Forschungslabor für Dentale Biomaterialien

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. U. Lohbauer

Ziel dieses Verbundprojektes mit der Universität Jena und dem IFAM Bremen ist die Entwicklung neuartiger, biologisch abgeleiteter Nanohybridadhäsive für medizinische Anwendungen, die auf den Dekapeptidstrukturen des Mytilus edulis Haftproteins 1 (Mefp-1) basieren. Mefp-1 Dekapeptide sollen über Polymerspacer an funktionalisierte Hydroxylapatit-Nanopartikel, die als Kohäsionszentren fungieren, angebunden werden. So soll neben der mikromechanischen Verankerung zusätzlich eine chemische Bindung für eine stärkere Haftung im Dentin sorgen. Ein großer Vorteil solcher Adhäsive liegt in der Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit, wodurch klinische Indikationsbereiche erweitert werden können.

Zentrale Aufgaben liegen in der Präparation und Variation der Peptidstrukturen mittels Festphasenpeptidsynthese und in der Anbindung der Peptide an Polymerspacer und an funktionalisierte Hydroxylapatit-Nanopartikel. Grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse werden aus der Entwicklung des Syntheseprozesses, der Nanopartikelfunktionalisierung sowie der Entwicklung adhäsiver Mechanismen auf Kollagengerüsten und oxidkeramischen Oberflächen erwartet. (gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG): Lo 1493/2-2)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. U. Lohbauer

Unterschiedlich angepasste, thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen silikatischer Verblendkeramik und dem Zirkonoxidgerüst, tribologische Konditionierung der Gerüstoberflächen sowie unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten beim Aufbrennen von Verblendkeramiken bestimmen die resultierenden Bruchlasten, den zugehörigen Frakturmodus und damit die Zuverlässigkeit zirkonoxidbasierter Vollkeramikrestaurationen.
Das Ziel dieser Studie war es, die Ursachen, die zum Versagen von Verblendkeramiken auf Zirkonoxidgerüsten führen, aufzuklären. Es wurde deshalb eine fundierte Fraktur- und Ermüdungsstudie im Kausimulator an unterschiedlich verarbeiteten Vollkeramikkronen durchgeführt. Dabei konnten verschiedene Faktoren in der Herstellung der Kronen variiert und deren Einfluss auf die Entstehung von Chipping-Frakturen untersucht werden. Die fraktografische Analyse der Bruchvorgänge sollte die experimentellen Beobachtungen untermauern (gefördert von der Forschungsgemeinschaft Dental (FG Dental).

Projektleiter: Dr. J. Ebert

Glass Carbomer Cement nutzt die Verbesserung der mechanischen Belastungswerte durch Temperaturerhöhung und integriert den Zahnbestandteil Hydroxylapatit in das Füllmaterial. Im Rahmen einer prospektiven klinischen Studie in Kooperation mit der Partneruniversität in Joinville / Brasilien wird dieser innovative Glasionomerzement im Vergleich zum „Goldstandard“ Fuji IX in mehrflächigen Milchzahndefekten eingesetzt. Im Frühjahr 2009 fand die Behandlungsphase der Studie statt. Nachuntersuchungen fanden nach 6 Monaten sowie 1 und 2 Jahren statt. Parallel zu den klinischen Nachuntersuchungen werden die gewonnenen Daten durch eine ex-vivo-Modellanalyse verifiziert.

