles. Ein großer Unterschied zwischen
den thermischen Bewegungen des Materials
und denen des Zahngewebes kann zu Spannungen führen. Und diese Spannungen können zu
einem Spalt zwischen Material und Zahn führen.
Naturgemäß wird dies dadurch ausgeglichen,
dass das Material gut am Zahn haftet.
Sekundärkaries
Das Hauptproblem besteht darin, dass sich im
Laufe der Zeit ein Spalt zwischen Material und
Zahngewebe bildet und Raum schafft für eindringende Nährstoffe und Karies verursachende
Bakterien. Wenn die Bakterien damit beginnen,
die Nährstoffe zu verstoffwechseln, entsteht
Karies und das Zahngewebe wird zerstört. Dieses
Phänomen tritt sehr häufig auf und wird in der
Regel als Sekundärkaries bezeichnet. Sie kann
in allen Arten von Restaurationen auftreten und
ist der Hauptgrund aller Korrekturarbeiten. Die
langfristige Konsequenz von Sekundärkaries in
prothetischen Restaurationen ist: Die prothetische Arbeit wird als nutzlos eingestuft und zwar
entweder aufgrund fehlender Retention oder
da der Zahn eine Wurzelfüllung benötigt oder
gezogen werden muss.
Haftmechanismen
Zur Sicherstellung eines engen Kontakts zwischen
Material und Zahngewebe muss das Material
in der Lage sein, den Zahn effektiv zu befeuchten. Bestimmte Materialien sind hydrophil und
befeuchten den wasserspeichernden Zahn auf
natürliche Weise. Andere Materialien wiederum
sind hydrophob und erfordern Vorbereitungen
mit multifunktionellen Substanzen, die sowohl
hydrophil als auch hydrophob sind, wobei der
hydrophile Bestandteil am Zahn haftet, während
der hydrophobe am zu verwendenden Material
haftet. Viskosität und allgemeine Rheologie
des Materials sind ebenfalls wichtig für einen
guten Kontakt. Wenn der Kontakt hergestellt
ist, muss das Material auch am Zahngewebe
haften. Unterschiedliche Materialien haften
mittels unterschiedlicher Mechanismen. Einige
der gängigsten Haftmechanismen bestehen in
einer mechanischen Verbindung der Unregelmäßigkeiten des Zahns mit dem Material durch
chemisches Bonding und Adhäsion.
Spaltbildung
Damit eine Undichtigkeit auftritt, muss ein Spalt
vorhanden sein, durch den Nährstoffe und
Bakterien eindringen können. Es gibt zahlreiche
Gründe für die Bildung von Spalten, abhängig
vom verwendeten Material. Bei bestimmten älteren Arten von Dentalzementen wurde festgestellt, dass sie nur unzureichend Widerstand
gegen Undichtigkeiten im Mund bilden. Dies
bedeutet, dass im Laufe der Zeit nach und nach
Material vom Zementrand verloren geht und
schließlich Undichtigkeiten auftreten. Materialverlust am Zementrand kann auch durch einen
schlechten Verschleißwiderstand entstehen, der
zum Verschwinden von Material als direkte Folge
von Verschleiß über die Zeit entsteht. Allgemeine
Schrumpfung während des Aushärtungsprozesses ist ein grundlegendes Problem resinbasierter
Materialien.
Ein Hauptgrund für die Bildung von Spalten,
der auf die meisten Materialtypen in unterschiedlichem Maße zutrifft, ist, dass das Material
unterschiedlich auf das Zahngewebe reagiert,
Optimale Abdichtung
Eine Vorbedingung für die Verhinderung von
Undichtigkeiten ist die optimale Handhabung
des Materials im Restaurationsprozess. Die Technikempfindlichkeit variiert bei den unterschiedlichen Materialien, im Prinzip jedoch verlangen
resinbasierte Materialien vom Zahnarzt das
meiste. In den meisten Fällen sind Vorbehandlungen erforderlich und das Material muss mit
dem Zahngewebe verbunden werden, damit es
daran haftet. Während des Aushärtungsprozesses treten schrumpfungsbedingte Spannungen
auf. War das Verfahren nicht optimal, entstehen
dadurch wiederum Spalten zwischen Material
und Zahn.
12
•
Resinbasierte Materialien sind in der Regel sehr
empfindlich gegen Wasser und Sauerstoff. Beide
können die Aushärtungschemie und/oder das
ausgehärtete Material negativ beeinflussen,
sodass dieses nicht in der Lage ist, eine optimale
Leistung zu erbringen. Eine minimale Menge an
Flüssigkeit, die während des Aushärtungsprozesses vorhanden ist, kann am Ende dazu führen,
dass das Material sich vom Zahn löst und/oder
entfärbt. Je mehr Regeln bei der Verarbeitung
des Materials zu beachten sind, desto größer ist
die Wahrscheinlichkeit, dass im Laufe des Verfahrens etwas nicht optimal verläuft.
