Technik

Hybridkeramik – Möglichkeiten einer neuen Werkstoffklasse

Netzwerkstruktur
Vita Zahnfabrik

1987 waren mit Mark-I-, später Mark-II-Vitablocs (Vita Zahnfabrik, Bad Säckingen) die ersten keramischen CAD/CAM-Blöcke für das Cerec 1 erhältlich. Mit einer Überlebensrate von bis zu 20 Jahren setzte die Feldspatkeramik Maßstäbe. Fortan wurde stetig an Materialien speziell für Einzelzahnrestaurationen weitergeforscht und weiterentwickelt. Es entstanden neben Blöcken aus Feldspatkeramik und Glaskeramik auch Schleifblöcke in Lithium-Disilikatkeramik. Es folgten Polymere, Resin Nano Keramik und seit Januar 2013 auch die weltweit erste Hybridkeramik mit einer dualen Netzwerkstruktur.

In diesem Beitrag soll die Rolle der neuen Hybridkeramik untersucht sowie Möglichkeiten und Grenzen aufgezeigt werden. Es stellt sich die Frage, ob noch mehr keramische Werkstoffe für die Einzelrestauration benötigt werden, oder ob die Hybridkeramik die Chance bietet, die neuen Herausforderungen an keramische Restaurationen zu meistern. Ist diese Keramikgeneration wirtschaftlich? Wo ist sie anwendbar? Wie ist die Verarbeitung und wie sieht es mit dem Belastungswerten aus? All diesen Fragen soll im Folgenden nachgegangen werden (Abb. 1).

Geschichtliche Entwicklung
Um die logische Konsequenz der Entwicklung einer Hybridkeramik zu verstehen, muss man auf die Entwicklung der dentalen Keramiken in Zusammenhang mit dem natürlichen Dentin zurückblicken. Betrachtet man das Elastizitätsmodul (Werte aus Spannungs- und Dehnungswerten zur Biegefestigkeitsmessung) des natürlichen Dentins (15-30 GPa) im Vergleich zu bewährten Materialien wie Mark II (Vitablocs, Vita Zahnfabrik) und IPS Empress CAD (56 GPa) (Ivoclar Vivaent/Schaan, Liechtenstein) oder IPS e.max CAD (77 GPa) (Ivoclar Vivadent), so ist zu bemerken, dass die Entwicklung der dentalen Keramiken sich weit von dem natürlichen Vorbild Dentin entfernt hat. Die Entwicklung der temporären Kunststoffe (rund 9 GPa) und der Nano Resin Keramik Lava Ultimate (15 GPa) (3M ESPE AG, Seefeld) brachte auch keine Abhilfe. Nur die Hybridkeramik Enamic (28 GPa) (Vita Zahnfabrik, Bad Säckingen) liegt im Bereich des natürlichen Dentins. Unsere Zähne bewältigen seit vielen Jahrhunderten die an sie gestellten Aufgaben, sodass sie als absolutes Vorbild für die Entwicklung von Einzelzahnrestaurationen dienen müssen. Vielleicht ist an dieser Stelle verständlich, warum der Verfasser die Gruppe der transluzenten Zirkonoxidrestaurationen hier nicht mit eingebunden hat. Sie sind für die Einzelzahnversorgung als nicht adäquat einzuschätzen und wurden aus Sicht des Autors nur von CAD/CAM-Herstellern forciert, die keine anderen vollanatomischen Einzelrestaurationen herstellen konnten. In letzter Zeit bemühten sich aber auch diese Hersteller, ihre Maschinen vom alleinigen Fräsen auch auf Nassschleifen umzustellen. Somit wird diese Materialgruppe mit der Zeit bei Einzelrestaurationen verschwinden.

Wie zuverlässig ein Material ist, lässt sich einzig mit dem Weibul-Modul bestimmen. Hierbei werden gleiche Objekte (Biegestäbchen) mehrfach bis zum Bruch belastet und aus diesen Werten der Weibull-Modul berechnet. Dieser beschreibt das Streuverhalten der Festigkeit keramischer Materialien. Am schwächsten schnitt im Vergleich IPS e.max CAD (5) ab, gefolgt von Lava Ultimate (8) und IPD Empress CAD (9). Enamic konnte ein Weibull-Modul von 20 erreichen und schnitt somit doppelt so gut ab wie die anderen getesteten Materialien. Hierbei macht sich anscheinend die Entwicklungszeit von mehr als 8 Jahren bemerkbar. Die Erfahrungen, die wir als Erprober von Enamic machen konnten, bestätigen dieses Ergebnis. Bei mehr als 1000 eingesetzten Restaurationen liegt die Verlustrate bei 0 Prozent bei den Testern.

