Untersuchung des nanomechanischen Verlaufsverhaltens von Zahnschmelz mit Fluorose

Einführung

Dentalfluorose ist eine Zahnfehlbildung, die durch die Aufnahme von überschüssigem Fluorid aus verschiedenen Quellen wie Wasser, Nahrung und Luft während der Zahnentwicklung und Mineralisierung verursacht wird [1, 2]. Die regionale Konzentration von Fluorid und die umfangreiche Anwendung von Fluorid zur Vorbeugung von Karies haben zu einer hohen Inzidenz dieser Fehlbildung geführt. Die Inzidenz der Zahnfluorose erreicht in einigen Bereichen mit hohem Fluoridgehalt 80–90% [3, 4]. Die Zahnfluorose ist durch das Vorhandensein von kalkigen, undurchsichtigen Flecken oder Zahndefekten gekennzeichnet, die das Aussehen und die Funktion der Zähne beeinträchtigen (Abb. 1a). Dieser Zustand kann außerdem zu einer ernsthaften psychischen Belastung und einer Sozialisationsbarriere führen [5]. Patienten mit Zahnfluorose benötigen häufig eine Restauration, um ihr Erscheinungsbild und ihre Zahnfunktion wiederherzustellen [6, 7]. Die Abstimmung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften des Zahnersatzes mit denen des gegenüberliegenden Zahnschmelzes ist sehr wichtig, um gute klinische Ergebnisse zu erzielen [8, 9]. Fehlanpassungen zwischen den Materialeigenschaften können einen übermäßigen Verschleiß des gegenüberliegenden natürlichen Zahns oder der Restauration selbst verursachen [10, 11]. Daher ist eine gründliche Untersuchung der Mikrostruktur, der nanomechanischen Eigenschaften und der nanotribologischen Eigenschaften von Fluorose-Zahnschmelz erforderlich, um die geeigneten Restaurationsmaterialien auszuwählen [12].

Fotos von Zahnfluorose. a Intraorale Fotografie einer leichten Zahnfluorose mit kreidigen, undurchsichtigen Flecken und schwerer Zahnfluorose, die sowohl kalkige, undurchsichtige Flecken als auch Zahndefekte zeigt. b Extrahierte leichte Zahnfluorose. c Extrahierte schwere Zahnfluorose

Die äußerste Schicht des Schmelzes schützt das Dentin und die vitale Pulpa vor dem Mundmilieu. Der Zahnschmelz soll den Kaukräften über Millionen Zyklen ein Leben lang standhalten können [13,14,15]. Es muss überlegene mechanische Eigenschaften aufweisen, um Spannungen im Zahn abzubauen und Rissbildung zu verhindern [12]. Da sich die Mikrostruktur und Zusammensetzung des Schmelzes vom äußeren Schmelz in Richtung Schmelz-Dentin-Grenze (EDJ) ändert, zeigt der natürliche Zahnschmelz ein mechanisches Gradientenverhalten [15,16,17,18]. Chronische Exposition gegenüber hohen Fluoridspiegeln führt zu strukturellen Veränderungen des Zahnschmelzes und führt zu Zahnfluorose [19,20,21]. Diese Veränderungen gehen oft mit Veränderungen des mechanischen Verhaltens des Schmelzes einher [22,23,24]. Schereret al. [22] und Suckling et al. [23] verwendeten ein Tiermodell, um das mechanische Verhalten des Zahnschmelzes zu untersuchen. Fanet al. [24] untersuchten das mechanische Verhalten von humanem Zahnschmelz mit leichter Fluorose. Bis heute ist jedoch das nanomechanische Gradientenverhalten des dentalen Fluoroseschmelzes unklar. Darüber hinaus sind auch die Auswahlkriterien für Restaurationsmaterialien für die dentale Fluorose mehrdeutig. Daher untersucht diese Studie das nanomechanische Gradientenverhalten des Schmelzes mit leichter und schwerer Fluorose. Die nanotribologischen Eigenschaften von vier verschiedenen Füllungsmaterialien werden denen der äußeren Schicht des Fluorose-Zahnschmelzes gegenübergestellt. Die Ergebnisse dieser Studie werden die klinische Auswahl und Entwicklung von Restaurationsmaterialien für die dentale Fluorose leiten.