Projektleiter: Prof. Dr. M. Pelka

Die Entfernung von supra- und subgingivaler Plaque ist ein entscheidender Faktor für den Erhalt der gingivalen und parodontalen Gesundheit. Zahnärzte und Prophylaxepersonal entfernen supragingivale Verfärbungen und Plaque in der Regel mit verschiedenen Methoden wie Handscaling und Politur mit Poliernäpfen und Polierpaste. Luft-Wasser-Strahlpolitur (LWSs) wird immer häufiger angewandt für eine einfache, schnelle und vollständige Entfernung supragingivaler Verfärbungen und Plaque. LWS entfernt die Plaque sehr schnell, aber hinterlässt die bearbeitete Oberfläche rauer als vor der Behandlung. In vitro Testmethoden wurden für diese Fragestellung angepasst um das abrasive Potential von LWS-Geräten, Prophylaxe-Polierpasten und zahnärztlichen Instrumenten zu überprüfen.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten, dass die Härte als auch die Korngröße des verwendeten Strahlpulvers einen wesentlichen Einfluss auf den Betrag der Abrasion an Zahn und Füllungsmaterial hatte. Es konnte gezeigt werden, dass auch wenig abrasive Strahlpulver die Oberflächenrauigkeit und damit die spätere Plaquebesiedelung beeinflussen.

Projektleiter: Dr. W. Dasch, Dipl. Ing. Susanne Datz

Ziel des Projekts ist es, die Lebensdauer provisorischer polymerer Kronen- und Brückenmaterialien zu verlängern, um eine permanente, kostengünstige und zeitsparende Versorgung auf Basis von Polymerkompositen anstelle von Materialien auf vollkeramischer oder metallkeramischer Basis zu ermöglichen.
Für die von der Universität Tübingen in Kooperation mit der Firma Kettenbach entwickelten Kronen- und Brückenmaterialien auf Polymerbasis werden in der Zahnklinik 1 werkstoffwissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt. Anhand der ermittelten Materialeigenschaften - u.a. Abrasionsverhalten, Schlagzähigkeit, Biegefestigkeit und Ermüdungsverhalten - wird die Eignung des Materials für die permanente Dentalanwendung bewertet. Das Kooperationsprojekt wird gefördert durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e. V (AiF).

Projektleiter: Dr. C. Berthold

Seit 2002 werden in vitro und in vivo Untersuchungen zur Diagnostik und Therapie nach Zahntrauma durchgeführt. Forschungsschwerpunkt ist dabei die Untersuchung mechanischen Eigenschaften von Zahntraumaschienen. Für die Evaluation der Schienenrigidität wurde ein universell einsetzbares Modell entwickelt. Mit Hilfe dieses Modells wurden verschiedene Einflussfaktoren, wie die Wahl des Schienenmaterials oder die Ausdehnung der Schiene getestet (Stipendium für Postdoktorandinnen der Universität Erlangen
"Förderung der Chancengleichheit für Frauen in Forschung und Lehre").

Projektleiter: Prof. Dr. A. Petschelt, Dr. José Zorzin

An dentalen Restaurationsmaterialien haftende bakterielle Biofilme können Sekundärkaries und Entzündungen der oralen Schleimhäute verursachen. Ziel dieses Verbundprojektes der Zahnklinik 1 mit der Poliklinik für zahnärztliche Prothetik des Universitätsklinikum Regensburg und der Firma Biogate AG ist die Entwicklung dentaler Werkstoffe mit auf Silbertechnologie basierenden antimikrobiellen Eigenschaften. Im Rahmen des Teilprojektes an der Zahnklinik 1 liegt der Schwerpunkt in der Herstellung, Erforschung der Wirkungsweise und Effektivität antimikrobieller dentaler Adhäsive und Füllungsmaterialien auf Kompositbasis. Dieses Projekt wird gefördert durch den "EFRE-Cluster-Projektfond" (Europäischen Fond für regionale Entwicklung) und das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie "Leitprojekte Medizintechnik" (BayMed).

Projektleiter: Dr. M. Taschner

Bei der Entwicklung und Anwendung von adhäsiven Füllungsmaterialien spielt die Vereinfachung heutzutage eine immer größere Rolle. Sowohl Zeitersparnis als auch die Reduzierung der Techniksensitivität stehen in der Adhäsivtechnik immer mehr im Vordergrund. Im Rahmen eines Stipendiums wurde in Zusammenarbeit mit den Universitäten Bologna und Triest sowohl der Einfluss verschiedener Dentinvorbehandlungen als auch unterschiedlicher Alterungsmethoden auf den Haftverbund zwischen Zahnsubstanz und selbstätzenden Adhäsivsystemen mittels mechanischer (Haftung) und optischer (Nanoleakage) Methoden untersucht.

