G. Ibarra 1, M. A. Vargas 2, W. Geurtsen 1 PO 4

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1 ORIGINALARBEIT WISSENSCHAFT 443 G. Ibarra 1, M. A. Vargas 2, W. Geurtsen 1 G. Ibarra Zielsetzung dieser Studie war es, die Morphologie der Schmelzoberfläche und der Grenzfläche nach Auftragen zweier selbstätzender Adhäsive auf beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz im Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-REM) zu untersuchen. Hierfür wurden 18 Rinderinzisivi verwendet. Die bukkale Schmelzoberfläche von sechs dieser Zähne wurde flach beschliffen. Der Schmelz der übrigen Zähne wurde nicht mechanisch vorbehandelt. Folgende selbstätzende Adhäsivsysteme wurden untersucht: Clearfil SE Bond und Prompt L-Pop. Ein konventionelles Adhäsiv (Scotchbond Multipurpose) diente als Kontrolle. Mit diesen Adhäsiven wurden Kompositzylinder auf beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz befestigt. Jeweils ein Längsschnitt mit einer Dicke von 1 mm wurde von insgesamt 12 Zähnen angefertigt und die Grenzfläche zwischen Adhäsiv und Schmelz poliert und alle Prüfkörper in einem FE-REM ultrastrukturell begutachtet. Es konnte festgestellt werden, dass die Ätzmuster und die Tiefenpenetration des Adhäsives in Abhängigkeit von der Agressivität des selbstätzendes Systems variierten, wobei Clearfil das mildeste System und H 3 (Scotchbond Multipurpose) das aggressivste Ätzmedium ist. Die Beobachtung, dass alle Adhäsive eine vergleichbare Haftfestigkeit aufwiesen, deutet darauf hin, dass Mikroporositäten in den Schmelzprismen ausreichen, um eine ausreichende Adhäsiv-Schmelz-Hybridisierung und damit eine hohe Haftfestigkeit zu erzielen. Wir folgern aus unseren Ergebnissen, dass das Schmelzätzmuster und die Infiltrationstiefe des Adhäsivs produktabhängig ist, wobei allerdings keine Korrelation zwischen diesen Merkmalen und der Haftfestigkeit besteht. Grenz- und Oberflächencharakteristika zweier selbstätzender Adhäsive nach Applikation auf unbeschliffenem und beschliffenem Rinderschmelz Eine qualitative Studie* Interfacial and surface characterization of two self-etching adhesives after application to ground and unground bovine enamel A qualitative study* Purpose of this study was to evaluate the enamel surface and interface morphology of two self-etching adhesive systems (SAS) vs. a total-etch control, after bonding to ground and unground enamel using Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM). Eighteen bovine incisors were used in this study. The buccal enamel surface of six teeth was ground flat to resemble freshly cut enamel. The rest of the teeth were left intact. Two SASs; Clearfil SE Bond, Kuraray (CSE) and Prompt L- Pop, 3M-ESPE (LP); and a conventional adhesive system, Scotchbond Multi-Purpose, 3M-ESPE (SBMP) (control) were used to condition and bond a composite button to ground and unground enamel. One cross-section (1 mm thick) was obtained from each of twelve teeth and the bonded interface was polished. All specimens were dehydrated in ascending grades of ethanol, goldsputter coated and observed under FE-SEM (Hitachi S- 4000) to evaluate the ultrastructural morphology of the enamel surface and the enamel-dentin interface. The etching patterns and adhesive penetration varied according to the aggressiveness of the self-etching adhesive systems, with Clearfil SE being the mildest and H 3 being the most aggressive. Since all adhesives gave the same bond strengths, it appears that microporosities within enamel prisms provide sufficient enamel hybridization to produce high bond strengths. From our 1 Department of Restorative Dentistry, University of Washington, D-770 Health Sciences Building, Box , Seattle, WA, , USA 2 Department of Operative Dentistry, College of Dentistry, The University of Iowa, Iowa City, IA, , USA. * modifizierte deutsche Fassung der Originalarbeit G. Ibarra, M. A. Vargas, W. Geurtsen. Interfacial and surface characterization of two self-etching adhesive systems and a total-etch adhesive after bonding to ground and unground bovine enamel a qualitative study. Clin Oral Invest 10, (2006) Deutscher Ärzte-Verlag, Köln

