Wenn Pulver ein Lächeln zaubert

Wenn ein Zahn durch ein enossales Dentalimplantat ersetzt werden muss, ist es für die Unauffälligkeit des Implantats wichtig, dass sowohl die dentalen als auch die mucogingivalen Strukturen erhalten bleiben[1]. Bisherige Implantate werden entweder einteilig aus Titan oder Zirkonoxid gefertigt oder zweiteilig aus Titanschraube und Titan- oder Zirkonoxidabutment (Träger) hergestellt. Über das Abutment wird anschließend eine keramische individuell angepasste keramische Krone gesetzt. Wenn das Implantat und das Abutment aus Titan gefertigt wurde, kann es vorkommen dass diese durch ein dünnes perimplantäres Weichgewebe hindurchscheinen[2] [3] oder durch eine Weichgewebsretraktion der dunkle Titanimplantatkopf sichtbar werden kann[4].

Bei reinen Zirkonoxidimplantaten ist bislang die Ausfallrate höher als bei Titanimplantaten und bei den zweiteiligen Implantaten kann es dazu kommen, dass beim Kauen ein möglicher Spalt zwischen diesen Bauteilen eine Pumpbewegung hervorruft, welche im Implantatinneren angesammelten Bakterien die Möglichkeit gibt in den Kieferknochen zu gelangen. Die Folge kann eine Nekrosenbildung und ein Verlust des Implantats sein.
Durch die Herstellung eines Komplettimplantats aus einer Titanschraube und einem Zirkonoxidabutment im kostengünstigen Pulverspritzguss kann ein Implantat hergestellt werden, welches vor dem Implantieren bereits spaltfrei vorliegt. Durch das weiße Keramikabutment kann es den ästhetischen Ansprüchen und durch das Titanimplantat mit entsprechender Oberflächenstruktur den funktionalen und mechanischen Anforderungen gerecht werden. Die Herstellung der Implantate erfolgte getrennt voneinander im Pulverspritzguss mit anschließendem Fügen.

Herstellverfahren, Materialien und Bauteilgeometrien

Für die Fügeprozesse wurden verschiedene Schraub- und Prozessstrukturen betrachtet. Die Prozesskette des Pulverspritzgießens beginnt mit der Compoundierung eines Feedstocks, wobei keramische oder metallische Pulver mit einem Binder vermengt werden. Anschließend folgt das Urformen im Spritzgießprozess. Aus dem Formling wird anschließend die Organik durch Lösungsmittel (z. B. Wasser oder Aceton) und / oder thermisch entfernt. Anschließend wird das Pulver zu einem kompakten Bauteil versintert.

Für die Herstellung des Abutments in den hier vorgestellten Untersuchungen wurde der Feedstock Inmafeed K1012 der Fa. Inmatec Technologies GmbH (Pulver: Zirkonoxidpulver vom Typ: TZ-3Y-SE, Hersteller: Fa. Tosoh) und für das Implantat der Titan-Feedstock polyMIM Ti grade 2 F 180 E der Fa. PolyMIM GmbH (Pulver: Reintitan Grade 2) eingesetzt. Die Sinterung des Zirkonoxidabutments erfolgte unter Luft bei 1500°C und bei dem Titanimplantat bei 1320°C unter Vakuum.

Es wurden vier unterschiedliche Fügegeometrien entwickelt und geprüft, welche in  Abbildung 2 als Grünling und auch als Sinterteil der Abutments dargestellt sind. Zu den jeweiligen Abutmentgeometrien wurden auch die passenden Implantatgeometrien unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Sinterschrumpfs entwickelt und hergestellt. Oben links ist eine Schraubengeometrie dargestellt. Dieses Abutment wird im Fügeprozess in das Titanimplantat eingedreht und verspannt. Oben rechts ist die Fügezone mit einer Neuneckgeometrie versehen. Nach dem Fügen mit Kräften von 1.300 N ist somit ein Lösen durch Rotation nicht möglich. Unten links ähnelt die Fügegeometrie einem Gewindeschneider und soll beim Eindrehen eine formschlüssige Verbindung durch Verdrängen des Titans  herstellen. Die Fügegeometrie unten rechts zeigt einen Zylinder, welcher mit einer Kraft von 2700 N in das Implantat gedrückt wird.

Versuchsaufbau und -durchführung

Die Spaltfreiheit wurde mit Computertomographie (Typ: Sub-µ-Computertomograph; Hersteller: Fraunhofer-Institut EZRT Fürth) untersucht. Anschließend wurden die Implantate eingebettet und mechanisch auf einem Rotationsprüfstand welcher den Belastungsfall beim Implantieren abbilden soll und auf einer Kleinlastprüfmaschine (Typ: 5948 Microtaster; Hersteller: Fa. Instron Deutschland GmbH) auf Maximalkraft in Anlehnung an DIN EN ISO 14801 geprüft.

In der Norm DIN EN ISO 14801 ist keine Maximalkraft festgelegt, welche die Implantate bei der Prüfung standhalten müssen. Generell ist die exakte Ermittlung der Einzelzahnbelastung komplex, da diese je nach Zahnstellung wie auch entsprechend der zu zerkleinernden Nahrungsmittel, wie Karotten, Kaugummies oder Keksen stark variieren. Daher wurden für die Ermittlung der auftretenden Kräfte bereits in der Literatur unterschiedliche Versuche durchgeführt, welche in las Casas et.al. [5] zusammengefasst sind. Ebenfalls sind dort die Versuchsergebnisse eines, mit einem Drucksensor modifizierten Implantats dargestellt und belaufen sich auf maximal resultierende Kräfte von 60,2 N bis 162 N.

