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Ziel der Arbeit war der Einfluss verschiedener Belichtungskonzepte (16 verschiedene Belichtungsmodi) auf die Eigenschaften moderner Bulk-fill Komposite zu eruieren. Material und Methode: Sieben Bulk-Fill Materialien wurden nach Belichtung mit einer blau/violett LED Polymerisationslampe untersucht. Hierbei wurde das Inkrement unter direkten Kontakt der Lampe (Abstand 0mm) und im Abstand von 7mm ausgehärtet. Der Abstand von 7mm sollte die klinische Situation simulieren, in welcher eine direkte Platzierung der Polymerisationslampe am Inkrement nicht möglich ist. Außerdem wurde die Polymerisationszeit variiert. Die Aushärtung erfolgte bei einer Lichtintensität von 1.000mW/cm² („Standard“) für eine kurze Polymerisationszeit von 5s und eine längere Polymerisationszeit von 20s sowie 40s. Des Weiteren bei Intensität von 1.400mW/cm² („High“) für 3s, 4s, 8s und bei Intensität von 3.200/cm² („Plasma“) für eine Polymerisationszeit von 3s sowie 6s. Die Analyse wurde in einer individuellen, speziell für diese Studie angefertigten, zylindrischen Matrize, deren Kern aus einem trepanierten Molar bestand, vorgenommen. Die Polymerisation der Proben (n=5) erfolgte dabei in einen Spektrometer, was die real-time Variation der Irradianz an der Unterseite der Probe erlaubte. Die so gewonnenen Proben (n=5) der Inkrementstärke von 6mm wurden für 24 Stunden in destilliertem Wasser bei 37°C gelagert, aufbereitet und in einem Universalhärtemessverfahren in axialer Richtung hinsichtlich der Vickershärte, Intendierungsmodul, Kiechen und elastische Arbeit (Messpunktabstand 200µm) vermessen. Ergebnisse: Mit dem höheren Abstand der Polymerisationslampe (7mm) von dem Inkrement halbierte sich die einwirkende Lichtleistung sowie Gesamtenergie. Bei der Auswertung der max. Inkrementdicke zeigte sich, dass sich eine lange Polymerisationszeit (20s, 40s) bei der Lichtintensität „Standard“ (1.000mW/cm²) unter direktem Kontakt der Polymerisationslampe am günstigsten auf die Aushärtetiefe auswirkte Schlussfolgerungen: Es zeigte sich eine gute Polymerisationsgüte an der Probenoberfläche, welche in der Tiefe des Materials, besonders bei einer niedrigen applizierten Gesamtenergie, stärker abnahm. Die vom Hersteller vorgegebene max. Inkrementdicke von 4mm konnte in den Versuchen unter Einwirkung einer hohen Gesamtenergie auf die Probe zu meist übertroffen werden. Eine hohe Gesamtenergie wird durch eine lange Polymerisationszeit, hohe Lichtleistung sowie inkrementnahe Positionierung der Lampe erzielt. Im Allgemeinen können die untersuchten Bulk-Fill Komposite in einer Schichtstärke von 4mm bei einer Polymerisationszeit von 20s und einer Lichtintensität von 1.000mW/cm² suffizient gehärtet werden. Eine längere Polymerisationszeit wirkt sich günstiger auf die Aushärtetiefe aus. Aufgrund der Reziprozität zwischen Bestrahlungsdauer und Bestrahlungsstärke kann bei einer höheren Lichtintensität die Polymerisationszeit entsprechend reduziert werden.

In dieser Arbeit wurde die Verschleißfestigkeit von einem neu auf dem Markt erhältlichen, modifiziertem Glasionomerzement Chemfil Rock von der Firma Dentsply im Vergleich zu bereits in der Praxis bewährten Glasionomerzementen untersucht. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit getestet, ob sich die Verschleißfestigkeit von Glasionomerzementen durch das Auftragen von Oberflächenschutzlacken, sog. Coatings, erhöhen lässt und ob Coatings die Verschleißfestigkeit durch eine Verbesserung der Maturation der Glasionomerzemente oder durch einen erhöhten Schutz gegenüber Abrasion steigern. Da das Coating während der Demastikation zügig von der Oberfläche entfernt wird, wurde in dieser Studie neben der antiabrasiven Wirkung des Coatings auch der Einfluß des Coatings auf den darunterliegenden Zement untersucht, nachdem dieses von der Oberfläche entfernt worden war. Hierfür wurden zwei Coatings verwendet: G- Coat-Plus von Gc Corporation und Ketac Glaze von der Firma 3M Espe. Die Verschleißprüfung der Materialproben wurde in der ACTA-Maschine der (Firma Willytec, München) als Drei-Körper-Verschleiß durchgeführt, die als internationaler Standard gilt (De Gee 1994). Alle Proben wurden nach der Verschleißprüfung mit einem neuen, optischen 3-dimensionalen LED-Scanner mit konfokalem Sensor zur optischen Abtastung der Materialoberfläche und Evaluierung des Materialverlustes an der Probenoberfläche vermessen und die Daten anschließend mit dem Programm Match 3D ausgewertet. Um die mikromorphologischen Verschleißmechanismen zu verstehen, wurden im Anschluss Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop erstellt. Die Verschleißfestigkeit des Glasionomerzements Chemfil Rock profitierte nicht durch die veränderte Füllstoff- und Polymertechnologie, denn dieser Glasionomerzement erreichte mit Abstand die höchsten Verschleißwerte. Die in der Literatur beschriebene deutliche Verbesserung der Biegefestigkeit von Glasionomerzementen durch die Applikation von Coatings wird in dieser Studie nicht von einer Verbesserung der Verschleißfestigkeit begleitet, im Gegenteil, es wurden überraschenderweise höhere Verschleißwerte im Vergleich zu den nicht gecoateten Materialien gemessen. Nachdem das Coating von der Oberfläche abradiert wurde, hatte es keinen positiven Effekt auf den darunterliegenden Glasionomerzement. Auch eine verlängerte Lagerungszeit verbesserte die Materialeigenschaften nicht. Jedoch zeigten die Aufnahmen im Rasterelektronemmikroskop, dass das Coating den Glasionomerzement versiegelt, was die Verbesserung der Biegefestigkeit erklären könnte.