2 444 WISSENSCHAFT G. Ibarra et al.: Selbstätzende Adhäsive Schlüsselwörter: Selbstätzende Dentinadhäsive, Schmelzadhäsion, Schmelz-Adhäsiv-Grenzfläche, Rasterelektronenmikroskop results we conclude that the enamel dissolution pattern and depth of infiltration depend on the type of self-etching adhesive system used and there seems to be no correlation of these with bond strength values. Keywords: Self-etching adhesives, enamel adhesion, interface enamel adhesive, scanning electron microscope 1 Einleitung Abbildung 1 Herstellung der Prüfkörper: a) nach Entfernung der Wurzel wurde der Schmelz zur Vorbereitung für die Konditionierung gereinigt; b) nach Konditionierung der Schmelzoberfläche wurde ein 2 mm dicker Kompositblock entweder auf beschliffenem oder unbeschliffenem Schmelz aufgetragen; c) die Zahnkronen wurden vor dem Schneiden mit Klebewachs auf einem Kunststoffblock befestigt; d) Schnitt vorbereitet für die REM-Untersuchung. Seit der Einführung der Säure-Ätztechnik durch Buonocore im Jahr 1955 hat sich die Adhäsion von Kunststoffen an der Zahnhartsubstanz als zuverlässiges Verfahren etabliert [21]. Allerdings besteht nach wie der Bedarf, die Adhäsivtechniken zu verbessern und insbesondere zu vereinfachen. Letztendliche Zielsetzung muss sein, zuverlässige Adhäsivsysteme zu entwickeln, die zeitsparender und weniger anfällig für Verarbeitungsfehler sind. Selbstätzende Primer sind Materialien, die gleichzeitig Schmelz und Dentin anätzen und konditionieren. Sie penetrieren, lösen und inkorporieren gleichzeitig in einem Schritt die Dentinschmierschicht in die adhäsive Zwischenschicht [6, 32]. Vorteile dieses Verfahrens sind eine vereinfachte Applikation unter Eliminierung eines bislang notwendigen Schrittes für den Bonding-Prozess [30], die Infiltration von Monomeren in den Bereich der demineralisierten Zone [17], eine darauffolgende Polymerisation der Monomere [6, 14, 26], die Vermeidung eine möglichen Zusammenbruches des Kollagennetzwerkes nach der Dentinkonditionierung, da eine Entfernung des Primers durch Spülen nicht mehr notwendig ist [15], sowie eine verminderte postoperative Pulpasensitivität [5]. Die Effizienz dieser Adhäsive war jedoch auf Schmelz und Dentin unterschiedlich. Einige dieser neuen Systeme ergaben auf Dentin gute Ergebnisse [11, 15, 18, 19, 22, 29, 32], jedoch nicht bei Schmelz [16]. Bei Auftragen dieser Materialien auf unbeschliffenem Schmelz fand man niedrige Haftwerte [3, 13, 19, 30]. Zudem stellte man mit konventionellen Adhäsiven vergleichbare Haftfestigkeiten auf beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz fest [1]. Möglicherweise liegen die uneinheitlichen Haftwerte an der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung sowie einer andersartigen Mikromorphologie des beschliffenem und unbeschliffenem Schmelzes. Ferner wird diskutiert, dass die selbstätzenden Primer wegen ihres im Vergleich zur konventionellen Phosphorsäure höheren ph-wertes die Schmelzoberfläche geringer demineralisieren [19]. In einer kürzlichen Studie ergaben die selbstätzenden Primer jedoch keine statistisch signifikant unterschiedlichen Haftfestigkeiten auf beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz [10]. Aus diesem Grund wäre es von großem Interesse zu untersuchen, ob zwischen den bislang ermittelten Haftfestigkeiten von Adhäsiven und der Ultrastruktur der Grenzfläche zwischen Adhäsiv und Schmelz eine Korrelation besteht [20]. Da klinisch das Adhäsiv oft sowohl auf beschliffenem als auch unbeschliffenem Schmelz aufgetragen wird, müssen selbstätzende Adhäsive auf beiden Schmelzoberflächen zu einer ausreichenden Adhäsion führen. Ziel dieser Studie war daher, die Ultramorphologie der Grenzfläche zwischen beschliffenem oder unbeschliffenem Schmelz und zweier kommerziell erhältlicher selbstätzender Adhäsive zu bestimmen, ein konventionelles Adhäsiv diente als Kontrolle. Die zu testende Hypothese war, dass die Grenzfläche beider selbstätzenden Adhäsive und Schmelz strukturell nicht unterschiedlich ist. 2 Material und Methoden Bestimmung der Oberflächenmorphologie des konditionierten Schmelzes Für diesen Teil der Untersuchung wurden 18 Rinderinzisivi verwendet. Nach der Extraktion wurden die Zähne grob gereinigt und in einer 0,5%igen Chloramin-Lösung bei 4 C gelagert, um eine Proliferation von Bakterien zu verhindern. Da drei Adhäsive sowie beschliffener und unbeschliffener Schmelz untersucht wurden, bildeteten wir sechs Gruppen. Jeweils drei Zähne wurden randomisiert einer der Gruppen zugeordnet. Nach Entfernung der