Was unterscheidet Hybridkeramik von anderen Keramiken?
Durch das duale Netzwerk in der Hybridkeramik werden entstehende Risse innerhalb der Netzwerke gestoppt, somit wirkt diese Eigenschaft Chipping entgegen (Abb. 2). Durch das duale Netzwerk in der Hybridkeramik sind Randstärken von 0,3 Millimetern (mm) und weniger problemlos schleifbar, wobei alle herkömmlichen Keramiken an solch geringen Schichtstärken scheitern. Dasselbe Ergebnis findet sich bei der Kantenstabilität (Abb. 3 bis 5). All diese Fakten unterscheiden die Hybridkeramik von herkömmlichen Keramiken und eröffnen somit neue Möglichkeiten und größere Sicherheit bei den Restaurationen in der täglichen Arbeit.

Die Wirtschaftlichkeit eines Materials ist ein immer wichtiger werdender Punkt. Auch hier wurden wir in den vergangenen Jahren von der Industrie immer wieder mit neuen Brennöfen, speziellen Brenngutträgern, Brenn-/Stabilisierungspasten, Rüttlern (Multilayer) oder speziellen Brennverfahren zu stetigen Neuinvestitionen „gezwungen“. Deshalb ist eine einfach verarbeitbare Keramik mit guten Eigenschaften eine geforderte Größe.

Die neue Hybridkeramik Enamic benötigt keinen Brennofen, kann einfach poliert oder über ein lichthärtendes Verfahren charakterisiert werden. Dazu können die üblichen Lichthärtegeräte in Labor und Praxis benutzt werden. Das bedeutet keine zusätzlichen Neuinvestitionen. Man kann, wenn erwünscht, ein Polierset erwerben, aber dies ist nicht zwingend notwendig, da die Polierbarkeit des Materials hervorragend mit den schon vorhandenen Keramikpolierern gegeben ist.

Das lichthärtende Finishingset ist minimalistisch gehalten. Die Charakterisierfarben können individuell gemischt werden. Somit ist für die Integration der Hybridkeramik, kein Investitionsaufwand notwendig (Abb. 6 und 7).

Wichtig ist natürlich auch die Standzeit der verwendeten Schleifer in der Schleifmaschiene. Durchschnittlich kostet eine Schleifersatz in der Sirona MCXL (Sirona Dental) einen guten dreistelligen Betrag. Betrachtet man nun die Standzeiten eines einzelnen Schleiferpaares, gibt es einen interessanten Unterschied. Ein Schleiferpaar hält bei IPS e.max CAD durchschnittlich zehn bis 18 Restaurationen, bei Mark II 20 bis 28 Restaurationen. Im Schnellschleifmodus sind es bei der Hybridkeramik rund 130 und im Normalschleifmodus sagenhafte 150 Restaurationen. Damit ist dieses Material im Vergleich zu den herkömmlichen Keramiken unschlagbar. Diese Werte wurden mit ein und derselben Molarenkrone unter denselben Bedingungen auf einer MCXL-Schleifmaschine ermittelt. Aber die Herstellungszeit einer Restauration, sowohl labside als auch chairside, ist ein interessanter wirtschaftlicher Punkt.

Betrachten wir zunächst die Schleifzeiten in der Sirona MXCL. Die neue Hybridkeramik kann in dieser Maschine in zwei Modi geschliffen werden. Im normalen Schleifmodus wie auch in einem speziellen Schnellschleifmodus, wobei die Ergebnisse nicht abweichen. Eine Prämolarenkrone aus IPS e.max CAD wird in 12:17 Minuten geschliffen, eine Mark-II-Krone in 10:27. Die gleiche Krone kann mit Vita Enamic im Schnellschleifmodus in 4:40 geschliffen werden. Vergleichen wir noch eine Molarenkrone. Mit IPS e.max CAD werden 14:58, mit Mark II 13:29 und mit der Hybridkeramik 5:13 Minuten benötigt (alle Kronen wurden unter denselben Bedingungen in einer Sirona MCXL geschliffen.). Wenn man nun die Krone finalisiert und lichthärtet, benötigt man für eine Krone aus Hybridkeramik – nach der Konstruktion am PC bis zur Fertigstellung – durchschnittlich zehn bis 15 Minuten. Kronen aus herkömmlichen Keramiken sind gegebenenfalls noch nicht einmal in der Maschine fertig geschliffen und müssen dann noch mit einem Glanz-/Kristallisationsbrand versehen werden. Auch in diesem Vergleich ist die neue Hybridkeramik Enamic wirtschaftlich den bisherigen Materialien deutlich überlegen.

Einsatzgebiete und Workflow
Wir alle kennen die Besonderheiten keramischer Restaurationen bei Non-Präp oder minimalinvasiver Präparation. Nicht nur einmal standen wir vor dem geschliffenen Ergebnis und hatten Randausbrüche, mussten Ränder verstärken oder komplette Restaurationen neu anfertigen. Hier verspricht die neue Werkstoffgeneration der Hybridkeramik Abhilfe. Laut Herstellerangabe der Firma Vita sind Restaurationen mit einer Randstärke von 0,3 mm möglich, wer aber schon einmal ein Zahnhalsinlay mit einer Randstärke von 0,2 oder gar 0,1 mm mit Vita Enamic ausgeschliffen hat, versteht unsere Begeisterung. Auch bei diesen Randstärken lassen sich ausgezeichnete Ergebnisse erzielen. Hierbei glänzen Glaskeramiken und Lithium-Disilikatglaskeramiken mit Totalversagen. Allein diese Fakten machen auf weitere Einsatzgebiete neugierig (Abb. 8 und 9).