• hydrophil ist und auf natürlichem
Wege an den Geweben des Zahnes
haftet (nanostrukturelle Integration),
• die Fähigkeit hat, alle Unregelmäßigkeiten der Kontaktfläche auszufüllen,
• thermische Eigenschaften besitzt, die
dem des Zahngewebes ähneln,
• einfach zu verarbeiten ist und nicht
nur unter optimalen Bedingungen gut
abdichtet,
• an der Schnittstelle eine Umgebung
erzeugt, die die Stabilität sowohl des
Die besten Vorbedingungen für eine gute und
permanente Abdichtung der Kontaktfläche
zwischen Material und Zahn bietet ein Material, das:
Zahns als auch des Materials über eine
längere Zeit erhält (basischer pHWert).
Ceramir ® bietet eine permanente Abdichtung
Ceramir besitzt eine Reihe von Eigenschaften, die die Kontaktstelle zum Zahngewebe
über lange Zeit fest, undurchlässig und stabil
machen. Es befeuchtet die Oberfläche des
Zahnes gut und unterstützt die Bildung von
Nanokristallen, die an der Oberfläche haften
und sich an den Rest des Materials anpassen.
Diese Eigenschaften wirken zusammen und
erzeugen so eine feste Abdichtung entlang der
gesamten Kontaktzone. Seine Fähigkeit, Apatit
zu bilden und seine Säureresistenz, seine natürlichen thermischen Eigenschaften und sein
basischer pH-Wert verleihen der Kontaktzone
lange Stabilität.
13
Testmethodologie
Wenn am Material Labortests durchgeführt
werden sollen, ist es wichtig, eine geeignete
Methodologie für das zu testende Material zu
verwenden. Auf dem Gebiet der Dental­
materialien werden häufig Konsensnormen
als Basis für die einzusetzende Methodologie
verwendet. Diese Normen werden erstellt, um
nachzuweisen, dass die Eigenschaften für die
infrage stehende Anwendung geeignet sind.
Sie sind auch erforderlich für eine einfache
Implementierung der Methodologie. Dies hat
zur Folge, dass die Normen den Materialklassen
angepasst werden, die bereits auf dem Markt
sind und so konzipiert werden, dass die Materialien nach Anwendung und Materialklasse
verglichen werden können. Wenn dann eine
gänzlich neue Materialklasse eingeführt wird,
wie in diesem Fall Ceramir, ist es nicht immer
möglich, die verfügbare Standardmethodologie anzuwenden. Es müssen viele Aspekte
berücksichtigt werden, wenn Testverfahren
durchgeführt werden, darunter die Chemie der
Aushärtung und die Bruchmechanik.
verfügt, die dazu führt, dass die Oberfläche des
Materials mit der Aufbewahrungsflüssigkeit
reagiert. Werden Proben in Phosphatlösungen
aufbewahrt, wird die Oberfläche deaktiviert
und von einem Überzug aus stabilem Calciumphosphat geschützt. Werden die Proben stattdessen in Wasser aufbewahrt, bildet das im
Wasser gelöste Kohlendioxid Calciumcarbonat
auf der Oberfläche der Proben. Dies ergibt
eine poröse Substanz, die sich nach einer
bestimmten Zeit abzulösen beginnt. Wird dieser
Prozess nicht unterbunden, wird das Material
„aufgefressen“, was zu falschen Testergebnissen
führt.
Überdies sollte, wenn irgend möglich, stets
die Testmethodologie für Keramikmaterialien
eingesetzt werden.
Testen in einer klinischen
Umgebung
Ceramir ist eine Technologie, die für einen Einsatz in Körperflüssigkeiten optimiert wurde. Dies
bedeutet, dass die optimale Performance des
Materials in einer klinischen Umgebung erzielt
wird. Die heutigen Standardtestmethoden für
Dentalmaterialien sind häufig auf die Erzielung
wettbewerbsfähiger Ergebnisse in anderen
Umgebungen als dem menschlichen Körper ausgerichtet. Der Grund dafür ist, dass heutige
Dentalmaterialen im Labor in der Regel optimale, im Körper jedoch nur verringerte Leistungen erzielen. Für Ceramir ist es von äußerster
Wichtigkeit, dass alle Labortests bei Körpertemperatur durchgeführt werden und das
Material stets in einer Atmosphäre aufbewahrt
wird, in der die relative Luftfeuchtigkeit über 90 %
beträgt. Künstlicher Speichel, eine pH-neutrale
Phosphatlösung, sollte stets zur Aufbewahrung
verwendet werden und frei von Additiven sein,
die Zucker oder andere Kohlenhydrate enthalten, da diese die Aushärtung beeinträchtigen.
Der Grund dafür besteht darin, dass Ceramir
über eine besondere Aushärtungschemie
Vergr. = 2,00 K X EHT = 20,00 kV
Detektor = SE1
WD = 26 mm
Die obigen Abbildungen zeigen die Bedeutung
einer korrekten Aufbewahrungsumgebung beim
Prüfen/Testen eines Materials. In einer Umgebung
aus reinem Wasser (oben) bilden sich große
Calcit­kristalle auf der Oberfläche von Ceramir,
während in einer Phosphatlösung (unten) eine
dichte Schicht nanostrukturellen Apatits entsteht.
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