Abrasionsverhalten moderner Dentalmaterialien gegen Zirkonoxid

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2022-04-19
Issue Year
2022
Authors
Hahnenstein, Pia
Editor
Abstract

Hintergrund und Ziele

Zirkonoxid ist aufgrund seiner besonderen mechanischen Eigenschaften aus der modernen Zahnheilkunde nicht mehr wegzudenken: Lange Jahre wurde es aufgrund seiner Opazität nur als Gerüstmaterial genutzt, doch immer mehr drängen auch transluzente, monolithische Versorgungen auf den Markt. Die bessere Stabilität, eine Vereinfachung der Arbeitsschritte und die hohe Belastbarkeit des Materials sind klare Vorteile. Gleichzeitig muss bedacht werden, dass es sich um einen sehr harten Werkstoff handelt, der sowohl die Zahnhartsubstanz des Antagonisten als auch langfristig das gesamte Kausystem schädigen kann. Andererseits gibt es immer mehr Evidenz dafür, dass nicht die absolute Härte, sondern vielmehr die Oberflächenqualität des Zirkonoxides für dessen Abrasivität entscheidend ist. Im klinischen Alltag kann jedoch nicht immer von einer ausreichend polierten Oberfläche ausgegangen werden. Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie sich unterschiedliche moderne Dentalmaterialien in Bezug auf die Abrasion gegen raues und gegen glattes Zirkonoxid verhalten.

Material und Methode

In diesem in-vitro-Versuch wurde die Abrasion im menschlichen Gebiss durch den Kausimulator CS-4.8 professional line der Firma SD Mechatronik simuliert. Im ersten Versuchsteil kauten glatte, im zweiten Versuchsteil aufgeraute Zirkonoxidkugeln gegen jeweils elf unterschiedliche dentale Materialien. Als „glatt“ wurde die Oberfläche der Kugeln ohne weitere Bearbeitung definiert, die aufgeraute Oberfläche wurde durch Sandstrahlen erzeugt, Ziel war eine Rautiefe Rz von 6 µm. Als Materialien getestet wurden Amalgam, Rinderschmelz, drei direkte Komposite (GrandioSo, Filtek Supreme XTE, Essentia), drei indirekte Komposite (GrandioBlocs, Lava Ultimate, Cerasmart), eine Hybridkeramik (Enamic), sowie zwei Glaskeramiken (IPS Empress CAD, GC LRF). Alle Materialien mussten vor dem Kauvorgang so bearbeitet werden, dass sie eine plane und polierte Oberfläche aufwiesen, und wurden dann für mindestens 4 Wochen in destilliertem Wasser bei 37°C gelagert. Anschließend erfolgte der Kauvorgang im Kausimulator für 1.200.000 Zyklen bei einer Kraft von 50 N und einer Frequenz von 1,8 Hz. Nach dem Kauvorgang wurde der Kugeleindruck der Zirkonoxidkugeln mittels eines Profilometers anhand der Eindrucktiefe sowie das Eindruckvolumens gemessen. Einzelne, auffällige Proben wurden ergänzend mit dem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die statistische Auswertung erfolgte mittels einfaktorieller Varianzanalye und des Post-Hoc-Testes anhand der Student-Newman-Keuls-Methode bei einem Signifikanzniveau von α=0,05.

Ergebnisse

Es konnte eine signifikante Zunahme der Abrasion mit aufgerauten Zirkonoxidkugeln für alle getesteten Materialien außer für Amalgam festgestellt werden. Dabei war jedoch die Zunahme der Werte nicht für alle Materialien linear gleich, sondern bestimmte Materialien reagierten empfindlicher als andere auf die veränderte Oberflächenstruktur. Die größte Zunahme der Abrasion wurde für das Komposit Essentia gefolgt von Rinderschmelz gemessen. Innerhalb einer Materialklasse konnte ein Unterschied in dem Abrasionsverhalten zwischen direkten und indirekten Materialien nur für die rauen Kugeln festgestellt werden. Auffallend waren die Abrasionswerte der Komposite Lava Ultimate und dem direkten Pendant Filtek Supreme XTE, die in beiden Versuchsteilen weit über den Werten der anderen Komposite lagen.

