Abrasionsbeständigkeit von PEEK, CAD/CAM-Komposit und CAD/CAM-PMMA

Abrasionsbeständigkeit von PEEK, CAD/CAM-Komposit und CAD/CAM-PMMA

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Deckprothese basierend auf einem PEEK-Gerüst (Philipp von der Osten)

Auswirkung der Prüfkörpergeometrie, der Antagonistenmaterialien und des Testaufbaus

Autoren: Anja Liebermann, Annett Kieschnick, Bogna Stawarczyk

PEEK, CAD/CAM-Komposite und CAD/CAM-PMMA finden in der digitalen Zahnmedizin zunehmend Anwendung. Doch wie verhalten sich die Werkstoffe auf längere Sicht im Mund? In der hier vorgestellten Untersuchung wurden diese Materialien hinsichtlich verschiedener Aspekte geprüft.

Mehrere Untersuchungen prüften die Leistungsfähigkeit von CAD/CAM-Kunststoffrestaurationen hinsichtlich ihrer Farbstabilität und der mechanischen Eigenschaften [1-4]. Erzielt worden sind vergleichbare oder sogar bessere Ergebnisse als bei Glaskeramiken [1-4]. Ein großer Vorteil von Kunststoffen gegenüber Keramiken ist das niedrigere Elastizitätsmodul, welches ein Abdämpfen der funktionellen Belastungen ermöglicht [4]. Weiterer Vorteil ist die höhere Abrasionsbeständigkeit gegenüber dem Schmelzantagonisten [4, 5, 6].

Im Fokus bei den Kunststoffen steht momentan auch das Polyetheretherketon (PEEK) – ein Polymer aus der Hauptgruppe PAEK (Polyaryletherketon). PEEK ist als industriell hergestellter Rohling/Block für die CAD/CAM-Fertigung oder als Pellet bzw. als Granulat für die Presstechnik erhältlich. Aufgrund der hervorragenden physikalischen und biologischen Eigenschaften hat PEEK in der Medizin eine breite Akzeptanz erlangt und wurde als potenzielles Material für einen definitiven Zahnersatz vorgeschlagen [7,8]. Bezogen auf den Verbund zwischen PEEK mit anderen dentalen Kunststoffen wurden die anfänglichen Schwierigkeiten überwunden; die Ergebnisse sind vielversprechend [1, 8, 9-18]. Es gibt jedoch nur begrenzte Daten über das Verschleißverhalten von CAD/CAM-Kunststoffen – insbesondere PEEK. In Anbetracht dessen wird nachfolgend eine bereits publizierte Untersuchung vorgestellt.

Details der Studie

Ziel der Studie

Untersucht wurden

  • der 2-Körper-Verschleiß von drei CAD/CAM-Kunststoffen sowie
  • der Einfluss der Prüfkörpergeometrie, des Antagonistenmaterials und des Testaufbaus auf das Ergebnis.

Studienaufbau

Folgende Kunststoffe wurden geprüft:

  1. thermoplastisches PEEK (Dentokeep, nt-trading),
  2. experimenteller CAD/CAM-Nanohybridkomposit (Ivoclar Vivadent)
  3. PMMA-basiertes CAD/CAM-Material (artBloc Temp, Merz Dental)
Plane Prüfkörper eingespannt in einem Kausimulator zur künstlichen Alterung

Aus jedem dieser Materialien wurden kronenförmige und flache Prüfkörper hergestellt und diese mittels thermomechanischer Belastung in einem Kausimulator (50 N, 5/55 °C, 600.000 Kauzyklen) einer Alterung gegenüber menschlichem Zahnschmelz- und Edelstahl-Antagonisten unterzogen. Die Hälfte der Prüfkörper jeder Gruppe wurde mit einer Gleitbewegung von 0,7 mm und die andere Hälfte axial belastet. Der Verschleiß der Materialien sowie der Antagonisten wurde mit einem Match-3D-Verfahren ausgewertet und anschließend ist die Topographie aller Oberflächen mit der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) untersucht worden.

Ergebnisse der Studie

3D-Aufnahme einer abradierten Fläche (Krone) nach der Kausimulation
3D-Aufnahme einer abradierten Fläche (Krone) nach der Kausimulation

Bei seitlicher Belastung zeigte das PEEK-Material einen signifikant geringeren Materialverlust als das Komposit oder der PMMA-Kunststoff. Innerhalb der axial belasteten Gruppen traf dies nur für die mit Schmelzantagonisten getesteten flachen Prüfkörper zu. Der Testaufbau mit Kronen zeigte niedrigere Verlustraten als der Testaufbau mit flachen Prüfkörpern. Die laterale Bewegung führte vor allem zu deutlich höheren Materialverlusten als die axiale Belastung. Auf der Antagonistenseite konnte kein Einfluss des CAD/CAM-Materials, des Antagonistenmaterials, der Kraftanwendung und der Prüfkörpergeometrie festgestellt werden.