3 G. Ibarra et al.: Selbstätzende Adhäsive WISSENSCHAFT 445 Verwendungshinweise Zusammensetzung der Dentinadhäsive Chargennummer A) MDP a) Schmelz trocknen b) Primer mit einem Schwämmchen oder Pinsel auftragen, Flüssigkeitsansammlungen vermeiden Primer B) HEMA C) Hydrophiles DMA D) Wasser E) Kampferchinon Clearfil SE Bond (Kuraray) c) 20 s warten d) Sachte mit Luftbläser trocknen e) Nicht abspülen f) Adhäsiv auf die gesamte, konditionierte Oberfläche mit einem Schwämmchen oder Pinsel auftragen g) Vorsichtig mit dem Luftbläser verteilen h) Für 10 s lichtpolymerisieren Adhäsiv (ungefüllter Kunststoff) F) N, N-Diethanol-p-toluidin A) Bis-GMA B) HEMA C) MDP D) Hydrophobes DMA E) Kampferchinon F) N, N-Diethanol-p-toluidin G) Mikrofüller Primer Adhäsiv 00101A 00032A a) Schmelz trocknen A) Di-HEMA-Phosphat b) Eine Schicht auftragen B) Photoinitiator (Phosphinoxid) c) 15 s lang einreiben C) Wasser Prompt L-Pop (ESPE) d) Mit Luft Adhäsiv zu einem homogenen, glänzenden Film verteilen. Falls die Ober- Primer D) Stabilisator (Butyl-hydroxy-toluol) fläche nicht glänzend erscheint, eine zweite Schicht auftragen E) Konservierungsmittel (Methylund Propylparabene) Primer e) Für 10 s lichtpolymerisieren F) Fluoridkomplex A) Phosphorsäure (35%) Chargennummer Scotchbond Multipurpose (3M) a) Schmelz trocknen b) Ätzmittel für 15 s auftragen, dann 15 s mit Wasser spülen c) Gründlich trocknen d) Adhäsiv mit Pinsel auftragen e) Für 10 s lichtpolymerisieren Ätzmittel Primer Adhäsiv B) Siliziumdioxid C) Wasser A) HEMA B) Polyalkensäure-Kopolymer C) Wasser A) Bis-GMA B) HEMA Ätzmittel 7523 Primer 7542 Adhäsiv 7543 C) Photoinitiator Tabelle 1 Produktinformationen (nach Angaben der Hersteller). Wurzeln und der palatinalen Hälften der Zahnkronen wurde die labiale Fläche der nicht beschliffenen Zähne mit angefeuchteter Polierpaste und einem Gummikelch niedrigtourig für jeweils fünf Sekunden gereinigt und dann gründlich gespült. Die Oberfläche der anderen Zähne wurde bukkal mit SiC-Schleifpapier (600-grit) flach geschliffen. Sowohl unbeschliffener als auch beschliffener Schmelz wurde mit einem der beiden selbstätzenden Adhäsive konditioniert: Prompt L-Pop (3M-ESPE, Seefeld) oder Clearfil SE Bond (Kuraray Co., Ltd., Osaka, Japan). Auf die Prüfkörper für das als Kontrolle dienende konventionelle Adhäsiv wurde Scotchbond Multi-Purpose Etchant aufgetragen (3M-ESPE, Seefeld). Die mit den selbstätzenden Adhäsiven behandelten Oberflächen wurden anschließend mit Äthanol gespült, um eventuell auf der Oberfläche verbliebenen Primer zu entfernen. Alle Zähne wurden hierauf gründlich mit Wasser gespült und dann mit 3%igem Glutaraldehyd und 3%igem Formaldehyd in 0,1 M Na-Cacodylatpuffer (ph: 7,3) für zwei Stunden fixiert. Nach dem Spülen wurden die Probekörper in einer aufsteigenden Alkoholreihe getrocknet, mit HMDS kritisch punktgetrocknet, auf Aluminiumträger montiert und mit Gold zur Untersuchung im Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-REM, Hitachi S-4000) besputtert. Die Probekörper wurden bei unterschiedlichen Vergrößerungen analysiert und fotografiert. Bestimmung der Grenzflächenmorphologie Für diesen Teil der Studie wurden weitere zwölf Zähne verwendet. Sechs dieser Zähne wurden wie oben beschrieben bukkal flach geschliffen, die restlichen Zähne blieben unbehandelt. Hierauf wurden die beiden selbstkonditionierenden Adhäsive sowie das konventionelle Produkt nach den Angaben der Hersteller auf je zwei Oberflächen beider Zahngruppen aufgetragen. Zusammensetzung, Chargennummer und Anwendungshinweise können der Tabelle 1 entnommen werden. Alle Adhäsive wurden für jeweils 10 s mit 600 mw/cm 2 mit einer Demetron 401-Polymerisationslampe (Demetron/Kerr, Danbury, CT) gehärtet. Auf alle Adhäsive wurde anschließend eine 2 mm dicke Schicht des Komposits Herculite XRV (Kerr Dental, Orange, CA, USA), Farbe A-2, aufgetragen, jeweils für 40 s