Schlussfolgerungen

Die Oberflächenrauheit von Zirkonoxid hat einen direkten Einfluss auf die Abrasion des jeweiligen Antagonisten. Dabei leiden besonders spröde Materialien wie Schmelz unter dem rauen Kontakt. Duktile Materialien wie Amalgame leiden sehr viel weniger. Komposite und Hybridkeramiken leiden ebenfalls nicht so stark, unterscheiden sich aber in den absoluten Werten stark je nach Zusammensetzung und Hersteller. Klinisch muss also bei der Verwendung von monolithischen Zirkonoxidversorgungen auf eine ausreichende Politur und die Wahl eines passenden Restaurationsmaterials für den Antagonisten geachtet werden. Die Nanokomposite Lava Ultimate und Filtek Supreme zeigten von allen getesteten Materialien die höchsten Abrasionswerte und sind damit im direkten Kontakt mit Zirkonoxid ungeeignet.

Background and Objectives

In modern dentistry zirconia is a very common material for dental restoratives because of its special mechanical properties. For many years it has only been used as a framework material in dental technology because of its opacity. Nowadays, translucent, monolithic zirconia restoratives get more and more popular. On the one hand the improved mechanical properties, the mechanical resilience of zirconia as well as a reduction of working steps are great advantages. On the other hand concerns have been raised about the extreme hardness of zirconia. Many investigations have been made about the abrasive wear of zirconia and draw the conclusion, that the surface roughness of zirconia has a greater impact on the antagonists abrasion than its hardness. However, in a clinical setting a perfect polished surface is not probable. This dissertation aims to investigate how different modern dental restorative materials acts as agonists against smooth and roughened zirconia.

Materials and Methods

This experiment is an in-vitro-test, abrasion is simulated by the chewing simulator CS-4.8 professional line manufactured by SD Mechatronik. In the first part, smooth Zirconia balls were chewing against eleven different dental materials, in the second part roughened zirconia balls were chosen. The smooth surface was defined at the situation without any further surface conditioning, the rough surface was created by sandblasting, aiming a surface roughness Rz of 6 µm. The tested materials were Amalgam as a reference, bovine enamel as a substitute for human enamel, three direct composites (GrandioSo, Filtek Supreme XTE, Essentia), three indirect composites (GrandioBlocs, Lava Ultimate, Cerasmart), one hybrid ceramic (Enamic) and two glass ceramics (IPS Empress CAD, GC LRF). During sample production all tested materials had to get a plan and polished surface and were restored in 37 °C destilled water for at least 4 weeks. Afterwards, the chewing simulation started with 1.200.000 cycles, using a force of 50 N by a frequence of 1,8 Hz. Then, the abrasion was measured by a profilometer, determining the depth and volume of the balls´s impression. To exclude specimen with material defects single specimen have been investigated by the REM. The statistical analysis was performed using the one way analysis of variance as well as the Post-Hoc-Test by the Student-Newman-Keuls-Procedure using a level of significance with α=0,05.

Results

The roughened balls increased the wear of every tested material except amalgam. The increasing of the material´s wear was not linear – the surface roughness of the antagonist had a greater impact on some materials than on others: Especially the composite Essentia and bovine enamel suffered the most. There was a difference between the abrasive wear of direct and indirect composites of one manufacturer only for the rough balls. The most remarkable results were the abrasion of the composites Lava Ultimate and Filtek Supreme XTE, showing the highest wear for both parts.

Conclusions

The surface roughness of zirconia has a direct impact on the abrasion for nearly all materials (except amalgam). The highest impact could be shown for Essentia and bovine enamel. Ductile materials such as amalgam tolerate the roughened surface. Composites and hybridcomposites show differences in their wear performance depending on manufacturing and composition of the material. When using monolithic restoration, it is essential to focus on sufficient polishing after occlusal adjustment. The nanocomposites Filtek Supreme and Lava Ultimate showed the less wear resistance of all tested materials. Accordingly, they are not suitable restorations when used as antagonists against zirconia.

DOI
Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs