Objectives Esthetic restorative materials are becoming increasingly important in modern dentistry. Both the patient’s desire for esthetic care and the expanded processing options provided by CAD/CAM technology are reasons for this development. As a result, a variety of new materials are continuously being developed and show a need for pre-clinically relevant testing of parameters such as wear of restorative material in combination with the antagonist. In order to avoid complex clinical studies, in vitro studies are often used to get a first idea of clinical implications. Ideally a dental material should behave as similarly as possible to natural enamel. The aim of this study is to test and compare 3-body wear of different CAD/CAM materials against zirconia antagonist.

Materials and Methods 10 specimens each were prepared from 3 direct composites (Clearfil Majesty Posterior, GrandioSO, Filtek Supreme XTE), 5 CAD/CAM composite blocs (Grandio blocs, Lava Ultimate, Tetric CAD, Cerasmart, Brilliant Crios), one hybrid ceramic (VITA Enamic), one lithium disilikate glass-ceramic (IPS e.max) and bovine enamel. Amalgam was used as a reference material. The 3-body wear test was performed in an ACTA wear machine, with wheels of zirconia as antagonist and millet suspension acting as an abrasive medium (number of cycles: 200 000, slip rate: 15 %, test load: 15 N). Depth of wear and roughness were determined using an optical profilometer and SEM images were taken in order to evaluate fracture mechanisms. Vickers hardness was also tested. Data were statistically analyzed with Kruskal-Wallis and Mann-Whitney-U test (p<0,05).

Results Highest wear was found in bovine enamel, followed by Tetric CAD, Brilliant Crios and Amalgam. Lowest wear was measured in IPS e.max CAD, followed by Enamic. Indirect materials showed significantly lower wear than direct composites with the same filler technology. Vickers hardness was measured from 63 to 591 MPa, while IPS e.max CAD proved to be the material with highest Vickers hardness, followed by bovine enamel. There was a tendency for harder materials to result in higher wear resistance, except for Filtek Supreme XTE and Lava Ultimate, which showed low wear in spite of low Vickers hardness due to special filler technology. In contrast, bovine enamel was less resistant to wear despite high Vickers hardness. Roughness after abrasion was highest in amalgam samples, with neither a correlation with the depth of wear nor with Vickers hardness being found. SEM images of composites showed typical 3-body wear with abraded matrix and desintegrated fillers.

Conclusions Based on the results of this study, ceramics and hybrid ceramics are most resistant to 3-body wear against zirconia antagonist. Composites and amalgam show a medium wear resistance, while composites with higher filler loading tend to have both higher Vickers hardness and lower wear. Because of industrial polymerization indirect materials show improved mechanical properties and therefore lower wear than direct composites. Bovine enamel samples demonstrated special results with insufficient intermaterial comparability. A change in pH of the medium, grinding of the samples and in general the use of non-humanoid enamel may have influenced the results. Filtek Supreme XTE and Lava Ultimate seem to offer a special wear behavior because of their special filler technology, resulting in high wear resistance in spite of lower hardness and lower filler loading. In comparison, 2-body wear studies yield completely different results, so a combination of different wear testing methods is suggested for an adequate transfer to the clinical situation. For clinical practice, indirect restorations made of ceramic or hybrid ceramic are recommended for patients with average values of masticatory forces if high abrasion resistance is required. Materials with high filler loading should be preferred in case of composite material is used.

Zielsetzung Zahnfarbene Restaurationsmaterialien nehmen in der modernen Zahnheilkunde einen immer größer werdenden Stellenwert ein. Dabei sind sowohl der Wunsch der Patienten nach einer ästhetischen Versorgung als auch die erweiterten Verarbeitungsmöglichkeiten durch die CAD/CAM-Technologie ausschlaggebende Faktoren. In Folge dessen werden ständig neue Materialien entwickelt und vermarktet. Um die klinischen Parameter, darunter auch die Abrasion, ohne aufwendige klinische Studien zu bewerten, wird häufig auf in vitro-Studien zurückgegriffen. So können schon erste Anhaltspunkte für die klinische Eignung erhalten werden, denn idealerweise sollte sich ein Material möglichst ähnlich dem natürlichem Zahnschmelz verhalten. Das Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die 3-Medien- Abrasion verschiedener Dentalmaterialien für die CAD/CAM-Verarbeitung gegen einen Zirkonoxidantagonisten zu untersuchen und zu vergleichen.

