Speckle-interferometrische Bestimmung des WAK von Kompositen: eine in vitro-Studie

Abstract

Als Folge von wechselnden Temperaturen kommt es zu Dimensionsänderungen, die in zahnärztlichen Kompositrestaurationen zur Veränderung der marginalen Integrität führen. Infolge der daraus resultierenden Randspaltbildung kann es zum Verlust der Restauration und zur Sekundärkariesbildung kommen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) ist das Maß für die temperaturabhängige Dimensionsänderung und im Falle zahnärztlicher Restaurationen ein wichtiger Parameter für die Bewertung der marginalen Integrität. Je größer der Unterschied zwischen dem WAK von Zahnhartsubstanz und Restauration ist, desto größer ist die zu erwartende Randspaltbildung. Die temperaturabhängige Dimensionsänderung von dentalen Kompositen ist sowohl abhängig vom Füllstoffgehalt als auch von der Polymermatrix. Die elektronische Speckle- Interferometrie (ESPI) ist eine zerstörungsfreie und berührungslose Technik zur Bestimmung von Verformungen. Das Ziel dieser Arbeit war es, die thermoinduzierte Dimensionsveränderungen von fünf kommerziellen und fünf experimentellen Kompositen mit der ESPI-Methode zu messen und daraus den WAK zu bestimmen. Ein Mikrohybridkomposit (Arabesk Top®), zwei Nanohybridkomposite (Grandio Flow®, Grandio®), zwei Ormocere (Admira Flow®, Admira®) und fünf auf Arabesk Top® basierende experimentelle Komposite mit jeweils unterschiedlichen Fülleranteilen (75, 65, 55, 45 and 35 Gew%) wurden untersucht. Je fünf Proben für die kommerziellen und je drei Proben für die experimentellen Komposite mit den Maßen 15*15*1mm3 wurden hergestellt und nach 24 Stunden im trockenen Zustand gemessen. Für diese Messungen wurde ein ESPI-Set-up aufgebaut und kalibriert sowie ein Messprotokoll erstellt. Die Proben wurden hierfür auf einem Peltier-Element mit einer Thermopaste fixiert, anschließend wurden Deformationsveränderungen in einem Temperaturbereich von 25 bis 65 °C für die kommerziellen und von 25 bis 55 °C für die experimentellen Komposite mit dem ESPI (Q300, DantecEttemeyer, Ulm, Deutschland) gemessen. Ein Standardaluminiumplättchen mit einem WAK von 23,5*10-6/°K diente als Referenz. Die Unterschiede im WAK der einzelnen Komposite wurden mit der Ein-Weg-ANOVA analysiert. Folgende Wärmeausdehnungskoeffizienten [*10-6/°K] mit Standardabweichungen wurden ermittelt: 43,53 ± 12,83 (Admira Flow®), 39,87 ± 5,37 (Admira®), 33,51 ± 9,22 (Arabesk Top®), 28,89 ± 3,14 (Grandio Flow®), 18,64 ± 3,1 (Grandio®), 75,31 ± 7,16 (V44570A), 69,73 ± 6,62 (V44570B), 61,74 ± 5,11 (V44570C), 52,53 ± 6,74 (V44570D), 42,02 ± 4,78 (V44570E) Die ESPI bietet als berührungsloses Messverfahren große Vorteile zur Messung des temperaturabhängigen Dimensionsverhaltens von Kompositen aufgrund ihrer hohen Messgenauigkeit und der Wiederholbarkeit der Messungen. Der Fülleranteil hat großen Einfluss auf die Größe des WAK. Das stark gefüllte Nanohybridkomposit Grandio® wies mit 18,64 ± 3,1 *10-6/°K den geringsten und dem des Zahnes (11,4*10-6/°K, Souder 1920, O’Brien 2002) ähnlichsten Wert auf.

As a result of changing temperatures, there are alterations in dimension, leading to changes of the marginal integrity in dental composite restorations. In consequence to the yielding marginal gap, a loss of the restoration and secondary caries formation may develop. The linear Coefficient of Thermal Expansion (CTE) represents the degree for the linear temperature-dependent alterations in dimension. Respectively dental restorations, this may represent an important influence on their marginal integrity, i. e. the greater the difference of dental hard tissue and restoration in the CTE the greater the marginal gap to be expected. Alterations in dimension in dental composites depend on their filler content and their polymer matrix. The Electronic Speckle Interferometry (ESPI) represents a non-destructive and non-contact technique for determining deformations. This study was designed to measure thermally induced dimension variations of five commercial and five experimental composites by application of ESPI-method. A micro-hybrid composite (Arabesk Top®), two nano-hybrid composites (Grandio Flow®, Grandio®), two ormoceres (Admira Flow®, Admira®) and five Arabesk Top®-based experimental composites with different filler contents (75, 65, 55, 45 and 35 wt%) were examined. Five samples each for the commercial and three samples each for the experimental composite, sized 15*15*1mm³ had been manufactured to be measured in a dry state 24 hours thereafter. For these measurements, an ESPI-set-up was constructed and calibrated, and a measurement protocol was produced. The samples were fixed on a Peltier-element using a thermal paste. Thereafter, dimensional changes of these samples were measured at a temperature range from 25 to 65 °C for the commercial composites, from 25 to 55 °C for the experimental composites, applying the ESPI-method (Q300, DantecEttemeyer, Ulm, Germany). A standardized aluminium plate with a constant CTE of 23.5*10-6/°K served as a reference. The distinctions in the CTE in each composite were analyzed by applying one-way-ANOVA. The following CTE’s [*10-6/°K] with standard deviations were obtained: 43,53 ± 12,83 (Admira Flow®), 39,87 ± 5,37 (Admira®), 33,51 ± 9,22 (Arabesk Top®), 28,89 ± 3,14 (Grandio Flow®), 18,64 ± 3,1 (Grandio®), 75,31 ± 7,16 (V44570A), 69,73 ± 6,62 (V44570B), 61,74 ± 5,11 (V44570C), 52,53 ± 6,74 (V44570D), 42,02 ± 4,78 (V44570E). The high accuracy of ESPI presents an advantage for contact-free and reproducable determination of the CTE in dental composites. The filler concentration has great influence on CTE. The well-filled nanohybrid composite Grandio® presented the lowest value at 18.64 ± 3.1 *10-6/°K, also revealing the most similar value to the tooth (11.4*10-6/°K, Souder 1920, O’Brien 2002).