Fazit

Der Verschleiß von PEEK war im Allgemeinen bei seitlicher Belastung geringer als der von komposite- und PMMA-basierten Materialien. Der Testaufbau und die Belastung der Prüfkörper spielten eine wesentliche Rolle. Plane Prüfkörper mit Lateralbewegung belastet führen zu höheren Materialverlusten. Der Praktiker muss diese Aspekte bei der Bewertung der Studien berücksichtigen.

Studie: Wimmer T, Huffmann AM, Eichberger M, Schmidlin PR, Stawarczyk B. Two-body wear rate of PEEK, CAD/CAM resin composite and PMMA: Effect of specimen geometries, antagonist materials and test set-up configuration. Dent Mater. 2016;32(6):e127-36.

Zusammenfassung der Autoren

Das Abrasionsverhalten – Werkstoff sowie Antagonist – ist klinisch besonders relevant für die Wahl des geeigneten Restaurationsmaterials. Zahnärzte und Zahntechniker sollten sich diesbezüglich ausreichend informieren. Bislang existieren kaum klinische Langzeitstudien zu CAD/CAM-Kunststoffe bzw. PEEK.

Weiterführende Literatur

  1. Stawarczyk B, Ender A, Trottmann A, Özcan M, Fischer J, Hämmerle CH. Load-bearing capacity of CAD/CAM milled polymeric three-unit fixed dental prostheses: effect of aging regimens. Clin Oral Investig 2012;16:1669-77.
  2. Fischer J, Roeske S, Stawarczyk B, Hämmerle CH. Investigations in the correlation between Martens hardness and flexural strength of composite resin restorative materials. Dent Mater J 2010;29:188-92.
  3. Stawarczyk B, Sener B, Trottmann A, Roos M, Özcan M, Hämmerle CH. Discoloration of manually fabricated resins and industrially fabricated CAD/CAM blocks versus glass-ceramic: effect of storage media, duration, and subsequent polishing. Dent Mater J 2012;31:377-83.
  4. Carvalho AO, Bruzi G, Giannini M, Magne P. Fatigue resistance of CAD/CAM complete crowns with a simplified cementation process. J Prosthet Dent 2014;111:310-7.
  5. Stawarczyk B, Özcan M, Trottmann A, Schmutz F, Roos M, Hämmerle C. Two-body wear rate of CAD/CAM resin blocks and their enamel antagonists. J Prosthet Dent 2013;109:325-32.
  6. Kunzelmann KH, Jelen B, Mehl A, Hickel R. Wear evaluation of MZ100 compared to ceramic CAD/CAM materials. Int J Comput Dent 2001;4:171-84.
  7. Kurtz SM and Devine JN. PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants. Biomaterials 2007;28:4845-4869.
  8. Stawarczyk B, Beuer F, Wimmer T, Jahn D, Sener B, Roos M and Schmidlin PR. Polyetheretherketone-a suitable material for fixed dental prostheses? J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2013;101:1209-1216.
  9. Uhrenbacher J, Schmidlin PR, Keul C, Eichberger M, Roos M, Gernet W, Stawarczyk B. The effect of surface modification on the retention strength of polyetheretherketone crowns adhesively bonded to dentin abutments. J Prosthet Dent 2014;112:1489-97.
  10. Stawarczyk B, Jordan P, Schmidlin PR, Roos M, Eichberger M, Gernet W, Keul C. PEEK surface treatment effects on tensile bond strength to veneering resins. J Prosthet Dent 2014;112:1278-88.
  11. Stawarczyk B, Keul C, Beuer F, Roos M, Schmidlin PR. Tensile bond strength of veneering resins to PEEK: impact of different adhesives. Dent Mater J 2013;32:441-8.
  12. Schmidlin PR, Stawarczyk B, Wieland M, Attin T, Hämmerle CH, Fischer J. Effect of different surface pre-treatments and luting materials on shear bond strength to PEEK. Dent Mater 2010;26:553-9.
  13. Kern M, Lehmann F. Influence of surface conditioning on bonding to polyetheretherketon (PEEK). Dent Mater. 2012;28(12):1280-1283.
  14. Fuhrmann G, Steiner M, Freitag-Wolf S, Kern M. Resin bonding to three types of polyaryletherketones (PAEKs)-durability and influence of surface conditioning. Dent Mater 2014;30:357-63.
  15. Stawarczyk B, Bahr N, Beuer F, Wimmer T, Eichberger M, Gernet W, Jahn D, Schmidlin PR. Influence of plasma pretreatment on shear bond strength of self-adhesive resin cements to polyetheretherketone. Clin Oral Investig 2014;18:163-70.
  16. Rosentritt M, Preis V, Behr M, Sereno N, Kolbeck C. Shear bond strength between veneering composite and PEEK after different surface modifications. Clin Oral Investig 2015;19:739-44.
  17. Hallmann L, Mehl A, Sereno N, Hämmerle CHF. The improvement of adhesive properties of PEEK through different pre-treatments. Appl Surf Sci 2012;258:7213-8.
  18. Sproesser O, Schmidlin PR, Uhrenbacher J, Eichberger M, Roos M and Stawarczyk B. Work of adhesion between resin composite cements and PEEK as a function of etching duration with sulfuric acid and its correlation with bond strength values. Int J Adhes Adhes 2014;54:184-90.