4 446 WISSENSCHAFT G. Ibarra et al.: Selbstätzende Adhäsive Abbildung 2 A. Unbeschliffene Oberfläche von Rinderschmelz nach Anätzen mit H 3 für 15 s. Obwohl das Ätzmuster nicht genau dem entspricht, das man bei menschlichem Schmelz beobachtet, erkennt man eine deutliche Auflösung von mineralischen Schmelzanteilen im Bereich der Kristalle (Vergr.: 5000x). B. Die Auflösung von mineralischen Schmelzanteilen hat zu Makro- und Mikroporositäten im Bereich der Kristalle unbeschliffenen Schmelzes nach 15 s Konditionieren mit H 3 geführt (Vergr.: 20000x). Abbildung 3 A. Unbeschliffene Schmelzoberfläche nach Konditionieren mit Clearfil SE Bond Primer für 20 s. Das Ätzmuster ist sehr gering ausgeprägt, die Oberfläche erscheint weitgehend unverändert, es sind lediglich einige Kratzer zu erkennen, die möglichweise von der Reinigungspaste herrühren (Vergr.: 5000x). B. Bei stärkerer Vergrößerung zeigt die vermeintlich unveränderte Schmelzoberfläche eine gewisse Auflösung von mineralischen Schmelzanteilen durch das Konditionieren mit Clearfil SE Bond Primer (Vergr.: 20000x). Abbildung 4 A. Nicht beschliffene Schmelzoberfläche (Rinderzahn) nach Konditionieren mit Prompt L-Pop für 15 s. Der Ätzeffekt ist sehr viel ausgeprägter als bei Clearfil SE Bond, man erkennt bereits die Form von Prismen (Vergr.: 5000x). B. Bei stärkerer Vergrößerung weist die Oberfläche eine deutliche Auflösung mineralischer Schmelzanteile nach Konditionieren mit Prompt L-Pop auf (Vergr.: 20000x). bei 600 mw/cm 2 polymerisiert. Anschliessend wurden die Zähne für zwei Stunden mit 2,5%igem Glutaraldehyd in 0,1 M Na-Cacodylatpuffer fixiert, gespült und für 24 h in Wasser gelagert. Hierauf wurden die Prüfkörper mit Klebewachs auf einem Akrylblock fixiert und dann langsam mit einer Diamantsäge (Buehler Isomet 1000 TM, Buehler Ltd., Lake Bluff, IL, USA) unter Wasserkühlung senkrecht zur Längsachse der Zahnkrone geschnitten. Die Schnitte wiesen eine Dicke von etwa 1 mm auf (Abb. 1). Jeder Schnitt wurde nacheinander mit 600 und 800 grit SiC-Papier, mit nassen Diamantpasten einer Körnung von 6 und 1μm und einer feuchten Paste von Aluminiumoxid (0,04μm gekörnt) poliert. Die Probekörper wurden in einer aufsteigenden Alkoholreihe entwässert, mit HMDS kritisch punktgetrocknet und 10 min mit Argonionen beschossen (Gatan Model 600 Dual Ion Mill; 2 kv Wechselspannung und 1,0mA für die Argonkanone und μa für die Prüfkörper), um so das Relief der Grenzfläche zu verstärken. Abschließend erfolgte wieder eine Goldbesputterung und eine Untersuchung im FE-REM bei unterschiedlichen Vergrößerungen. 3 Ergebnisse Oberflächenmorphologie Das durch die Phosphorsäure hervorgerufene Ätzmuster auf unbeschliffenem Schmelz bei unterschiedlichen Vergrößerungen ist in den Abbildungen 2A und 2B dargestellt. Es erfolgte ganz offensichtlich eine deutliche Auflösung der Schmelzprismen unter Bildung von Mikroporositäten. Der beschliffene Schmelz

5 G. Ibarra et al.: Selbstätzende Adhäsive WISSENSCHAFT 447 Abbildung 5 Rasterelektronenmikroskopische Darstellung eines Längsschnittes von nicht beschliffenem Schmelz nach Konditionieren mit H 3 für 15 s. Man erkennt eine Auflösung des Minerals um die Schmelzprismen und -kristalle sowie die Ausbildung von makroretentiven (Pfeile) und mikroretentiven (Sterne) Kunststoffzapfen bzw. zotten. Bei dieser Vergrößerung erkennt man kaum Unterschiede zwischen beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz (Vergrößerungen: A x, B x, C x) (C = Komposit, A = Adhäsiv, E = Schmelz). Abbildung 6 A. Rasterelektronenmikroskopische Darstellung eines polierten Längsschnittes der Grenzfläche von beschliffenem und mit H 3 für 15 s angeätzten Schmelz mit Kunststoff. Eine Auflösung des Schmelzes im Bereich der Prismen und Kristalle ist zu sehen. Die Ausbildung von