Materialien und Methoden

Insgesamt wurden 30 kariesfreie Prämolaren (10 normale Zähne, 10 leichte Fluorosezähne mit kreidigen, undurchsichtigen Flecken [Abb. 1b] und 10 schwere Fluorosezähne mit kalkigen, undurchsichtigen Flecken und Zahndefekten [Abb. 1c]) gesammelt . Das Alter der Spender lag zwischen 19 und 25 Jahren. Alle Spender mit Fluorose hatten in Gebieten mit hoher Fluorkonzentration gelebt. Das Studienprotokoll wurde von der Ethikkommission des West China Hospital genehmigt. Nach der Extraktion wurden die Zähne in Hanks ausgewogener Salzlösung (HBSS, Solarbio, Peking, China) bei 4 °C gelagert, um Dehydration und Demineralisierung vor der Probenvorbereitung zu verhindern. Alle Proben wurden innerhalb einer Woche nach der Extraktion getestet.

Probenvorbereitung

Die Zahnkronen wurden mit einer Hochgeschwindigkeits-Schneidmaschine (Struers Minitom, Struers, Dänemark) mit einer Diamanttrennscheibe (Struers, Dänemark), die bei 300 U/min unter Wasserbewässerung betrieben wurde, von den Wurzeln getrennt. Die Kronen wurden dann in zwei Hälften geschnitten und in Epoxidharz (EpoFix, Struers, Dänemark) eingebettet, wobei ihre Längsschnitte freigelegt wurden. Eine Hälfte der Krone wurde für die Nanoindentation-Tests und die andere Hälfte für die Nanoscratch-Tests verwendet. Fünf Präparate (4 mm × 4 mm × 2 mm) für jedes Restaurationsmaterial [Lithium-Disilikat-Glaskeramik (IPS e.max CAD) (Ivoclar Vivadent AG), Polymer-Infiltrierte-Keramik-Netzwerke (PICN) (Vita Zahnfabrik, Bad Säckingen) , Deutschland), Kompositblock (Lava TM Ultimate) (3M ESPE, Seefeld, Deutschland) und konventioneller Kompositharz (Fltek TM Z350XT) (3M ESPE, MN, USA)] wurden ebenfalls hergestellt. Die Proben wurden nacheinander poliert, beginnend mit #800 mesh SiC-Papier (Siliziumkarbidpapier, Struers) und dann mit zunehmend feineren Schleifmitteln bis #4000 mesh. Danach wurden die Proben mit 3 µm und 0,04 µm Schleifpartikellösungen (OP-S NonDry, Struers, Dänemark) auf Wasserbasis poliert. Schließlich wurden die Proben 15 s lang mit Ultraschall gereinigt. In dieser Studie wurde der Schmelz in drei Schichten unterteilt, nämlich den äußeren Schmelz, der einen maximalen Abstand von maximal 100 μm von der Kaufläche hat; der mittlere Schmelz, der sich in der Mitte zwischen der Okklusionsfläche und dem EDJ (mittlerer Schmelz) befindet; und der innere Zahnschmelz, der einen maximalen Abstand von höchstens 100 μm vom EDJ (innerer Zahnschmelz) hat [25].

