Bruchlast: 4-gliedrige Brücken aus PEEK mit einem Freiendglied

Bruchlast: 4-gliedrige Brücken aus PEEK mit einem Freiendglied

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PEEK, Bruchlast

Untersuchung der Bruchlast von unterschiedlich verblendeten implantatgetragenen 4-gliedrigen Brücken aus PEEK mit einem Freiendglied

Danka Micovic Soldatovic, München

Bis heute sind Metallkeramiken und Zirkonoxid die am häufigsten verwendeten Werkstoffe für implantatgetragenen festsitzenden Zahnersatz. Aufgrund der Schwachstellen beider Werkstoffe (beeinträchtigte Ästhetik, Allergien auf Metall oder Abplatzungen und Delaminationen der Verblendkeramik) und einer zunehmenden Tendenz zur Verwendung metallfreier Restaurationen werden thermoplastische Werkstoffe (z. B. PEEK) zu einer interessanten Option in der implantatgetragenen Prothetik.

Ein relativ neuer Ansatz in diesem Indikationsbereich ist die Verwendung der Werkstoffklasse der Polyaryletherketone (PAEK), die eine Vielzahl von Thermoplasten beinhaltet: Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK) und Arylketonpolymer (AKP). PEEK ist der am häufigsten verwendete Werkstoff der PAEK-Familie. Er verfügt über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Biokompatibilität und chemische Stabilität. Außerdem ist das Elastizitätsmodul von PEEK ähnlich dem des menschlichen Knochens (3-4 GPa), was Restaurationen aus PEEK aufgrund ihrer dämpfenden und spannungsreduzierenden Wirkung vorteilhaft macht.  Aufgrund der genannten Merkmale eignet sich PEEK für ein breites Spektrum von Indikationen, darunter Gerüste für festsitzenden und herausnehmbaren Zahnersatz, Klammern für herausnehmbaren Zahnersatz, Aufbissschienen, provisorische Versorgungen, Implantatabutments usw.

Ziel der Untersuchung: Stabilität von verblendeten Gerüsten aus PEEK

Die verschiedenen Werkstoffe aus PEEK unterscheiden sich in ihrem Füllstoffgehalt, der zwischen 10-30 % liegt und die mechanischen Eigenschaften des Materials beeinflusst. Da es sich bei PEEK um einen opaken (weiß bis gräulich oder gingivafarbenen) Werkstoff handelt, der nicht für monolithische Restaurationen geeignet ist, werden Gerüste aus PEEK in der Regel mit Kompositmaterialien in verschiedenen Techniken verblendet. Ziel dieser Untersuchung war es, die Stabilität von unterschiedlich verblendeten implantatgetragenen PEEK-Brücken mit einem Freiendglied zu bestimmen.

Material und Methoden

Die 4-gliedrigen Brücken mit einem Freiendglied wurden aus zwei verschiedenen Gerüstwerkstoffen (PEEK):

  • 1. gefräste PEEK-Gerüste (N=60), ca. 20% TiO2-Füller und
  • 2. gepresste PEEK-Gerüste (N=60), ca. 30% TiO2– Füller,

und drei verschiedene Verblendtechniken:

  • a) konventionelle Verblendungen (n=20/Werkstoff),
  • b) digitale Verblendungen (n=20/ Werkstoff) und
  • c) vorgefertigte Verblendungen (n=20/Werkstoff),

hergestellt. Die Bruchlast wurde vor und nach thermo-mechanischer Alterung untersucht.

Es wurden 120 implantatgetragene 4-gliedrige Brücken aus PEEK mit einem Freiendglied vom ersten Prämolaren bis zum zweiten Molaren gefertigt. Die Hälfte der Gerüste wurde aus BioHPP-Rohlingen (bredent, Deutschland) mit computergestütztem Design (CAD) und computergestützter Fertigungstechnologie (CAM) gefräst (Ceramill Motion 2, Amman Girrbach, Österreich) (Abb. 1).

PEEK, Bruchlast
Abb. 1: Gefräste PEEK-Gerüste

Die andere Hälfte der Gerüste aus PEEK wurde gepresst (for 2 press, bredent) (Abb. 2), ausgebettet und für die Verblendung vorbereitet.

PEEK, Bruchlast
Abb. 2: Gepresste PEEK-Gerüste

Implantate, die in der Position des ersten Prämolaren und des ersten Molaren platziert wurden, dienten als Pfeiler, wobei der zweite Prämolar als Brückenglied fungierte und ein Freiendglied in den Bereich des zweiten Molaren ragte.

Verblendung

Um eine Kongruenz in der Form der verschiedenen Verblendungen zu erreichen, wurde eine Master-Restauration mit vorgefertigten Verblendungen (Visio.lign, bredent) hergestellt. Alle anderen Prüfkörper wurden nach dieser vollanatomischen Master-Restauration verblendet (Abb. 3).