makroretentiven (Pfeile) sowie mikroretentiven (Sterne) Kunststoffzotten ist deutlich zu erkennen. Ferner hat sich bei den Probekörpern, die mit Scotchbond Multipurpose behandelt worden waren (Kontrollen), eine dicke Adhäsivschicht ausgebildet. Bei stärkerer Vergrößerung erkennt man gut makroretentive (Pfeile) und mikroretentive (Sterne) Kunststoffzotten, da die Auflösung mineralischer Bestandteile auch die Prismen mit einbezieht; die Oberfläche dieses Schnittes wurde mit Argonionen behandelt (Vergr.: A x, B x, C x) (C = Komposit, A = Adhäsiv, E = Schmelz). Abbildung 7 Elektronenmikroskopische Darstellung unbeschliffenen Schmelzes nach Behandlung mit Clearfil SE Primer für 20 s. Bei dieser Vergrößerung erkennt man keinen offensichtlichen Unterschied zwischen beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz (Vergr.: A x, B x) (C = Komposit, A = Adhäsiv, E = Schmelz). zeigte ein vergleichbares Erscheinungsbild (nicht dargestellt). Die Abbildung 3A zeigt unbeschliffenen Schmelz nach Konditionierung mit dem selbstätzendem Primer von Clearfil SE Bond. Die Oberfläche zeigt feine, durch die Politur erzeugte Kratzer, es ist nur eine geringfügige Auflösung des Schmelzes zu erkennen. Bei höherer Vergrößerung sieht man eine leichte Auflösung der oberflächlichen Schmelzkristallite, wodurch Mikroporositäten innerhalb der Schmelzprismen erzeugt werden (Abb. 3B). Die Auflösung des Schmelzes durch Prompt L-Pop war deutlich ausgeprägter als bei Clearfil SE Bond (Abb. 4A und B). Bei niedrigerer Vergrößerung lassen sich die Umrisse der Schmelzprismen erkennen (Abb. 4A). Bei stärkerer Vergrößerung sieht man die durch Prompt L-Pop hervorgerufenen Mikroporositäten im Schmelz. Grenzflächenmorphologie Die von Scotchbond Multipurpose mit unbeschliffenem, Phosphorsäure-angeätztem Schmelz gebildete Grenzfläche ist in den Abbildungen 5A und B dargestellt. Makroretentive (weiße Pfeile) und mikroretentive Kunststoffzapfen (weiße Sterne) sowie eine 5 μm bis 8 μm dicke Adhäsivschicht sind deutlich zu erkennen. Man beachte, dass einige Schmelzkristalle vor der Aushärtung in das Adhäsiv gewandert sind (Abb. 5B). Bei Verwendung von beschliffenem, angeätztem Schmelz waren die makro- und mikroretentiven Kunststoffzapfen aufgrund der stärkeren Auflösung der Kristalle ausgeprägter (Abb. 6A und B). Bei den Clearfil SE-Probekörpern schien weder der unbeschliffene (Abb. 7A und B) noch der beschliffene Schmelz (Abb. 8A und B) von dem selbstätzenden Primer verändert worden zu sein. Es zeigte sich weder eine An-

6 448 WISSENSCHAFT G. Ibarra et al.: Selbstätzende Adhäsive Adhäsiv Haftfestigkeit (MPa) SA Min. Max. n Promp L-Pop (n.b.) 43,0 7,9 35,4 60,5 11 Promp L-Pop (b.) 41,1 12,1 21,6 58,2 10 Clearfil SE (n.b.) 41,7 11,3 20,4 56,4 12 Clearfil SE (b.) 38,6 8,8 27, Scotchbond Multipurpose (n.b.) 37,6 9,6 16, Scotchbond Multipurpose (b.) 44,5 6 34,7 55,9 11 Tabelle 2 Mittlere Mikrohaftfestigkeiten für Dentinadhäsive (MPa), zwischen den einzelnen Gruppen bestanden keine statistisch signifikanten Unterschiede (modifiziert nach [10]). oder Auflösung von Prismen, noch kam es zu einer Infiltration von Kunststoff in den Schmelz unter Ausbildung von Makro- und Mikroretentionen. Die Schmelzoberfläche erschien nur als eine glatte, nicht poröse Schicht, die von einer dicken Schicht an Komposit bedeckt war. Die mit Prompt L-Pop konditionierten Probekörper zeigten eine im Vergleich zum konventionellen Anätzen mit Phosphorsäure nur leichte Auflösung der Prismen. Die Abbildungen 9A und B stellen die Grenzfläche zwischen unbeschliffenem Schmelz und dem Adhäsiv bei unterschiedlichen Vergrößerungen dar. Abbildungen 10A und B zeigen die Grenzfläche mit beschliffenem Schmelz. Der beschliffene Schmelz wies eine geringfügiger größere Schmelzauflösung auf als die unbeschliffenem Schmelzprobekörper. Es bildete sich ferner auf keinem derjenigen Probekörper, die mit Promp L-Pop behandelt wurden, eine adhäsive Zwischenschicht zwischen dem konditionierten Schmelz und dem Komposit. 