Nanoindentation-Tests

Nanoindentationstests wurden unter Verwendung eines Nanoindentationsgeräts (Triboindenter TI950, Hysitron, USA) mit einem Berkovich-Diamanteindringkörper (nominaler Radius von ~ 150 nm) durchgeführt. Das in situ Rastersondenmikroskop (SPM) wurde mit dem Nanoindentationssystem ausgestattet, um verschiedene Bereiche des Zahnschmelzes genau zu lokalisieren. Die Eindrücke wurden unter einer aufgebrachten Last von 2000 μN und einer Haltezeit von 30 s durchgeführt. Die Be- und Entladerate betrug 400 μN/s. An jeder Schmelzschicht des normalen Zahns, leichter Zahnfluorose und schwerer Zahnfluorose, wurden fünfzig Eindrücke vorgenommen. Der Abstand zwischen den Einzügen wurde auf über 5 μm eingestellt. Die reduzierten Elastizitätsmodule und die Nanohärte wurden durch den konventionellen Ansatz von Oliver und Pharr gemessen [26, 27]. Die Kontaktverschiebungen vor und nach der Haltezeit wurden aufgezeichnet. Dann wurde die veränderte Verschiebung berechnet, indem die Anfangstiefe zu Beginn der Haltezeit von der Eindringtiefe am Ende der Haltezeit unter der maximalen Belastung abgezogen wurde. Die veränderte Verschiebung wurde verwendet, um die Kriechreaktion der Nanoindentation zu bewerten.

Nanokratztests

Nanoscratch-Tests wurden mit einem Nanoscratch-Gerät (Triboindenter TI950, Hysitron, USA) mit einem konischen Diamanteindringkörper (Nennradius von ~ 1 μm) (Hysitron Triboscope, MN, USA) durchgeführt. Die Kratzer wurden unter einer Belastung von 1000 μN mit einer Geschwindigkeit von 0,5 μm/s und einer Kratzlänge von 10 μm aufgebracht. Fünfzig Kratzer wurden in jeder Schmelzschicht des normalen Zahnschmelzes, des milden Zahnschmelzes und des schweren Zahnschmelzes sowie der Restaurationsmaterialien angebracht. Der Abstand zwischen den Kratzern wurde auf über 5 μm eingestellt. Nach den Nanoscratch-Tests wurden der Reibungskoeffizient und die Nanoscratch-Tiefe und -Breite vom System aufgezeichnet.

Statistische Analyse

Statistische Analysen wurden mit SPSS 18.0 durchgeführt. Einweg-ANOVA und Student's t Es wurden Tests durchgeführt, um die Daten zu analysieren. Ein p ein Wert von weniger als 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

SEM-Beobachtung

Die Mikrostrukturen der drei Schmelzschichten des normalen Zahns, leichter Zahnfluorose und schwerer Zahnfluorose wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit Feldemissionskanone untersucht (INSPECT F, Tschechische Republik).

Ergebnisse und Diskussion

Mikrostruktur und Gradienten-Nanomechanisches Verhalten von Zahnschmelz

Die Mikrostrukturen der drei Schmelzschichten des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose sind in Abb. 2 dargestellt. Die äußeren und mittleren Schmelzstäbe der normalen Zähne wiesen einheitliche Durchmesser auf und waren aufrecht angeordnet (Abb. 2a, d), während ihre inneren Schmelzstäbe ein welliges oder webendes Muster aufwiesen (Abb. 2g). Bei leichter Zahnfluorose wurde eine kleine Anzahl von Poren (weiße Kreise in Abb. 2b) auf dem äußeren Schmelz beobachtet, aber ihre mittleren und inneren Schichten (Abb. 2e, h) wiesen eine Mikrostruktur auf, die denen der normalen Zähne ähnelte. Die Struktur der äußeren Schmelzstäbchen bei schwerer Fluorose war durch verbreiterte Lücken zwischen den Schmelzstäbchen (grüner Pfeil in Abb. 2c) und zahlreiche Poren (weiße Kreise in Abb. 2c) gekennzeichnet. Kristalle im Schmelzstab waren mit zunehmender Kristallclearance und Mikroporen locker angeordnet (roter Pfeil in Abb. 2c). Auch in der mittleren Schicht wurden einige Poren (weiße Kreise in Abb. 2f) gefunden. Die Struktur des inneren Schmelzes bei schwerer Fluorose war dem der normalen Zähne ähnlich (Abb. 2i). Im Vergleich zu normalen Zähnen zeigten die Mikrostrukturen des äußeren Schmelzes bei leichter Fluorose und des äußeren und mittleren Schmelzes bei schwerer Fluorose deutliche Unterschiede, die auf zwei Faktoren zurückzuführen waren [28,29,30,31]. Ein Faktor ist die Störung einer übermäßigen Fluoridzufuhr während der normalen Bildung von Zahnschmelz in der Pubertät. Dieser Prozess führt zu einer übermäßigen Matrixproteinretention, einer Hypomineralisierung der Schmelzstäbchen und einer lockeren kristallinen Anordnung der Schmelzstäbchen [28,29,30]. Der andere Faktor ist die chemische Veränderung der Hydroxyapatitkristalle, die durch übermäßige Fluoridaufnahme verursacht wird. Fluoridapatit wird gebildet, wenn das Fluoridelement das Hydroxyl in Hydroxyapatitkristallen verdrängt [31].