Inlays, Onlays, Veneers lassen sich hervorragend in einer noch nie gekannten Qualität und Kantenschärfe ausschleifen. In der Variante HT sind diese Restaurationen hochgradig transluzent, sodass der Zahnarzt und Zahntechniker jederzeit mit der Zahnstumpffarbe spielen kann und dadurch ein hochästhetisches natürliches Endergebnis erzielt. Ebenso steht eine T-Variante zur Verfügung (Abb. 10 bis 12). Hier wurden mehr Farbanteile verarbeitet, sodass ein opakerer Effekt erziehlt wird. Dies kann nun für Kronen/Teilkronen interessant sein, wenn diese auf Stumpfaufbauten oder Titanabutments platziert werden sollen. Durch die integrierte Riss-Stopp-Funktion und die dämpfenden Eigenschaften der Keramik ist ihr Einsatzgebiet besonders auf Implantatversorgungen zu sehen. Somit ist die Hybridkeramik universell für Einzelzahnrestaurationen einsetzbar (Abb. 10 bis 12).

Die neue Hybridkeramik ist chairside wie auch labside einsetzbar. Natürlich spricht die schnelle und einfache Verarbeitung besonders für die Chairside-Methode, jedoch bietet das neue Material auch den Laboren eine Chance, neue Servicemöglichkeiten zu platzieren. Nicht jede Zahnarztpraxis besitzt die Möglichkeit, mit Cerec seine Patienten zu versorgen. Gerade Implantatarbeiten kann man nun noch kundennäher direkt versorgen. Bei der Einprobe des Implantataufbaus kann man die Probefahrt mit einer Enamic-Krone zum Erlebnis für den Patienten gestalten, indem man ihn direkt am Stuhl nach seinen weiteren Wünschen befragt, diese direkt umsetzt und ihn in dieser Sitzung endversorgt. Somit erhält er das Gefühl, dass er im Mittelpunkt des Teams aus Zahnarzt und Zahntechniker steht. Daraus ergibt sich ein unschätzbarer Wert.

Wichtig ist, dass die zwei Methoden der Finalisierung der Hybridkeramik beachtet werden: zum einen Polieren und zum anderem das lichthärtende Charakterisieren. Ist eine Krone poliert, darf sie nicht gleichzeitig charakterisiert werden. Die Krone müsste hier mittels eines Steines angeraut werden, erst dann kann weitergearbeitet werden. Es empfiehlt sich, im Vorfeld den Finalisierungsplan zu machen. Die Faustregel besagt hier, dass glattflächige Restaurationen, zum Beispiel Veneers, schneller poliert sind und aufwendige Okklussionsflächen leichter lichthärtend charakterisiert und finalisiert werden.

Bei Zahnhalsinlays empfiehlt es sich, den Anstifter der Schleifmaschine nach dem Schleifvorgang zu belassen, dort eine Einbringhilfe zu befestigen und das Zahnhalsinlay erst fest einzusetzen und dann fein auszuarbeiten und direkt im Mund zu polieren. Dafür ist die Hybridkeramik nahezu perfekt geeignet. Auch Zahntechniker sollten ihren Kunden die Zahnhalsinlays unbearbeitet ausliefern. Dieser Workflow hat sich in der Praxis bewährt.

Eine Hybridkeramik nach dem Vorbild der Natur

Die Anforderungen an keramische Werkstoffe für Einzelzahnrestaurationen sind in den vergangenen Jahren gestiegen. Diesen neuen und vielfältigen Anforderungen wird die neue Hybridkeramik Enamic der Firma Vita in jedem Punkt gerecht und stellt die vorhandenen Keramiken in den Schatten (Abb. 13). Dieser Erfolg beruht vor allem darauf, dass die Hybridkeramik dem natürlichen Dentin am nächsten kommt und somit dem Vorbild der Natur nachempfunden wurde. Diese neue Werkstoffgruppe erzielt eine hohe Biegefestigkeit und kompensiert Fehlbelastungen durch die Pufferwirkung mittels seines dualen Netzwerkes. Gegen Chipping wirkt die integrierte Riss-Stopp-Funktion. In der wirtschaftlichen Verarbeitung lässt das neue Material alle bekannten Keramiken weit hinter sich. Die neue Hybridkeramik ist somit ideal für ästhetische Einzelzahnversorgungen und setzt neue Maßstäbe. Der Autor weist darauf hin, dass alle genannten Messwertangaben aus der Abteilung Forschung und Entwicklung der Vita Zahnfabrik stammen.

Das Thema dieses Artikels wird der Verfasser als Referent auf der 42. Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Dentale Technologie weiter vertiefen. Die Tagung findet statt vom 30. Mai bis 1. Juni 2013 in der Kongresshalle in Böblingen. Weitere Informationen gibt es unter www.ag-dentale-technologie.de.