4 Diskussion Aufgrund der oft aprismatischen Schmelzoberfläche von permanenten Zähnen und Milchzähnen wird in der Literatur ein unterschiedliches Adhäsionsverhalten von beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz diskutiert. Es wurde deshalb postuliert, das ein Abtragen dieser obersten Schicht die Adhäsion in Verbindung mit der Säure-Ätztechnik verbessert [13, 19, 23, 33]. Zudem ist die Schmelzoberfläche hypermineralisiert und das deshalb nach der Säurebehandlung resultierende Ätzmuster weniger homogen als bei beschliffenem Schmelz [1]. Allerdings ist es schwierig, bei hoher Vergrößerung im Rasterelektronenmikroskop Unterschiede in der Mikromorphologie von beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz nach Anätzen mit 37%iger H3PO4 zu erkennen, da beide teilweise demineralisierte Hydroxylapatitkristalle aufweisen. In dieser Studie wurde das Ätzmuster unbeschliffener Schmelzoberflächen analysiert, um dadurch Unterschiede in der An- oder Auflösung der Schmelzprismen nach Anwendung der verschiedenen Adhäsivsysteme feststellen zu können und diese anschließend mit der Grenzflächenmorphologie und den Haftfestigkeitswerten aus unserer vorangegangenen Studie zu vergleichen [10]. Es wurde berichtet, dass die nicht beschliffene und nicht mit Paste gereinigte Schmelzoberfläche junger Rinderzähne eine Schicht aus primär organischen Bestandteilen aufweist, die durch Säureätzung nicht entfernt wird [25]. Diese Schicht sollte deshalb vor einer Konditionierung mit einer Reinigungspaste oder durch Beschleifen des Schmelzes entfernt werden, um diesen damit für eine Säureätzung besser zugängig zu machen. In unserer Studie wurden die Rinderzähne deshalb gründlich mit einer Paste gesäubert, bevor sie mit H 3 oder den selbstkonditionierenden Adhäsiven behandelt wurden. Kürzlich wurde berichtet, dass die Mikrohaftfestkeiten (Microtensile Bond Strengths) von menschlichem und bovinem Schmelz vergleichbar sind [23]. Die Kontrollgruppe wurde mit einem konventionellen Adhäsivsystem behandelt, bei dem 35%ige H 3 verwendet wird. Phosphorsäure führt zu einer ausgeprägten Auflösung der mineralischen Bestandteile und ermöglicht deshalb die Ausbildung von Makro- und Mikrokunststoffzotten zwischen und innerhalb der Schmelzprismen. Polierte Längsschnitte von Schmelz-Kunststoff-Probekörpern zeigten eine adäquate Infiltration des Adhäsivs in diese Oberflächenporositäten. Die beiden untersuchten selbstkonditionierenden Adhäsive waren unterschiedlich aufgebaut. Bei dem einen Produkt sind zwei Schritte erforderlich, und zwar sind Konditionierer und Primer in einem Behälter enthalten, das eigentliche Adhäsiv wird jedoch erst anschließend aufgetragen (Clearfil SE, Bond Kuraray Co., Ltd., Osaka, Japan). Das zweite Adhäsiv ist ein Einkomponentensystem, das Konditionierer, Primer und Adhäsiv in einem Behälter vereinigt (Prompt L-Pop, 3M-ESPE). Clearfil SE Bond kann als mildes selbstätzendes Adhäsiv gelten, da es einen ph-wert von 2 hat und deshalb nur zu einer geringen Entmineralisierung des Schmelzes führt. Dementsprechend lässt sich das resultierende Ätzmuster im REM kaum erkennen (Abb. 3A und B). Flache Mikroporositäten und ein im Vergleich zur konventionellen Säureätzung deutlich unregelmässiger ausgebildetes Ätzmuster fand man in einer kürzlichen Studie nach Anwendung von selbstkonditionierenden Systemen. Man vermutete deshalb, dass dieser milde Säureeffekt selbstkonditionierender Produkte letztendlich zu

7 G. Ibarra et al.: Selbstätzende Adhäsive WISSENSCHAFT 449 Abbildung 8 Elektronenmikroskopische Darstellung beschliffener Oberflächen nach Behandlung mit Clearfil SE Bond Primer für 20 s. Bei keiner der beiden Vergrößerungen erkennt man eine deutliche Anätzung des Schmelzes. Es hat sich jedoch eine dicke Adhäsivschicht wie bei den Kontrollpräparaten gebildet (siehe Abb. 6) (Vergr.: A x, B x) (C = Komposit, A = Adhäsiv, E = Schmelz). Abbildung 9 A. Elektronenmikroskopische Darstellung unbeschliffener Oberflächen nach Behandlung mit Prompt L-Pop, makro- und mikroretentive Kunststoffzotten haben sich kaum ausgebildet (Vergr.: 3000x). B. Die Demineralisationen sind nur sehr flach, es befindet sich keine