REM-Aufnahmen des normalen Zahnschmelzes, des leichten Zahnschmelzes und des schweren Zahnschmelzes. Die a –c äußere Schichten, d –f mittlere Schichten und g –ich innere Schichten wurden mit 37 %iger Phosphorsäure 30 s lang geätzt und dann unter × 5000-Vergrößerung sichtbar gemacht. Grüne Pfeile weisen auf verbreiterte Lücken zwischen den Schmelzstäbchen hin, während weiße Kreise auf Poren hinweisen. Rote Pfeile zeigen lose angeordnete Kristalle in den Schmelzstäbchen mit zunehmender Kristallclearance und Mikroporen an

Beim normalen Zahnschmelz nahmen Nanohärte und Elastizitätsmodul von den äußeren zu den inneren Schichten ab (Abb. 3), während die veränderte Verschiebung von den äußeren zu den inneren Schichten zunahm (Abb. 4). Die Orientierung der Schmelzstäbe und der chemischen Komponenten führten zu einem Gradienten der nanomechanischen Eigenschaften von den äußeren zu den inneren Schichten des Zahnschmelzes [32,33,34]. Normaler Zahnschmelz wies eine komplexe hierarchische Struktur auf [18, 35]. Die äußeren Schmelzstäbe waren gerade und parallel zueinander ausgerichtet, während sich die inneren Schmelzstäbe in abwechselnden „Bändern“ erstreckten [36]. Während des Kauens erstreckt sich die Belastung entlang der aufrechten Stäbchen (äußerer Schmelz) bis die vorhandene Energie durch den krummen Schmelz (innerer Schmelz) abgeleitet oder abgelenkt wird [36]. Der Zahnschmelz besteht zu 96 % aus Mineralstoffen, 1 % organischem Protein und 3 % Wasser, und der Gehalt an organischem Protein steigt vom äußeren Schmelz zum EDJ [37]. Die organischen Bestandteile der Zähne fördern Antiermüdungsreaktionen und tragen zur Rissarretierung bei [38, 39] und die Bildung von Bandbrücken aus organischem Protein fördert auch die Schließspannungen [40]. Aufgrund der Unterschiede in ihrer Mikrostruktur (Abb. 2) und des erhöhten organischen Gehalts [41] zeigte dentaler Fluoroseschmelz ein anderes nanomechanisches Gradientenverhalten als der normale Zahnschmelz. Die Nanohärte und der Elastizitätsmodul des milden Fluorose-Zahnschmelzes nahmen von den äußeren zu den mittleren Schichten zu und nahmen dann von den mittleren zu den inneren Schichten ab (Abb. 3). Die veränderte Verschiebung (7,70 ± 2,71 nm) der äußeren Schicht des milden Zahnschmelzes war signifikant größer als die des normalen Zahnschmelzes (p < 0,05), und die veränderte Verschiebung nahm von den äußeren zu den mittleren Schichten ab und dann von den mittleren zu den inneren Schichten leicht zu (Abb. 4). Für den Zahnschmelz mit starker Fluorose stiegen die Nanohärte und der Elastizitätsmodul von den äußeren zu den inneren Schichten. Die Nanohärte (2,04 ± 0,89 GPa) und der Elastizitätsmodul (46,63 ±   11,19 GPa) der äußeren Schicht des Zahnschmelzes mit starker Fluorose waren niedriger als die der mittleren Schicht, und die innere Schicht zeigte die höchsten Werte unter diesen Schichten (p < 0,05) (Abb. 3). Die veränderte Verschiebung des Zahnschmelzes mit starker Fluorose nahm von den äußeren zu den inneren Schichten ab, und die veränderte Verschiebung (11,50 ± 3,77 nm) der äußeren Schicht war größer als die der mittleren Schicht (8,79 ±   2,24 nm). Unter den Schichten zeigte die innere Schicht die geringste Verschiebung (p < 0,05) (Abb. 4).

