Im Rahmen einer In-vitro-„Pin-on-block“-Studie wurde am UKR Universitätsklinikum Regensburg
unter der Leitung von PD Dr. Martin Rosentritt die Rauheit und das Verschleißverhalten
von CAD / CAM-gefertigten Zirkonoxid-Keramiken getestet. Im Vergleich zu 2 Wettbewerbsprodukten
punktet cara Zirkonoxid von Heraeus Kulzer mit besonders glatten Oberflächen. Der
Trend zur metallfreien Restauration hält an. Keramische Gerüstwerkstoffe wie Zirkonoxid
sind aus der digitalen Prothetik nicht mehr wegzudenken. Doch Zirkonoxid ist nicht
gleich Zirkonoxid, wie die vorliegende Studie des Universitätsklinikums Regensburg
belegt. Studienleiter PD Dr. Martin Rosentritt erklärt, was das Verschleißverhalten
für die Praxis bedeutet.
PD Dr. dent Dipl. Ing. Martin Rosentritt leitet und koordiniert seit 1994 die wissenschaftlichen
Arbeiten an der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik des Universitätsklinikums Regensburg
und hält dort die Leitung des Labors für Werkstoffkunde und Bioadhäsion inne. Der
Privatdozent ist unter anderem Mitglied in der Deutschen Gesellschaft für Prothetische
Zahnmedizin und Biomaterialien DGPro und der Deutschen Gesellschaft für Zahn-, Mund-
und Kieferheilkunde DGZMK. Seine wissenschaftlichen Schwerpunkte legt der studierte
Diplomingenieur im Bereich der zahnmedizinischen Werkstoffe (besonders Keramiken,
Komposite) und deren Prüfung (Alterung und Kausimulation, Verschleiß, Reparaturen
von festsitzendem Zahnersatz, etc.) – Themen, mit denen er sich auch in seiner Promotion
und Habilitation beschäftigte.
Was war das Ziel Ihrer Studie?
Dr. Martin Rosentritt: Untersuchungen der vergangenen Jahre, nicht nur am UKR, haben gezeigt, dass Zirkonoxid
im Vergleich zu anderen dentalen Keramiken einen sehr hohen Verschleißwiderstand bei
gleichzeitiger Schonung des menschlichen Zahnschmelzes in der Gegenbezahnung aufweist.
Ziel unserer Studie war es, das Verschleißverhalten von Zirkonoxid-Keramiken genauer
unter die Lupe zu nehmen. Dafür untersuchte unser Team, ob sich die Oberflächen der
Werkstoffe verschiedener Hersteller nach der CAD / CAM-Verarbeitung differenzieren
und welche Auswirkungen etwaige Unterschiede auf den Verschleiß von Material und Antagonisten
haben. Mit der Erwartung, dass es keine Oberflächenunterschiede geben wird, gingen
wir in die Untersuchung und wurden gleich zu Beginn überrascht.
„Pin-on-block“-Studie mit Zirkonoxid
In der Studie im „Pin-on-block“-Design verglich das Forscherteam des UKR Universitätsklinikums
Regensburg gefrästes cara Zirkonoxid von Heraeus Kulzer mit 2 Vergleichsprodukten
anderer Hersteller. Dafür wurden zylindrische Proben – jede mit einem Durchmesser
von 10 mm und einer Höhe von 2 mm – im CAD / CAM-Verfahren ohne manuelle Nachbearbeitung
gefertigt. Für die Kausimulation wurden die Proben in einen Probenhalter einpolymerisiert.
Anschließend belastete ein Kausimulator die Werkstoffe mit Hub- und Lateralbewegungen
von je 1 mm (Abb. [1]). Insgesamt durchliefen die Proben 120 000 Kauzyklen unter einer Belastung von 50 N.
Als Antagonisten fungierten zum einen geometrische Steatitkugeln mit einem Durchmesser
von 3 mm, zum anderen Schmelzhöcker natürlicher Zähne.
Die Auswertung der Verschleißflächen erfolgte beim Steatitkugel-Versuch mithilfe eines
3D-Laserscanning-Mikroskops, das die Bestimmung der maximalen Verschleißtiefe in Mikrometern
(µm) erlaubt. Die Analyse des Verschleißes im Falle der natürlichen Schmelzproben
erfolgte durch die subjektive Bewertung des Forscherteams anhand von REM-Aufnahmen
der Proben und der jeweiligen Antagonisten.
Abb. 1 Bei der Regensburger „Pin-on-block“-Studie durchliefen die Zirkonoxid-Keramiken
120 000 Kauzyklen.
Bestnoten für cara Zirkonoxid
Bereits vor der Kausimulation zeigten sich zwischen den Herstellern signifikante Unterschiede
in der Rauheit der unbehandelten, CAD / CAM-gefertigten Proben (Tab. [1]). cara Zirkonoxid schnitt mit geringen Rauheitswerten (0,31 ± 0,20 µm) am besten
ab. Die REM-Aufnahmen zeigten unterschiedlich starke Fräsbahnen der Werkstoffe (Abb.
[2]). Nach erfolgreich durchlaufener Kausimulation wies im Verschleißversuch mit den
Steatitkugel-Antagonisten keines der untersuchten Materialien Verschleiß auf. Stattdessen
wurde eine unterschiedlich hohe Menge Steatit auf die jeweilige Zirkonoxid-Probe übertragen.
Im Fall der natürlichen Schmelzhöcker kam es bei allen Materialien zu einer Glättung
des Antagonisten. Bei den Vergleichsprodukten entdeckte das Forscherteam sowohl Riss-
als auch Furchenbildungen an den Antagonisten. Bei dem Material cara von Heraeus Kulzer
waren Furchenbildungen selten erkennbar. Die Antagonisten verschlissen bei den 3 Proben
jedoch nicht signifikant unterschiedlich.
