Komposite – Ästhetische Wunder

In den letzten 20 Jahren haben sich Komposite zum Allround-Material für sehr viele Indikationen in der Zahnmedizin entwickelt. Durch systematische Variation der Matrix und der Füllkörpersysteme wurden diese Werkstoffe immer weiter optimiert, sodass es heute Komposite gibt, die Zahnärzten die Herstellung hochästhetischer Restaurationen ermöglichen. Filtek^TM Supreme XT Universal Composite bzw. das Nachfolger-Produkt Filtek^TM Supreme XTE Universal Composite sind bekannt für ihre Glanzbeständigkeit. Im Folgenden wird dargestellt, welche Entwicklungen insbesondere die Optimierung der mit Kompositen erzielbaren Ästhetik beeinflusst haben. Diese starten bei Makrofüllern und enden bei den derzeit innovativsten Füllern, den Nanofüllern bzw. Nanoclustern, wie sie in dem Material Filtek^TM Supreme XTE vorzufinden sind.

Abb. 1a Glanzbeständigkeit im Vergleich: Filtek^TM Supreme XTE Nanocluster (l) und führendes nano-optimiertes Komposit (r) Quelle: REM-Fotos mit freundlicher Genehmigung von Dr. J. Perdigao, University of Minnesota.

Abb. 1b Diese optische Analyse zeigt die Oberfläche eines führenden nano-optimierten Komposits (r) im Vergleich zur Oberfläche von Filtek^TM Supreme XTE nach Zahnbürsten-Abrasion. Quelle: Interne Daten von 3M ESPE.

Von Makrofüller- zu Mikrofüllerkompositen

Nach der Einführung der Fotopolymerisation wurden die Komposite überwiegend durch Modifikation ihres Füllkörpersystems weiterentwickelt. Aus diesem Grund ist die Differenzierung der Materialien anhand der Füllkörper von besonderer Bedeutung. Die Einteilung in Makrofüllerkomposite, homogene und inhomogene Mikrofüllerkomposite und Hybridkomposite beruht auf den damals verfügbaren technischen Möglichkeiten, die entsprechenden Materialien herzustellen. Unter dem Begriff Makrofüller werden Füllkörper aus Glas, Quarz oder Keramik verstanden, die durch Mahlprozesse gewonnen werden und eine Füllkörpergröße von 0,7-100 µm aufweisen (Lutz 1980). Die mittlere Teilchengröße dieser damals verfügbaren Füllstoffe betrug etwa 5-10 µm. Die Materialien waren nicht hochglanzpolierbar.

Auf der Grundlage physikalischer Überlegungen, wonach Komposite mit Füllern, deren mittlere Teilchengröße kleiner ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes, hochglanzpolierbar sein müssten, erfolgte die Entwicklung der Mikrofüllerkomposite. Hierbei betrug die Teilchengröße 5 bis maximal 700 nm, die mittlere Teilchengröße sollte kleiner als 40 nm sein und der anorganische Füllstoffgehalt in Form von Mikrofüllern sollte mehr als 50 Gewichtsprozent des Komposits ausmachen (Lutz 1980).

Herstellungsprozess und Nanofüller

Lange Zeit wurde die Mahltechnologie eingesetzt, um Füllkörper herzustellen und die durchschnittliche Füllkörpergröße war von dieser Form der Zerkleinerung abhängig. Jeder Fortschritt der Mahltechnologie hatte auch eine neue Kompositgeneration mit meist verbesserten Eigenschaften zur Folge. Der Herstellungsprozess der Mikro- bzw. Nanofüllpartikel hat neben der Füllkörpergröße ebenfalls Einfluss auf die Eigenschaften eines Komposits. Weitere Herstellungsverfahren sind neben der Mahltechnik die Flammenpyrolyse sowie das Sol-Gel-Verfahren.

Um eine Optimierung der Ästhetik von Kompositrestaurationen zu erreichen, versuchen die Hersteller moderner Füllungsmaterialien laufend, das System aus mahltechnisch hergestellten Füllkörpern zu verändern. So sollte die Polierbarkeit durch immer kleinere Füllkörperobergrenzen (bezogen auf den Durchmesser) verbessert werden. Denn es zeigte sich, dass hinsichtlich der Bewertung eines Komposits in Bezug auf seine Polierbarkeit die Partikelobergrenze wichtiger ist als die mittlere Partikelgröße.

Brechungsindex und Röntgensichtbarkeit

Neben der Partikelobergrenze ist der Brechungsindex eine weitere wichtige Eigenschaft von Füllkörpern, die für ein ästhetisches Ergebnis verantwortlich ist. Der Brechungsindex zwischen Füllkörper und Matrix muss aufeinander abgestimmt sein, um ein farblich gut zum Zahn passendes Komposit zu ergeben. Quarzfüllkörper haben einen geeigneten Brechungsindex, sie haben allerdings den Nachteil, dass sie nicht röntgenopak sind. Durch Glaskeramiken kann man inzwischen ebenfalls geeignete optische Eigenschaften erzielen. Zusätze, die die Röntgenopazität sicherstellen sollen, verändern aber gleichzeitig auch den Brechungsindex der Gläser, sodass sich die optischen Eigenschaften verschlechtern können, wenn die Röntgenopazität zunimmt.

Ästhetik dank Glanzbeständigkeit

Den Forschern und Entwicklern von 3M Espe ist es gelungen, ein Optimum zwischen dem Brechungsindex und der Röntgensichtbarkeit der Füllkörper insbesondere in dem Komposit Filtek^TM Supreme XTE herzustellen. Während der anfängliche Glanz bei den meisten Füllungsmaterialien sehr eindrucksvoll sein kann, mangelt es ihnen in der Regel an der Beständigkeit. Der natürliche Glanz einer Restauration mit Filtek^TM Supreme XTE ist hingegen auch über Jahre beständig und sogar besser als bei einem Mikrofüllerkomposit.

Das Unternehmen stellt dieses Nanokomposit in einem patentierten Verfahren her. Hierbei handelt es sich um das Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung keramischer oder keramisch-organischer Werkstoffe. Ausgegangen wird von einem flüssigen Sol-Zustand des Materials, der durch eine Sol-Gel-Transformation in einen festen Gel-Zustand überführt wird. Bei diesem Verfahren wird ein einzigartiges Verbundmuster von Partikeln im Nanobereich erzeugt. Diese sogenannten Nanocluster zeigen bei der Abrasion das gleiche Scherverhalten, wie es beim Verschleiß der umgebenden Harzmatrix auftritt. Dadurch ist das Komposit leichter zu polieren und die Restauration behält eine glattere Oberfläche für lang anhaltenden Glanz und Fluoreszenz.

Abb. 2 Dieses Foto zeigt die Glanzbeständigkeit des neuen Materials (m und r) im Vergleich zu einem führenden nano-optimierten Komposit (l) nach der Simulation von 6000 Zahnbürsten-Zyklen.

Abb. 3 Das Material ist sowohl in Spritzen als auch in Kapseln erhältlich.

Rabea Tschamler
3M Espe AG
Espe Platz
82229 Seefeld