Nanomechanische Eigenschaften der Schmelzschichten des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose. a Nanohärte. b Elastizitätsmodul. Identische Symbole bedeuten keinen signifikanten Unterschied in Nanohärten und Elastizitätsmodulen zwischen den entsprechenden Schichten des normalen Zahnschmelzes, des milden Zahnschmelzes und des schweren Zahnschmelzes

Nanoindentation-Kriechverhalten der Schmelzschichten des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose. Identische Symbole bedeuten keinen signifikanten Unterschied im Nanoindentation-Kriechverhalten zwischen den entsprechenden Schichten des normalen Zahnschmelzes, des milden Zahnschmelzes und des schweren Zahnschmelzes.

Die Reibungskoeffizienten der drei Schmelzschichten des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose sind in Abb. 5 dargestellt. Der Reibungskoeffizient des normalen Zahnschmelzes nahm von den äußeren zu den inneren Schichten zu. Bei leichter Fluorose des Zahnschmelzes nahm der Reibungskoeffizient von den äußeren zu den mittleren Schichten ab und stieg dann von den mittleren zu den inneren Schichten an. Bei schwerer Fluorose waren die Reibungskoeffizienten der äußeren (0,25 ± 0,044) und mittleren (0,18 ± 0,025) Schicht signifikant größer als die des milden Zahnschmelzes und des normalen Zahnschmelzes (p < 0,05). Darüber hinaus nahm der Reibungskoeffizient des stark fluorierten Zahnschmelzes von den äußeren zu den inneren Schichten ab (p < 0.05).

Reibungskoeffizienten der Schmelzschichten des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose

Die Nanokratztiefen und -breiten der drei Schmelzschichten des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose sind in Abb. 6 dargestellt. Normaler Zahnschmelz zeigte eine Nanokratztiefe und -breite, die von den äußeren zu den inneren Schichten zunahmen (Abb . 6a), während der Schmelz mit leichter Fluorose eine Nanokratzertiefe und -breite aufwies, die von den äußeren zu den mittleren Schichten abnahm und dann von den mittleren zu den inneren Schichten zunahm (Abb. 6b). Die Variationen in der Nanokratztiefe und -breite des Zahnschmelzes mit starker Fluorose unterschieden sich signifikant von denen des normalen Zahnschmelzes. Insbesondere nahmen die Tiefen und Breiten der Nanokratzer von den äußeren zu den inneren Schichten des Zahnschmelzes mit starker Fluorose ab (Abb. 6c).