Tab. 1 Bereits vor der Kausimulation punktet cara Zirkonoxid mit der geringsten Rauheit.
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Material
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Rauheit [µm]
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cara Heraeus Kulzer
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0,31 ± 0,20
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Wettbewerber A
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0,65 ± 0,15
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Wettbewerber B
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0,92 ± 0,35
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Abb. 2 Die REM-Aufnahmen zeigen die untersuchten Werkstoffoberflächen im Vergleich:
cara Zirkonoxid links, Wettbewerber A (Mitte) und Wettbewerber B (rechts).
Was sind die zentralen Ergebnisse?
Rosentritt: Zusammengefasst haben wir festgestellt, dass abweichende Herstellungsverfahren sowie
verschiedene Fräsentypen und -strategien zu unterschiedlichen Anfangsrauigkeiten führen,
die sich auf den individuellen Materialübertrag des Antagonisten auf den Werkstoff
auswirken. Dass im Steatitkugel-Versuch keines der untersuchten Materialien verschleißt,
führen wir auf die hohe Härte der Zirkonoxid-Proben zurück. Die Furchenbildung der
Antagonisten der beiden Vergleichsprodukte im Versuch mit den natürlichen Schmelzhöckern
erklären wir uns mit den hohen Rauhigkeitswerten beider Materialien. Es ist anzunehmen,
dass die Gleitbewegung aufgrund der erhöhten Rauigkeit eingeschränkt ist. Dadurch
kommt es wahrscheinlich zu stempelartigen Abdrücken auf dem Antagonisten und somit
zur Furchenbildung.
Warum unterscheiden sich die Materialien trotz unterschiedlicher Anfangsrauigkeit
nicht im Verschleiß?
Rosentritt: Der Materialabtrag der Antagonisten nivelliert vermutlich die verschieden tiefen
Fräsbahnen der Keramiken, sodass die Antagonisten bei den 3 Zirkonoxid-Systemen nicht
signifikant unterschiedlich verschleißen. Deshalb planen wir in diesem Jahr weitere
Untersuchungen, die eine wiederholte Kausimulation mit Putzzyklen kombiniert. Dadurch
möchten wir näher an der klinischen Situation arbeiten, um den natürlichen Lebenszyklus
einer Zirkonoxid-Restauration simulieren zu können. Wenn die Fräsrillen durch den
Putzvorgang freigehalten werden können, wäre vermutlich ein höherer Abtrag bei den
raueren Flächen zu erwarten.
Was bedeuten Ihre Ergebnisse für CAD / CAM-Anwender?
Rosentritt: Für Anwender aus dem Labor bedeuten die Ergebnisse vor allem eines: Sie müssen das
Material kennen, welches sie verarbeiten. Dabei lohnt sich ein Blick darauf, woher
der Werkstoff kommt und wie alt das entsprechende System ist. Denn Studien zeigen,
dass ein Zirkonoxid-System mit glatter Oberfläche die Antagonisten vermutlich weniger
stark beschädigt.
Wo sehen Sie weiteren Forschungsbedarf?
Rosentritt: Da diese In-vitro-Studie eine Zeitspanne von 2 Jahren abdeckt, sind in Zukunft besonders
klinische Studien wünschenswert, welche die Abrasionsgeschichte von Zirkonoxid-Keramiken
über einen längeren Zeitraum dokumentieren. Zudem kann die vorliegende Studie aufgrund
der Stichprobenauswahl und Beschränkung auf 3 Zirkonoxid-Systeme nicht generalisiert
werden.
Haben Sie einen Tipp, um den Antagonisten-Verschleiß zu reduzieren?
Rosentritt: Ich empfehle, die Oberflächen von Zirkonoxid-Werkstoffen generell zu glasieren, um
die Oberfläche zu glätten. So wird die Glasur anstelle des Zirkonoxids abradiert,
und ein gewisser „Einschleifeffekt“ erzeugt. Erste Ergebnisse legen die Vermutung
nahe, dass ein gelegentliches Nachpolieren von keramischen Versorgungen allgemein,
zum Beispiel bei einem Recalltermin, vermutlich zur Verlängerung der Lebensdauer der
Versorgung beitragen könnte.
cara Zirkonoxid von Heraeus Kulzer
Heraeus Kulzer bietet Zahnärzten und Zahntechnikern mit cara Zirkonoxid einen hochwertigen
Gerüstwerkstoff für Kronen und Brücken mit bis zu 16 Gliedern (Abb. [3]). Die Hochleistungskeramik Zirkonoxid ist in white, B-light und A-intensive in der
klassischen Opazität sowie in den 5 transluzenten Farben light, medium, intensive,
white WS und B-medium WS erhältlich (Abb. [4]). Heraeus Kulzer baut das Materialspektrum laufend aus. Im cara-Fertigungszentrum
sorgen Fräsmaschinen der neuesten Generation für präzise Passung und besonders glatte
Oberflächen. Weitere Informationen erhalten Sie unter www-cara-kulzer.de
Abb. 3 Glatter Sieger: Zirkonoxid aus dem CAD / CAM-System cara von Heraeus Kulzer
Abb. 4 Hohe Transluzenz und weite Spanne: cara Zr translucent ist für Brücken mit
bis zu 16 Gliedern erhältlich.
Korrespondenzadresse
PD Dr. dent Dipl. Ing. (FH) Martin Rosentritt
UKR Universitätsklinikum Regensburg
Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik
Franz-Josef-Strauss Allee 11
D-93042 Regensburg
E-Mail: martin.rosentritt@ukr.de
Diese Publikation erfolgt mit freundlicher Genehmigung der Heraeus Kulzer GmbH, Hanau