Material und Methode Aus drei direkten Kompositmaterialien (Clearfil Majesty Posterior, Grandio- SO, Filtek Supreme XTE), fünf CAD/CAM-Kompositblöcken (Grandio blocs, Lava Ultimate, Tetric CAD, Cerasmart, Brilliant Crios), einer Hybridkeramik (Enamic), einer Lithiumdisilikatkeramik (IPS e.max), Rindezahnschmelz und Amalgam als Referenzmaterial wurden je 10 Prüfkörper pro Material hergestellt. Die Abrasionstestung erfolgte in der ACTA-Maschine mit eigens hergestellten Zirkonoxid-Antagonistenrädern und einer Suspension aus gemahlener gelber Hirse als drittem Medium (Versuchsdauer: 200 000 Zyklen, Slip: 15 %, Anpresskraft: 15 N). Die Auswertung der Abrasionsspur erfolgte mittels optischem Profilometer (Tiefe der Abrasionsspur und Mittenrauheit) und Rasterelektronenmikroskop. Weiterhin wurde die Vickershärte der verwendeten Materialien ermittelt. Die statistische Analyse erfolgte mittels Kruskal-Wallis-Test und nachfolgend mit Mann- Whitney-U-Test (p<0,05).

Ergebnisse Rinderschmelz wies die höchste Abrasion auf, gefolgt von Tetric CAD, Brilliant Crios und Amalgam. An IPS e.max CAD ließ sich die niedrigste Abrasion messen, gefolgt von Enamic mit der zweitniedrigsten Abrasion. Indirekte Materialien zeigten sich signifikant abrasionsresistenter als direkte Materialien mit der gleichen Füllertechnologie. Die Vickershärte wurde in einem Bereich zwischen 63 und 591 MPa gemessen, dabei erweis sich IPS e.max CAD als das Material mit der größten Vickershärte, gefolgt von Rinderzahnschmelz. Es zeigte sich die Tendenz, dass eine größere Härte mit einer höheren Abrasionsstabilität einhergeht. Einzig Filtek Supreme XTE und Lava Ultimate wiesen durch eine besondere Füllkörpermorphologie trotz geringerer Härtewerte eine relativ geringe Abrasion auf. Rinderzahnschmelz zeigte sich dagegen trotz hoher Vickershärte nur gering abrasionsresistent. Die Mittenrauheit nach Abrasion war bei den Amalgamproben am höchsten und wies weder eine Korrelation mit der Tiefe der Abrasionsspur noch mit der Vickershärte auf. Die rasterelektronischen Aufnahmen zeigten an den Kompositen das für eine 3-Medien-Abrasion typische Bild mit abradierter Matrix und herausgebrochenen Füllkörpern.

Schlussfolgerungen Im Rahmen dieser 3-Medien-Abrasionsstudie zeigen sich Keramiken und Hybridkeramiken am abrasionsstabilsten. Komposite und Amalgam weisen eine mittlere Abrasionsresistenz auf, wobei Komposite mit einem höheren Füllkörpergehalt tendenziell sowohl eine größere Vickershärte als auch eine niedrigere Abrasion aufweisen. Indirekte Materialien zeigen im Vergleich zu direkten Kompositen durch eine industrielle Polymerisation verbesserte mechanische Eigenschaften und damit ein günstigeres Abrasionsverhalten. Inwieweit die Ergebnisse der Rinderschmelzproben vergleichbar sind, ist fraglich. Sowohl eine pH-Veränderung des Mediums als auch das Glattschleifen der Proben und die generelle Verwendung von nicht humanoidem Schmelz haben möglicherweise die Ergebnisse beeinflusst. Filtek Supreme XTE und Lava Ultimate scheinen durch die besondere Füllkörpermorphologie ein verändertes Abrasionsverhalten zu haben, sodass trotz geringerer Härte und geringerem Füllkörpergehalt eine hohe Abrasionsstabilität resultiert. Vergleiche mit 2-Medien-Abrasionsstudien zeigen gänzlich unterschiedliche Ergebnisse, sodass für eine adäquate Übertragung auf die klinische Situation eine Kombination verschiedener Abrasionstestmethoden vorgeschlagen wird. Für den klinischen Alltag mit normaler Kaubelastung sind indirekte Restaurationen besonders aus Keramik oder Hybridkeramik zu empfehlen, wenn eine hohe Abrasionsstabilität gewünscht wird. Sofern Komposite verwendet werden, sollte auf einen hohen Füllkörpergehalt geachtet werden.