Projektleiter: Prof. Dr. U. Lohbauer, Dr. R. Belli

Mit der Einführung neuer, keramischer Materialien in der Zahnmedizin wurde eine Häufung von intraoralen Frakturen beobachtet. Die Methode der Fraktografie dient der Schadensanalytik an klinisch frakturierten Restaurationen, um die relevanten Versagensursachen zu klären. Hierbei werden die Bruchflächen intraoral abgeformt, sowohl makroskopisch als auch mikroskopisch analysiert und entsprechend bewertet. Rast- und Bruchverlaufslinien gelten als forensische Bruchmerkmale, die den Verlauf einer Fraktur anzeigen. Auf diese Weise können meist eindeutige Rückschlüsse über den vorliegenden Schadensmechanismus und –verlauf getroffen werden. In einer Zusammenarbeit mit einem großen, mitteldeutschen Fräszentrum wurden ca. 1000 frakturierte Restaurationen analysiert und relevante Ursachen ermittelt. In der Folge wurde aus der Zahnklinik 1 heraus ein internationaler Förderverein mit dem Namen Fracto Forum International e.V. für die klinische Fraktografie gegründet (www.fractography.org) und bereits ein erster Ausbildungskurs für interessierte Wissenschaftler durchgeführt.

Weiterführende Literatur:

• Belli R, Scherrer SS, Reich S, Petschelt A, Lohbauer U. In vivo shell-like fractures of veneered-ZrO2 fixed dental prostheses. Case Stud Eng Fail Anal 2014;2:91-9.
• Lohbauer U, Belli R, Arnetzl G, Scherrer S, Quinn GD. Fracture of a veneered-ZrO2 dental prosthesis from an inner thermal crack. Case Stud Eng Fail Anal 2014;2:100-6.
• Belli R, Scherrer SS, Lohbauer U. Report on fractures of trilayered all-ceramic fixed dental prostheses. Case Stud Eng Fail Anal 2016;7:71-79.
• Lohbauer U, Belli R, Cune MS, Schepke U. Fractography of clinically fractured, implant-supported dental computer-aided design and computer-aided manufacturing crowns. SAGE Open Med Case Rep. 2017;22:5:2050313X17741015.

Projektleiter: Prof. Dr. U. Lohbauer, Dr. R. Belli

Klinische Studien an dentalkeramisch verblendeten Restaurationen aus Zirkonoxid haben eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Frakturen und Abplatzungen des Verblendmaterials gegenüber herkömmlichen Gerüstmaterialien aus Metall gezeigt. Um diesem Problem auf den Grund zu gehen, führte das Forschungslabor für Dentale Biomaterialien an der Zahnklinik 1 eine Reihe von in vitro Untersuchungen zur Kompatibilität von Verblendung und Zirkonoxid durch. In mechanischen Tests wurden Eigenspannungen innerhalb der glashaltigen Verblendung in Abhängigkeit unterschiedlicher Schichtdickenverhältnisse und Abkühlprotokolle gemessen. Da hoch individualisierte dentalkeramische Restaurationen komplexe Geometrien besitzen, wurden typische geometrische Formen mittels CAD/CAM Verfahren erzeugt und auf Eigenspannungen hin analysiert. Mittels Messung der Spannungsdoppelbrechung im Polarimeter wurden an dünnen Querschliffen die Eigenspannungen zweidimensional bestimmt. Die Spannungsverteilung gibt dann Aufschluss auf die ursächlichen Mechanismen. Ergebnisse dieser Studie wurden bereits im routinemäßigen, zahntechnischen Prozess flächendeckend umgesetzt.