Ergebnisse

Um eine mögliche Pumpbewegung der Fügepartner „Abutment“ und „Implantat“ gegeneinander zu vermeiden, welche eine mögliche Bakterienansammlung im Implantat an den umliegenden Kochen- und Zahnfleischbereich weitergeben kann, ist es notwendig, dass diese möglichst formschlüssig und kraftschlüssig gefügt werden. Mit Hilfe der Computertomographie werden daher die gefügten Bauteile untersucht. Exemplarisch ist in Abbildung 4 eine gefügte Neuneckgeometrie dargestellt. Bei der Vergrößerung oben rechts ist deutlich der am Abutment angebrachte umlaufende Ring an der Schräge zu erkennen, der sich in das Titanimplantat drückt. Dadurch kann eine Barriere zwischen dem Implantatinneren und dem Außenbereich geschaffen werden, welche zudem eine Relativbewegung von Abutment und Implantat unterbindet. Zudem ist in Abbildung 4 rechts unten ein virtueller Schnitt durch den Durchmesser der Fügezone zu erkennen, welcher eine formschlüssige Verbindung zwischen Abutment und Implantat zeigt.

Die gefügten Implantate wurden sowohl auf Torsion als auch auf Biegung untersucht. In einer Abbildung ist gut zu erkennen, dass die Fügegoemtrien „Zylinder“ und „Neuneck“ sehr hohen Drehmomenten stand halten und keine Beschädigung durch die Implantierung, welche aufgrund der Auslegung der Implatierwerkzeuge auf 40 Ncm beschränkt sind, zu erwarten wäre. Die Fügegemetrie „Furchen“ konnte nur sehr geringen Drehmomenten standhalten, welche zudem unterhalb der Belastung bei eine Implantierung liegen. Die Versagensart stellte hier allerdings nicht ein Brechen des Zirkonoxidabutments sondern ein Lösen der Fügeverbindung dar. Bei der Fügegeometrie „Schraube“ konnten Drehmomente etwas oberhalb der Implantierbelastung erzielt werden. Diese lassen aber vermuten, dass es während des Implantierens zu einer Beschädigung der Komplettimplantate kommen kann.

Bei der Prüfung der maximalen Belastbarkeit der Komplettimplantate mit Hilfe des Prüfaufbaus nach DIN EN ISO 14801 konnten die höchsten Werte mit der Neuneckgeometrie erzielt werden. Die geringeren Werte bei der Zylinderfügegeometrie können auf eine eventuelle Beschädigung beim Fügen durch das Aufbringen von 2700 N zurückgeführt werden. Sowohl die Fügegeometrien „Schraube“ und „Furchen“ konnten nur deutlich geringeren Belastungen stand halten und liegen im Bereich der Kaukräfte nach den Literaturangaben von las Casas [5].

Zusammenfassung

Die Untersuchungsergebnisse zeigen das Potenzial von im Pulverspritzgießverfahren hergestellten Dentalimplantaten, welche die Vorteile des weißen keramischen Abutments mit den Eigenschaften des Titanimplantats wie dem guten Einwachsverhalten kombinieren sollen. Als die am besten geeignetste Fügegeometrie zeigte sich in den hier vorgestellten Untersuchungen eine Neuneckgeometrie, welche sowohl die höchsten Werte bei der Torsionsbelastung als auch bei der Prüfung der Maximalbelastung in Anlehnung an DIN EN ISO 14801 erzielen konnte. Ein an der Fügeflanke umlaufender Ring konnte beim Fügen in die Titanschraube eingedrückt werden, wodurch eine Abgrenzung vom Implantatinneren zur Umgebung erzielt werden konnte sowie eine Relativbewegung der Fügepartner zusätzlich unterbunden wird.

[1]    G. Heydecke, R. Kohal, R. Gläser: Optimal esthetics in single-tooth replacement with the Re-Implant
system: A case report. In: International Journal of Prosthodontic  (1999).
[2]    A. Wohlwend, S. Studer, P. Schärer: Das Zirkonoxid-Abutment – ein neues vollkeramisches Konzept zur ästhetischen Verbesserung der Suprastruktur in der Implantologie. In: Quintessenz Zahntech  (1996).
[3]    I. Sailer, A. Zembic, R.E. Jung, C.H. Hämmerle, A. Mattiola: Single-tooth implant reconstructions: esthetic factors influencing the decision between titanium and zirconia abutments in anterior regions. In: European Journal of Esthetic Dentistry  (2007).
[4]    R.-J. Kohal, D. Weng, M. Bächle, G. Klaus, Zirkonoxid-Implantate unter Belastung, Z zahnärztliche Implantologie, Deutscher Ärzte-Verlag Köln, 2003
[5]    E. B.de Las Casas, A. F. de Almeida, C. A. Cimini
Junior, P. de T. V. Gomes, T. P. M. Cornacchia, J.M.E.
Saffar: Determination of tangential and normal Components of oral forces. In: Journal of Applied Oral
Science 15 (2007).

Danksagung

Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 01EX1015A gefördert.
Die Autoren möchten sich bei den Projektpartnern Fa. MIB GmbH, Fa. Oechsler AG, Fa. Arburg GmbH & Co.KG und dem ZMP (Zentralinstitut für neue Material- und Prozesstechnik) bedanken.