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Farbanpassung bei Kompositen: Metalloxide oder Struktur?

Wer seine Patienten mit Kompositfüllungen versorgt, hat dies womöglich schon einmal damit begründet, dass es sich dabei um eine ästhetisch hochwertige und metallfreie Restaurationsform handelt. Aber ist das überhaupt korrekt? Schließlich werden den meisten Kompositen Metalloxide beigefügt, um die gewünschte Farbe zu erzielen. Ohne zugesetzte Pigmente kommt das Komposit OMNICHROMA des japanischen Herstellers TOKUYAMA aus.

Im Wesentlichen setzen sich Komposite aus drei Bestandteilen zusammen: einer organischen Kunststoffmatrix, anorganischen Füllstoffen sowie einer Verbundphase aus Silanen.1 Wirft man einen genaueren Blick auf die Zusammensetzung der organischen Matrix, so fällt auf, dass diese neben Monomeren, Initiatoren und Stabilisatoren unter anderem auch Farbstoffe und Pigmente enthält.2

Dabei kann es sich etwa um verschiedene Eisenoxide, Titaniumdioxid oder Aluminiumoxid handeln. Während Pigmente aus Titaniumdioxid und Aluminiumoxid zur weißen Farbgebung genutzt werden, lassen sich mit Eisenoxid-Pigmenten schwarze, rote oder gelbe Färbungen erzielen.3 Dies sind die Farbtöne, die für den Farbraum menschlicher Zähne relevant sind.

Mechanismen der Farbwahrnehmung

Wie funktioniert bei Kompositen die Farbgebung mittels Pigmenten? Im Prinzip verhält es sich hier ebenso wie bei der Farbwahrnehmung in der Natur. Nehmen wir das Beispiel „Pflanzen“: Hier trifft das Licht mit allen Wellenlängenbereichen auf das Blatt der Pflanze, wo es vom Chlorophyll in großen Teilen absorbiert wird.

Lediglich die grünen Wellenlängen werden reflektiert, weshalb wir das Blatt als grün wahrnehmen. Die Farbgebung hat in diesem Fall also eine chemische Ursache. Dieser Mechanismus liegt auch der Farbgebung bei den meisten Kompositen zugrunde.

Die in ihnen enthaltenen Eisenoxide etwa reflektieren rote oder gelbe Wellenlängen und sorgen somit für den jeweils gewünschten Farbton. In Untersuchungen an experimentellen Kompositen konnte allerdings auch gezeigt werden, dass Eisenoxid-Pigmente für eine Reduktion der Transluzenz sorgen4 – ein Faktor, den Behandler insbesondere bei dunkleren Farbtönen in Betracht ziehen sollten.

Farbe aus Struktur

Es gibt allerdings auch die Möglichkeit, Farbe ohne den Zusatz von Pigmenten zu erzeugen. Der entscheidende Begriff in diesem Zusammenhang lautet: strukturelle Farbe. Im Gegensatz zu den Pigmentfarben kommen sie nicht durch die Absorption oder Nicht-Absorption bestimmter Lichtwellenlängen zustande, sondern entstehen aufgrund bestimmter Oberflächenstrukturen.

Die Ursache ist hier demnach nicht chemischer, sondern physikalischer Natur. Diese Strukturen interagieren mit dem Licht und lassen Farbe beispielsweise durch Interferenz oder Diffraktion entstehen.

Dass strukturelle Elemente etwa für die Farbgebung bei Vogelfedern verantwortlich sind, ist bereits seit der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts bekannt. Sogar Isaac Newton hatte schon einen Zusammenhang zwischen optischer Interferenz und sogenannten irisierenden Farben hergestellt.

