Mikromechanischer Verschleiß dentaler Füllungswerkstoffe

Abstract

Einleitung: Zur in vitro Untersuchung des Verschleißverhaltens dentaler Werkstoffe werden vornehmlich makroskopisch wirkende Kausimulationsverfahren angewandt, wobei die Materialien dabei teilweise temporär verschiedenen äußeren Bedingungen ausgesetzt werden, um ein mundähnliches Milieu zu simulieren. Hingegen gibt es kaum Untersuchungen zum mikromechanischen Verschleiß, die es ermöglichen oberflächensensitiv visko-elastische Werkstoffeigenschaften zu erfassen.

Ziel: Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Fragestellung, ob und in wie weit bei verschiedenartigen dentalen Kompositen und Lagerungsmedien Unter¬schiede bezüglich ihres Oberflächenverschleißverhaltens festgestellt werden können. Methodisch zielt die Arbeit auf die Evaluierung des bis dahin im Dentalbereich wenig eingesetzten Universal Surface Testers (UST®, Innowep, Würzburg.

Material und Methode: Bei der in vitro-Studie wurden konische Prüfkörper von drei Kompositen (Arabesk Top, Voco; Artglass, Heraeus Kulzer; Sinfony, 3M ESPE) untersucht. Nach vollständiger Polymerisation wurden die Oberflächen mit SiC-Naßschleifpapier bis zu einer Körnung von 1200 bearbeitet. Von jedem Komposit wurden jeweils vier Prüfkörper zur künstlichen Alterung in je einem Medium (Luft, Wasser, Ethanol und Pseudocholinesterase (PCE)-Lösung) für drei Monate gelagert. Anschließend wurden die Prüfkörper mit dem UST® hinsichtlich ihres Oberflächen¬verschleißverhaltens untersucht. Im Vergleich zu konventionellen Kausimulator-Methoden ermöglicht der UST® als innovative Methode u. a. zwischen elastischer, permanenter und gesamter Verformung (MISTAN-Prinzip) in Abhängigkeit vom Werkstoff (z. B. Füllstoffgehalt) zu differenzieren.

Ergebnisse: Bei Standard-, Abrieb-, statischer Messung und der Universalhärte hatte der Verblendwerkstoff Sinfony sowohl den geringsten Abrieb, die kleinsten Härtewerte als auch die geringste permanente Verformung nach Belastung. Sinfony zeigte das größte und schnellste elastische Rückstellverhalten im Vergleich zu dem Verblendwerkstoff Artglass und dem Füllungswerkstoff Arabesk Top. Letztere hatten ähnliche Werte, wobei Artglass größere Werte beim elastischen Rückstellverhalten als Arabesk Top hatte und sich diese elastische Rückstellung auch schneller einstellte. Auch bezüglich der permanenten Verformung und dem Abrieb verhielten sich diese Komposite ähnlich. Nach Lagerung in Ethanol betrug beispielsweise die permanente Verformung von Arabesk Top 1,41 (±0,45) µm, die von Artglass 1,31 (± 0,24) µm und die von Sinfony 1,05 (±0,13) µm. Bei der Messung des Abriebs zeigte sich Arabesk Top nach Lagerung in Ethanol und Luft weniger abradiert als Artglass. Abhängig vom Lagermedium ergab sich in Ethanol die jeweils größte elastische und permanente Verformung, die schnellste elastische Rückstellung und die geringste Härte.

Schlußfolgerung: Die vorliegende Studie belegt, dass der Universal Surface Tester (UST®) aussagekräftige Daten zum Oberflächenverschleiß dentaler Komposite liefert. Hierbei korrelieren die Ergebnisse mit Daten, die alternativ z. B. mittels Dynamisch Mechanischer Analyse (DMA) ermittelt wurden. Diese innovative Untersuchungsmethode kann durch neue Basisinformationen deshalb dazu beitragen, das Verschleißverhalten von dentalen Kompositen in vivo und in vitro besser verstehen zu lernen.

Introduction: Dental filling materials have mostly been investigated in vitro by macroscopically working wear simulators. In part the materials were temporarily exposed to different ambient conditions simulating mouthlike milieu. In contrast, only few examinations focused on micromechanical wear and thus gave more information on viscoelastic properties of materials surfaces.

Aim: This study focused on surface wear differences of different dental composites due to storage conditions. Furthermore, this work aims on the evaluation of the Universal Surface Tester (UST®, Innowep, Würzburg), scarcely used in dental studies so far.

Materials and methods: This in vitro study analyzed conical specimens of three composites (Arabesk Top, Voco; Artglass, Heraeus Kulzer; Sinfony, 3M ESPE). The specimens were light-cured as suggested for each material. The polymerized samples were grinded from 320 to 1200 grit SiC wet paper. Of each composite four specimens were stored in one of four media (air, water, ethanol, pseudocholineesterase) for three months, repectively, to simulate artificial ageing. Then the samples were studied on their surface wear behavior using the UST®. Compared to conventional chewing simulators the sophisticated UST® gives the opportunity to differentiate between elastic, permanent and complete deformation (principle of MISTAN).

Results: Regarding standard-, abrasion-, static- and hardness measurement, Sinfony showed least abrasion, hardness and permanent deformation after being strained. Sinfony's elastic recovery was the biggest and fastest compared to the two other composites under research. Artglass and Arabesk Top had similar values, however, Artglass had bigger and faster elastic recovery than Arabesk Top. After being stored in Ethanol the permanent deformation of Arabesk Top was 1,41 (±0,45) µm, of Artglass 1,31 (± 0,24) µm and of Sinfony 1,05 (±0,13) µm. Regarding abrasion measurement, Arabesk Top showed lower abrasion than Artglass after being stored in ethanol or air. Dependent on the type of storage, the biggest elastic and permanent deformation, the fastest elastic recovery and the lowest hardness was observed after storage in ethanol.

Conclusion: This study confirms that the Universal Surface Tester (UST®) yields significant data concerning surface wear of dental composites. The results show correlations with data detected alternatively, for example by dynamic mechanical analysis (DMA). This innovative method yields advanced information and can help to better understand wear behavior of dental composites in vivo and in vitro.