Projektleiter: Dr. R. Belli, Prof. Dr. U. Lohbauer

Viele in der restaurativen Zahnmedizin eingesetzte, keramische Materialien werden aus teilkristallisierten Precursoren hergestellt. Trotz eines bereits hohen Kristallitanteils reagieren diese Materialien meist extrem spröde auf äußere Belastungen. Eine besondere Materialklasse bildet im kristallisierten Zustand nadelförmige Lithiumdisilikatkristalle aus, deren Texturierung gezielt zur Einstellung mechanischer Eigenschaften genutzt werden kann. Um die Bruchzähigkeit eines Materials zu steigern – und damit die klinische Zuverlässigkeit zu verbessern – wurden Strategien untersucht, die Kristallite durch gezieltes Heißpressen anisotropisch auszurichten um damit gerade an empfindlichen Stellen z.B. einer Brücke die mechanische Stabilität zu verbessern. Diese Studie wurde vom Forschungslabor für dentale Biomaterialien der Zahnklinik 1 in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffwissenschaften an der FAU durchgeführt um die makro-, mikro- bis nanoskaligen mechanischen Eigenschaften zu untersuchen.

Projektleiter: Dr. R. Belli, Prof. Dr. U. Lohbauer

Teilstabilisiertes, tetragonales Zirkonoxid (ZrO2) ist als angemessen transluzente und hochfeste Keramik eine attraktive Alternative zu metallgetragenem Zahnersatz. Die Kristallstruktur von tetragonal stabilisiertem ZrO2 ist jedoch bei Körpertemperatur metastabil und kann durch die Diffusion von Wasser degradiert werden (hydrothermale Degradation). Dieses Problem ist erstmals an Hüftimplantaten aus ZrO2 beobachtet worden und seither auch als möglicher Degradationsmechanismus in der Zahnmedizin diskutiert. Für Anwendungen als Zahnersatz wird ZrO2 seit ca. 15 Jahren meist als Gerüstmaterial verwendet, das durch eine keramische Verblendung gegenüber dem Umgebungsmilieu weitgehend isoliert ist. Allerdings werden heute aufgrund des zunehmenden Kostendrucks immer häufiger monolithische Strukturen aus Zirkonoxid ohne Verblendung eingesetzt, wodurch das Material der Gefahr der hydrothermalen Degradation und Kontaktschädigung ausgesetzt ist. Wissenschaftliche Evidenz ist derzeit noch nicht vorhanden und muss sowohl in vitro als auch in vivo beobachtet werden. Das Forschungslabor für dentale Biomaterialien der Zahnklinik 1 untersucht in einer klinischen Studie mit der prothetischen Klinik der Universität Espírito Santo in Brasilien das Problem der hydrothermalen Degradation auf implantatgetragenem, monolithischen Zirkonoxid. Dazu werden Kronen an der Zahnklinik 1 mittels CAD/Cam gefertigt und an der prothetischen Klinik in Brasilien eingesetzt. Die Kronen werden nach definierten Intervallen ausgetauscht und zu weiteren mikrostrukturellen Analyse nach Erlangen geschickt. Dieses Projekt wurde durch eine Anschubfinanzierung des Bayerischen Hochschulzentrums für Lateinamerika der FAU initiiert und vertieft die Forschungsbeziehungen mit südamerikanischen Universitäten.

Projektleiter: Dr. J. Zorzin, Prof. U. Lohbauer

Selbstadhäsive Zemente sind neuartige Materialien zur Befestigung indirekter Restaurationen, die in der Lage sind ohne zusätzliche Konditionierung an Zahnhartsubstanzen und Restaurationen zu haften. Von zentralem Interesse war das pH-Neutralisationsverhalten über die Zeit, Hydrophilie sowie die chemische Zusammensetzung dieser Materialien. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde der Einfluss des pH-Neutralisationsverhalten auf die mechanische Stabilität, Expansion und Haftung dieser Materialien auf indirekte Restaurationsmaterialien nachgewiesen.