Adhäsivschicht zwischen Schmelz und Komposit (Vergr.: 5000x). C. Bei stärkerer Vergrößerung erkennt man Mikroporositäten in der Oberfläche der Schmelzprismen (Vergr.: 15000x). (C = Komposit, E = Schmelz). Abbildung 10 Rasterelektronenmikroskopische Darstellung beschliffener Schmelzoberflächen nach Konditionieren mit Prompt L-Pop für 15 s. Es kam zu einer Anätzung der Prismen und Kristalle, wobei allerdings die Tiefe der Demineralisation nur etwa 1/3 bis ¼ derjeniger entspricht, wie sie bei den Kontrollpräparaten mit konventioneller Anätzung zu erkennen ist. Es haben sich makroretentive und mikroretentive Kunststoffzotten gebildet, die allerdings weniger stark ausgeprägt sind als bei den Kontrollpräpraraten. Prompt L-Pop führte nicht zu einer intermediären Adhäsivschicht zwischen Schmelz und Komposit (Vergr.: A 3000x, B 5000x, C x) (C = Komposit, E = Schmelz). einer veränderten Adhäsion führt [9]. Unsere Ergebnisse zeigen allerdings, dass offensichtlich ein gewisser Mineralverlust stattgefunden hat (Abb. 5) und dieser möglicherweise ausreicht, um eine gute Adhäsion am Schmelz zu ermöglichen. In einer vorangegangenen Studie, in der Mikrohaftfestigkeiten von Kompositen auf beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz gemessen wurden, waren die Durchschnittswerte der verschiedenen Gruppen nicht statistisch signifikant unterschiedlich (Tab. 2). Dies bestätigt unsere Hypothese [10]. Die adhäsive Grenzfläche von Clearfil SE Bond zeigte nicht die Ausbildung von Makrokunststoffzotten zwischen den Schmelzprismen. Es gibt deshalb vermutlich keine Kunststoffinfiltration in die konditionierte Zahnoberfläche mit Ausbildung einer Schmelzhybridschicht. Eine neue transmissionselektronenmikroskopische Untersuchung zu diesen Grenzflächen zeigte jedoch die Ausbildung von sehr dünnen Hybridschichten [23] in unbeschliffenem (0,33 μm) und beschliffenem Schmelz (1,88 μm) [8]. Dies erklärt möglicherweise, warum die durchschnittlichen Haftfestigkeiten dieser neuen Adhäsive denjenigen des konventionellen Adhäsivs vergleichbar sind (Tab. 2). Offensichtlich hängt die Stärke der Kunststoff-Schmelz-Haftung sowohl von einer interprismatischen Zottenformation als auch von der Schmelzhybridschicht ab, analog der Kunststoff- Dentin-Haftung, die auf der Ausbildung von Kunststoffzotten und der Hybridisierung des intertubulären Dentins beruht [8, 23]. Shinchi u.a. untersuchten den Effekt unterschiedlich konzentrierter Phosphorsäure auf die Kunststoffzottenlänge und die Haftfestigkeit von Komposit auf Schmelz [27]. Es konnte festgestellt werden, dass es keinen wesentlichen Zusammenhang zwischen Länge der Zotten und

8 450 WISSENSCHAFT G. Ibarra et al.: Selbstätzende Adhäsive der Haftfestigkeit gab. Man schlug deshalb vor, dass Phosphorsäure in einer Konzentration von weniger als 10% ausreichend sein könnte. Unsere Resultate bestätigen, dass es keine Korrelation zwischen Zottenlänge und Haftfestigkeit gibt, da Clearfil SE nur minimal anätzte (Abb. 3A und B), aber andererseits eine hohe Haftfestigkeit aufwies (Tab. 2). Ähnlich hohe Haftwerte bei gleichzeitig geringer Schmelzätzung wurden für menschliche Zähne berichtet [27]. Offensichtlich ist für eine gute Adhäsion nur wenig mechanische Retention erforderlich. Andererseits wiesen alle Clearfil SE-Probekörper eine dicke Schicht aus gefülltem Adhäsiv zwischen Schmelz und Komposit auf. Dies ist möglicherweise ein Vorteil dieses Systems. Man konnte nämlich feststellen, dass dickere Adhäsivzwischenschichten besser den bei der Polymerisation von Kompositen auftretenden Schrumpfungskräften standhalten [4]. Prompt L-Pop mit einem ph-wert von 1 ist ein aggressiveres selbstkonditionierendes Adhäsiv. Das Ausmaß der Ätzung entsprach mehr den Probekörpern, die mit Phosphorsäure behandelt worden waren, obwohl das Ätzmuster etwas weniger klar ausgeprägt war. Dieses Einkomponentensystem weist kein separates Adhäsiv auf. Es sei darauf hingewiesen, dass die Probekörper dieses Produktes bei den verwendeteten Vergrößerungen keine Adhäsivzwischenschicht zwischen Komposit und dem konditionierten Schmelz