In seinem 1704 veröffentlichten Werk „Optiks“ hatte er beschrieben, dass sich die Färbung von Pfauenfedern – ähnlich wie bei der Interferenz an dünnen Schichten – je nach Betrachtungswinkel ändert. Heute sind zahlreiche Tiere und Pflanzen bekannt, bei denen nano- und mikroskalige Strukturen für die Farbgebung sorgen.5

Strukturelle Farbe in der Zahnarztpraxis

Im Bereich der Dentalkomposite kam die strukturelle Farbe als Hauptfarbmechanismus erstmals 2019 zum Einsatz. Mithilfe der sogenannten Smart Chromatic Technology war es dem japanischen Anbieter TOKUYAMA gelungen, den Mechanismus für sein Universalkomposit OMNICHROMA nutzbar zu machen. Die neue fließfähige Variante dieses Werkstoffs, OMNICHROMA FLOW BULK, setzt nun ebenfalls auf diese Technologie und kommt entsprechend ohne künstlich zugesetzte Farbstoffe oder Pigmente aus.

Möglich macht es die Mikrostruktur des Materials. Von besonderer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang die sphärischen Füllkörper mit kontrollierter Partikelgröße und Struktur (Abb. 1). Sie erzeugen die strukturelle Farbe, die zudem die Umgebungszahnfarbe reflektiert.

Auf diese Weise kommt es zu einem ausgeprägten Chamäleoneffekt mit echtem Mehrwert für Praxis und Patienten. Denn mit nur einem einzigen Farbton ermöglicht OMNICHROMA FLOW BULK eine stufenlose Farbanpassung an alle 16 klassischen Vita-Zahnfarben von A1 bis D4 (Abb. 2). So lässt sich nicht nur sicherstellen, dass immer die richtige Farbe auf Lager ist, der Workflow in der Füllungstherapie gestaltet sich zudem einfacher und effizienter.

REM Aufnahme Komposit Omnichroma Flow

Abb. 1:
5.000-fach vergrößert: So sehen die Füllkörper des fließfähigen Komposits OMNICHROMA FLOW unter dem Rasterelektronenmikroskop aus. Ihre Größe und Zusammensetzung erzeugt strukturelle Farbe.

Farbvarianten künstliche Zähne

Abb. 2:
Ein Farbton für alle Fälle von A1 bis D4 – das erleichtert Workflow und Lagerhaltung.

Fazit für die Praxis

In den meisten Fällen wird die Farbe von Kompositen durch die Zugabe von Metalloxid-Pigmenten erreicht. Darüber hinaus gibt es allerdings auch die Möglichkeit, Farbe durch die strukturelle Beschaffenheit des Werkstoffs zu erzeugen.

Mit OMNICHROMA FLOW BULK steht der Praxis nun erstmals ein fließfähiges Bulk-Fill-Komposit zur Verfügung, das strukturelle Farbe als Hauptfarbmechanismus einsetzt. Als omnichromatisches Komposit erlaubt es zudem die Anpassung an alle 16 klassischen Vita-Zahnfarben mit nur einem Farbton.

Weitere Informationen: https://omnichroma.de/bulk/

Spritzen der Marke Omnichroma Flow

Abb. 3:
Die Struktur liegt in der Familie: Die Komposite der OMNICHROMA-Linie erzeugen Farbe durch ihre Mikrostruktur und verzichten dabei gänzlich auf Pigmente.

Literatur

[1] BOWEN R L, MARJENHOFF W A: Dental composites/glass ionomers: the materials. Adv Dent Res 6: 44-49 (1992).
[2] Faltermeier A: Werkstoffe in der Zahnmedizin. In: Werkstoffe in der Zahnmedizin. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2008).
[3] Janda R: Organische Polymere: Chemie und Physik, Teil III. Quintessenz Zahntech 34: 584-594 (2008).
[4] Azhar G, Haas K, Wood DJ, van Noort R, Moharamzadeh K. The Effects of Colored Pigments on the Translucency of Experimental Dental Resin Composites. Eur J Prosthodont Restor Dent. 2019 Feb 22;27(1):3-9. doi: 10.1922/EJPRD_01855Azhar08. PMID: 30775872.
[5] Gebeshuber I.C. (2008): Strukturfarben in der Biologie: Inspirationsquelle für neue technische Entwicklungen. Plus Lucis 1-2/2008, Zeitschrift des Vereins zur Förderung des physikalischen und chemischen Unterrichts. Österreichische Physikalische Gesellschaft - Fachausschuss Lehrkräfte an Höheren Schulen, 44-47.