Profile von Nanokratzspuren auf den Schmelzschichten des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose. a Normaler Zahnschmelz. b Leichter Fluorose-Zahnschmelz. c Schwere Fluorose im Zahnschmelz

Die Verschleißfestigkeit des normalen Zahnschmelzes nahm von den äußeren zu den inneren Schichten ab, und dieses Verhalten entspricht dem in früheren Studien beobachteten [42,43,44]. Überschüssiges Fluorid kann fluoridähnliche Ablagerungen auf der Schmelzoberfläche bilden und die Verschleißfestigkeit verringern [3, 45, 46]. In dieser Studie waren die Abriebfestigkeiten der äußeren und mittleren Schichten von schwerem Zahnschmelz und der äußeren Schicht von leichtem Zahnschmelz deutlich niedriger als die des normalen Zahnschmelzes. Der Zwischenstabschmelz enthält mehr Protein als der Zahnschmelzstab, wirkt als Pufferschicht, die den Druck auf den Zahn absorbiert und verteilt und die Verschleißfestigkeit des Zahnschmelzes beeinflusst [43]. Eine übermäßige Fluoridaufnahme führt zu einer hypomineralisierten Schmelzstabbildung und einer übermäßigen Retention von Matrixproteinen im Zahnschmelz der Zahnfluorose [28,29,30,31], die beide die Verschleißfestigkeit des Zahnschmelzes dramatisch beeinflussen.

Ein Verständnis der nanomechanischen und nanotribologischen Eigenschaften verschiedener Schichten der dentalen Fluorose ist ein wichtiger Beitrag dieser Untersuchung, da die Kenntnis dieser Eigenschaften bei der Auswahl geeigneter Restaurationsmaterialien für die klinische Praxis helfen und die Entwicklung dentaler Restaurationsmaterialien fördern kann . Fluorose-Zahnschmelz weist ein ausgeprägtes nanomechanisches Gradientenverhalten auf, das sich von dem des normalen Zahnschmelzes unterscheidet. Daher unterscheiden sich die Kriterien für die Auswahl von Restaurationsmaterialien für den Fluorose-Zahnschmelz von denen für den normalen Zahnschmelz. Restaurationsmaterialien mit passenden nanomechanischen und nanotribologischen Eigenschaften sollten gewählt werden, um verschiedene Schichten des fluorierten Zahnschmelzes wiederherzustellen.

Nanomechanische Eigenschaften der normalen und anormalen Schmelzstäbe bei Zahnfluorose

Die Nanohärte und der Elastizitätsmodul von stark fluoriertem Zahnschmelz nahmen von den äußeren zu den inneren Schichten zu, während die veränderte Verschiebung von den äußeren zu den inneren Schichten abnahm. Anschließend wurde eine eingehende Analyse durchgeführt, um die große Standardabweichung der Nanohärte und der Elastizitätsmodule zu berücksichtigen, die bei schwerer Fluorose des Zahnschmelzes beobachtet wurden. Die äußere und mittlere Schmelzschicht einer schweren Zahnfluorose kann nach den Merkmalen ihrer Schmelzstäbchen in zwei Typen eingeteilt werden, nämlich in normale und anormale Schmelzstäbchen (Abb. 7). Bestimmte Schmelzstäbchen (d. h. normale Schmelzstäbchen bei schwerer Zahnfluorose) erscheinen vollständig, weisen jedoch lose angeordnete Kristallstrukturen und zahlreiche Mikroporen auf (Abb. 7). Ein anderer Teil der Schmelzstäbchen (d. h. die anormalen Schmelzstäbchen bei schwerer Zahnfluorose) ist durch zahlreiche Poren gekennzeichnet (weiße Kreise in Abb. 7). In dieser Studie zeigten die äußeren und mittleren Schichten des Zahnschmelzes mit starker Fluorose geringere Nanohärte und Elastizitätsmodule sowie eine höhere Kriechverformung als die entsprechenden Schichten des natürlichen Zahnschmelzes, insbesondere in der äußeren Schicht. In der äußeren Schicht von schwerem Zahnschmelz zeigten normale und abnormale Schmelzstäbchen niedrige Nanohärte und Elastizitätsmodul und hohe veränderte Verschiebung; im Gegensatz dazu waren die entsprechenden Merkmale in den abnormalen Schmelzstäbchen größer (Abb. 8). Studien haben gezeigt, dass die Schwere der Zahnfluorose mit den Veränderungen der nanomechanischen Eigenschaften der Zähne zusammenhängt [22, 23]. Dieser Befund weist darauf hin, dass abnormale Schmelzstäbe durch überschüssiges Fluoridelement ernsthaft beeinträchtigt werden. Da bei schwerer Zahnfluorose mikrostrukturelle Veränderungen und schlechte nanomechanische und nanotribologische Eigenschaften beobachtet werden, ist häufig eine Restauration erforderlich, um eine Verringerung des vertikalen Abstands durch kontinuierliche Abnutzung während des Kauens zu verhindern.