PEEK, Bruchlast, Verblendprozess
Abb. 3: Verblendprozess (von unten: gefrästes Gerüst, aufgetragene visio.link-Schicht, aufgetragene Opaquer-Schicht und vollständig verblendete Restauration)

Für die Gestaltung der digitalen Verblendung wurden die Master-Restauration und das Gerüst eingescannt (Ceramill Map 400, Amann Girrbach). Nach Subtraktion in der CAD-Software (Ceramill Mind, Amann Girrbach) wurde die gewonnene stl.Datei in einen bre.CAM.HIPC-Rohling (bredent) positioniert und anschließend gefräst.

Die vorgefertigten Verblendschalen mussten vor dem Verkleben individuell an die Master-Restauration angepasst werden. Zu diesem Zweck wurde ein Silikonschlüssel entsprechend der Master-Restauration angefertigt und jede Verblendung manuell mit dem Silikonschlüssel als Führung beschliffen. Bei der Verklebung der vorbehandelten Verblendungen auf den Gerüsten mit einem dualhärtenden Befestigungskomposit (combo.lign, bredent) wurde eine transparente Silikonform zur Positionssicherung verwendet.

Für die konventionelle Verblendung wurde eine transparente Silikonform mit Verblendkomposit (crea.lign, bredent) gefüllt, auf das Gerüst (PEEK) gepresst und für 180s polymerisiert (bre.Lux PowerUnit 2, bredent). Anschließend wurden alle Brücken auf Hochglanz poliert und einem spezifischen Klebeprotokoll folgend mit den Titanabutments verklebt.

Alterung, Bruchlastmessungen und Frakturtypanalysen

Die Hälfte jeder Untergruppe (pro Gerüstwerkstoff und Verblendtechnik) wurde initial untersucht, während die andere Hälfte eine künstliche Alterung in einem Kausimulator durchlief (mechanische Zyklen: 1.200.000x, 50 N; thermische Zyklen: 6.000x, 5/55°C). Individuell hergestellte Kobalt-Chrom-Molybdän-Antagonisten wurden verwendet, um während der Kausimulation und der Bruchlastmessungen Kraft auf jede Einheit der 4-gliedrigen Brücken auszuüben.

Die Bruchlastmessungen erfolgten in einer Universalprüfmaschine (Zwick 1445, Zwick/Roell, Ulm, Deutschland). Die vertikale Kraft wurde mit einer Traversengeschwindigkeit von 1 mm/min aufgebracht. Ein Abfall von 10 % unter die Höchstlast wurde als Versagen gewertet. Anschließend wurden die Bruchmuster mit Hilfe eines digitalen Mikroskops (Keyence VHX-970F, Keyence, Osaka, Japan) analysiert (Abb. 4).

PEEK, Bruchlast, Frakturtypen
Abb. 4: Frakturtypen von links nach rechts: totaler, kohäsiver und adhäsiver Bruch

Ergebnisse

Die Verblendtechnik und der Füllstoffgehalt des Werkstoffes PEEK beeinflussten die Bruchlast. Vorgefertigte Verblendungen wiesen im Vergleich zu digitalen und konventionellen Verblendungen höhere Bruchlastwerte auf, während digitale und konventionelle Verblendungen im gleichen Wertebereich lagen. Was den Füllstoffgehalt betrifft, so wies PEEK mit 30 % Füllstoffgehalt höhere Bruchlastwerte auf als PEEK mit 20 % Füllstoffgehalt (Abb. 5). Die thermomechanische Alterung zeigte keinen Einfluss auf die Bruchlast.

PEEK, Bruchlast

Abb. 5: Balkendiagramm der Bruchlast [N] verschieden gefüllter Gerüstmaterialien (20% und 30%) und Verblendtechniken

Die Frakturtypen wurden in totale (sowohl Gerüst- als auch Verblendmaterial frakturiert), kohäsive (Fraktur innerhalb des Verblendmaterials) und adhäsive Frakturen (Fraktur zwischen Gerüst und Verblendung) unterteilt (Abb. 4). Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen. Es konnte keine Korrelation zwischen den Frakturtypen und der Frakturbelastung festgestellt werden.

Schlussfolgerung

  • 1. Alle getesteten 4-gliedrigen Brücken aus PEEK überlebten die Kausimulation und zeigten höhere Bruchlastwerte als die erwarteten maximalen Kaukräfte im Seitenzahnbereich von bis zu 900 N.
  • 2. Die künstliche Alterung hatte keinen Einfluss auf die Stabilität der implantatgetragenen 4-gliedrigen PEEK-Brücken.
  • 3. Die Verwendung des Werkstoffes PEEK mit einem höheren Anteil an TiO2-Füllstoffen konnte die mechanische Stabilität der Restauration verbessern.
  • 4. Die Verblendtechnik hat einen großen Einfluss auf die Langzeitstabilität von implantatgetragenen 4-gliedrigen Brücken aus PEEK. Die geeignete Verblendmethode kann die Langlebigkeit von zweischichtigen Strukturen verbessern.

Die hier vorgestellten Ergebnisse stützen sich auf die folgende Untersuchung:

Micovic Soldatovic D, Liebermann A, Huth K, Stawarczyk B. Fracture load of different veneered and implant-supported 4-unit PEEK fixed dental prostheses with a free-end unit. J Mech Behav Biomed Mater. 2022;129:105173. doi: 10.1016/j.jmbbm.2022.105173.