aufwiesen. Deshalb konnte nicht festgestellt werden, ob es zur Ausbildung einer Schmelzhybridschicht kam. Dieses Adhäsiv hat eine sehr geringe Viskosität und neigt daher dazu, sehr dünne Schichten (weniger als 10 μm) auszubilden, die vor der Polymerisation mit Sauerstoff angereichert werden. Wir vermuten daher, dass die Sauerstoffinhibition eine ausreichende Polymerisation verhinderte, so dass bei Applikation des Komposits das Adhäsiv zur Seite verdrängt wurde. Ähnliches beobachteten auch Pashley et al. auf Dentin [20]. Diese Autoren erzielten bessere Ergebnisse bei Auftragen von zwei Schichten. Der Hersteller empfiehlt mittlerweile, zwei Schichten aufzutragen. Zusammenfassend lässt sich an dieser Stelle sagen, dass die beiden untersuchten Adhäsive entgegen unserer eingangs aufgestellten Hypothese eine unterschiedliche Ultramorphologie aufweisen. Basierend auf verschiedenen In-vitro-Studien diskutiert man kontrovers, ob selbstätzende Adhäsive zu einer ausreichenden Konditionierung des Schmelzes führen [9, 13, 21, 30]. In unserer Untersuchung wurden die Schmelzoberflächen in den drei Gruppen vor der Säurekonditionierung gleich behandelt, es kam zu offensichtlichen Unterschieden hinsichtlich des resultierenden Ätzmusters und Mineralverlustes. Dies zeigt, dass das Ausmaß des Mineralverlustes direkt mit der Azidität des Adhäsivs korreliert. Vergleicht man den offensichtlichen Mineralverlust auf der Schmelzoberfläche mit den Haftfestigkeitswerten, die wir in einer früheren Studie ermittelten [10], scheint es jedoch nicht von Nachteil zu sein, wenn Komposit auf Schmelz mit einem nur gering ausgeprägten Ätzmuster aufgetragen wird. Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu Kanemura et al. Diese Autoren vermuteten, dass die flachen Ätzmuster, die man mit selbstkonditionierenden Primern erzielt, nicht tief genug sein könnten, um eine gute Kunststoffinfiltration im nicht beschliffenem Schmelz zu erzielen [13]. Gemäß Cehreli und Altay hängt das Ätzmuster von aprismatischem Schmelz von der Aggressivität der Säure ab, von derem ph sowie pka und/oder der Anätzdauer [2]. Daher ist zu erwarten, dass der Gebrauch einer stärkeren Säure, wie Phosphorsäure, und einer längeren Ätzzeit des Konditionierers zu einer deutlich ausgeprägteren Auflösung der mineralischen Schmelzphase führt [11, 12]. Nichtsdestotrotz dürfte für eine gute Komposithaftung am Schmelz die Tiefe der Kunststoffpenetration nicht so wichtig sein wie die Qualität der flachen Mikroporositäten in der Zahnoberfläche und der Polymerisationsgrad des Adhäsivs. Dies entspricht auch den Ergebnissen von Perdigao et al. Diese Autoren folgerten, dass andere Faktoren wie Variationen der Oberflächenenergie, für eine ausreichende Haftung am Schmelz verantwortlich sein könnten [21]. 5 Schlussfolgerungen Unsere Analyse des Ätzmusters und der Morphologie der Grenzfläche eines konventionellen Adhäsivs und zweier selbstätzender Systeme ergab deutliche Unterschiede hinsichtlich des Ausmaßes des Mineralverlustes auf der Schmelzoberfläche in Abhängigkeit vom Produkt. Diese Unterschiede hängen möglicherweise mit der Azidität und der Applikationsdauer der Adhäsive zusammen. Allerdings konnten keine großen Unterschiede zwischen beschliffenen und unbeschliffenen bovinen Schmelzoberflächen gefunden werden, weder bezüglich des oberflächlichen Ätzmusters noch der ultrastrukturellen Morphologie der Adhäsivgrenzflächenschicht. Die Haftfestigkeiten, die wir mit diesen Adhäsiven in einer vorangegangenen Studie festgestellt haben, deuten daraufhin, dass es keine Korrelation zwischen dem Ausmaß der Ätzmusters oder der Dicke der Hybridschicht im Schmelz und Haftfestigkeit an beschliffenem und unbeschliffenem Schmelz gibt. Danksagung Unser bester Dank gilt Prof. Dr. David H. Pashley für die kritische Durchsicht dieses Manuskriptes und seine wertvollen Anregungen. Literatur 1. Barkmeier WW, Gwinnett AJ, Shaffer S.: Effects of reduced acid concentration and etching time on bond strength and enamel morphology. J Clinical Orthod 21, (1987). 2. 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