REM-Aufnahme von normalen und abnormalen Schmelzstäbchen in der äußeren Schicht des Zahnschmelzes. Die Mikrostruktur wird nach dem Ätzen mit 37 %iger Phosphorsäure für 30 s unter einer Vergrößerung von ×   20.000 betrachtet. Grüne Pfeile zeigen die verbreiterten Lücken zwischen den Emailstäbchen, weiße Kreise die Poren. Rote Pfeile zeigen lose angeordnete Kristalle in den Schmelzstäbchen mit zunehmender Kristallclearance und Mikroporen an

Nanomechanische Eigenschaften der normalen und abnormalen Schmelzstäbchen bei schwerer Zahnfluorose. a Normaler Schmelzstab, anormaler Schmelzstab und Zwischenstabschmelz sind im SPM-Bild des äußeren Schmelzes bei schwerer Zahnfluorose markiert. b Nanohärte. c Elastizitätsmodul. d Kriechverhalten bei Nanoindentation

Geeignete Dentalmaterialien für die klinische Restauration von Fluorose

Die Nanokratztiefen und -breiten der äußeren Schichten des normalen Zahns, leichter Zahnfluorose und schwerer Zahnfluorose wurden mit denen von vier Füllungsmaterialien verglichen (Abb. 9). Während IPS e.max CAD die geringste Nanokratztiefe und -breite aufwies, zeigte Vita Enamic, Polymer-Infiltriertes-Keramik-Netzwerk (PICN), eine Nanokratztiefe und -breite ähnlich der äußeren Schicht des normalen Zahnschmelzes. Die Tiefe und Breite der Nanokratzer des Kompositblocks Lava™ Ultimate (LUV) waren denen der äußeren Schicht des milden Zahnschmelzes ähnlich, während die Tiefe und Breite der Nanokratzer des konventionellen Kompositharzes Fltek™ Z350XT (Z350) höher waren als die der äußeren Schicht des milden Zahnschmelzes. Unter den getesteten Proben wies die äußere Schicht des Zahnschmelzes mit starker Fluorose die größte Nanokratztiefe und -breite auf.

Profile von Nanokratzspuren auf dem äußeren Zahnschmelz des normalen Zahns, leichte Zahnfluorose und schwere Zahnfluorose und vier Füllungsmaterialien. Normaler Zahnschmelz (NTE), milder Zahnschmelz (MFE), schwerer Zahnschmelz (SFE), IPS e.max CAD (IPS), Polymer-infiltriertes-Keramik-Netzwerk (PICN), Lava™ Ultimate (LVU) und Fltek™ Z350XT (Z350)

Die Zahnfluorose der Frontzähne beeinflusst das Zahnbild und die schwere Zahnfluorose mit Zahndefekten der Seitenzähne beeinflusst die Kaufunktion negativ [5]. Zur Wiederherstellung der durch Fluorose geschädigten Zähne sind häufig Restaurationen wie Kronen, Inlays oder Onlays erforderlich [6, 7]. Die Abstimmung des mechanischen Verhaltens des Füllungsmaterials auf das des gegenüberliegenden Zahnschmelzes ist besonders wichtig, um einen übermäßigen Verschleiß des natürlichen Zahnschmelzes oder des aufgetragenen Materials selbst zu verhindern [8,9,10,11]. Keramiken werden aufgrund ihrer hohen Biokompatibilität und ähnlichen Ästhetik wie der natürliche Zahnschmelz häufig als Restaurationsmaterialien verwendet [47]. Allerdings weisen Keramiken eine hohe Verschleißfestigkeit auf, die zu einem übermäßigen Verschleiß des gegenüberliegenden natürlichen Zahnschmelzes führt [47, 48]. Als Alternativen zur Keramik wurden Materialien mit geringer Verschleißfestigkeit wie PICN und Kompositblock entwickelt [48, 49]. PICN weist eine ähnliche Verschleißfestigkeit auf wie die äußere Schicht des normalen Zahnschmelzes. Wenn der Gegenzahn ein normaler Zahn ist, ist PICN das richtige Material für die Restauration. Der gegenüberliegende Zahn bei Zahnfluorose, der eine Restauration erfordert, weist jedoch wahrscheinlich eine leichte Zahnfluorose auf. In diesem Fall sind Materialien mit nanotribologischen Eigenschaften ähnlich denen des milden Zahnschmelzes erforderlich, um die Zahnfluorose wiederherzustellen. Herkömmliche Kompositharze, wie Z350, zeigen eine geringere Verschleißfestigkeit als die äußere Schicht einer leichten Zahnfluorose; eine solche Eigenschaft kann zu einem erhöhten Verschleiß der Füllungsmaterialien führen. Verbundharzblöcke wie LUV werden unter hohen Temperaturen und hohem Druck hergestellt und besitzen mechanische Eigenschaften, die denen konventioneller Verbundharze überlegen sind [50]. In der vorliegenden Studie zeigte der Komposit-Harzblock eine ähnliche Verschleißfestigkeit wie die äußere Schicht des milden Fluorose-Zahnschmelzes. Diese Eigenschaft impliziert, dass dieses Material zur Verwendung als Restaurationsmaterial für Zahnfluorose geeignet ist. Da das nanomechanische Verhalten des Zahnschmelzes die Auswahl des Füllungsmaterials bestimmt, sollte das geeignete Material für die Zahnfluorose verwendet werden, um bessere klinische Ergebnisse zu erzielen. Daher sollten zusätzliche Studien zum nanomechanischen Verhalten von Fluorose-Zahnschmelz durchgeführt und neue Füllungsmaterialien weiterentwickelt werden.

Schlussfolgerung

Aus den Ergebnissen unserer Analyse lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

1. 1.

   Die Mikrostruktur und das nanomechanische Gradientenverhalten von Fluorose-Zahnschmelz unterschied sich drastisch von denen des normalen Zahnschmelzes. Die Unterschiede wurden in der äußeren Schicht von leichtem Zahnschmelz und den äußeren und mittleren Schichten von schwerem Zahnschmelz beobachtet.

2. 2.

   Im Fluorose-Zahnschmelz konnten normale und abnormale Schmelzstäbchen beobachtet werden. Insbesondere die Mikrostrukturen abnormer Schmelzstäbchen in dentalem Fluorose-Schmelz unterschied sich drastisch von denen der normalen Schmelzstäbchen. Insbesondere zeigten anormale Emaillestäbe eine geringere Nanohärte und einen geringeren Elastizitätsmodul, aber eine höhere Kriechverformung als die normalen Emaillestäbe.

3. 3.

   Die Verschleißfestigkeit des Komposit-Harzblocks war ähnlich der der äußeren Schicht aus mildem Zahnschmelz. Im Vergleich zu Keramik ist ein Komposit-Harzblock daher ein geeigneteres Restaurationsmaterial für die Zahnfluorose.

Abkürzungen

EDJ:

Schmelz-Dentin-Verbindung

IPS:

IPS e.max CAD

LVU:

Lava™ Ultimate

MFE:

Leichte Fluorose im Zahnschmelz

NTE:

Normaler Zahnschmelz

PICN:

Polymer-infiltriertes-keramisches Netzwerk

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

SFE:

Schwere Fluorose im Zahnschmelz

SPM:

Scanning probe microscope

Z350:

Fltek™ Z350XT