In der vorliegenden Doktorarbeit wurden systematisch Methoden zur Manipulation der Dynamik von Exzitonen in Halbleiterstrukturen experimentell studiert. Als Substrat diente eine Al0,3Ga0,7As/GaAs-Heterostruktur mit zwei gekoppelten GaAs-Quantentöpfen. In diesen Systemen können mittels optischer Anregung räumlich indirekte Exzitonen erzeugt werden, die bei experimentell gut zugänglichen Temperaturen von 4 Kelvin lange Lebensdauern von über 10 Mikrosekunden aufweisen. Mittels geeigneter Gatterstrukturen auf den Probenoberflächen konnten maßgeschneiderte laterale Potentiallandschaften für Exzitonen in der Ebene der Quantentöpfe erzeugt und elektrisch abgestimmt werden. In zeitlich variierenden, wellblechförmigen Potentiallandschaften wurden oszillatorische Driftbewegungen über Entfernungen von 4 Mikrometern induziert. Statische Gradientenpotentiale für Exzitonen mit elektrisch manipulierbarer Steigung ermöglichten die Erzeugung und Beobachtung exzitonischer Driftbewegungen über makroskopische Entfernungen von über 100 Mikrometern. Flugzeitmessungen in derartigen Gradientenpotentialen ergaben bei einer Temperatur von 3,7 K exzitonische Driftgeschwindigkeiten von bis zu 2000 m/s. Die exzitonische Mobilität in den Proben wurde als Funktion der Temperatur experimentell bestimmt. Für Temperaturen T unter 10 K wurde eine außerordentlich hohe Mobilität von 10000 cm2/eVs bzw. eine Stoßzeit von 15 ps gemessen, die einer Diffusionskonstante von 30 cm2/s entspricht. Oberhalb einer Temperatur T von 10 K wurde eine zu T^(−6) proportionale Abnahme der Mobilität beobachtet. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit bestand in der Definition elektrostatischer Fallen für Exzitonen, die dazu genutzt werden können, Bose-Einstein-Kondensation von Exzitonen nachzuweisen. Es wurden linienförmige Fallen realisiert, die im Randbereich lateral mikrostrukturierter SiO2-Schichten auf Halbleiteroberflächen entstehen. Energieauflösende Photolumineszenz-Messungen haben ergeben, daß die Fallen in transversaler Richtung mittels harmonischer Einschlußpotentiale beschrieben werden können. Es wurden Federkonstanten von bis zu 11 keV/cm2, entsprechend einer Quantisierungsenergie von bis zu 5,5 μeV, experimentell beobachtet. Beide Werte übertreffen bisherige Resultate um einen Faktor von 200. Die transversale Ausdehnung und die energetische Tiefe der Fallen liegen im Bereich von etwa 10 Mikrometern bzw. 0,8 Mikroelektronenvolt. Innerhalb der Fallen findet longitudinaler exzitonischer Transport über makroskopische Entfernungen bis in den Millimeterbereich statt. Die Fallen, deren Potentialminima stets etwa 6 Mikrometer außerhalb der Begrenzung der SiO2-Bereiche verlaufen, können bezüglich ihrer exzitonischen Speicherwirkung elektrisch geschaltet werden. Die Ursache der Entstehung der Fallen sowie deren elektrisches Schaltverhalten wurden anhand eines elektrostatischen Modells erklärt.

In einer In-vitro-Untersuchung sollten Erkenntnisse über den Verschleißvorgang kommerzieller und experimenteller Füllungsmaterialien gewonnen werden. Schwerpunkte der Studie waren die Verschleißquantifizierung, der Einfluss elastischer Eigenschaften auf die Verschleißfestigkeit und die zugrunde liegenden mikromorphologischen Verschleißmuster. Zur Erstellung einer Datenbasis wurden kommerzielle Komposite mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften verwendet. Von der Firma Degussa/Dentsply wurden Blindproben experimenteller Komposite mit Füllkörpervariationen des Hydroxylapatit- und Präpolymerisatgehaltes sowie experimentelle Komposite mit differierendem Anteil an porösen Füllkörpern und unterschiedlichem Silanisierungsgrad zur Verfügung gestellt. Die Kompositmatrix war für beide experimentellen Gruppen unterschiedlich. Die Verschleißprüfung der Materialproben wurde in der ACTA-Maschine (Fa. Willytec, München) als Dreikörperverschleiß durchgeführt, die als internationaler Standard gilt [De Gee, 1994]. Die Oberflächenermüdung der Materialien wurde von den Verschleißmechanismen Abrasion und Erosion in der ACTA-Maschine überlagert, daher erfolgte zusätzlich ein Zweikörperverschleiß zur Oberflächenermüdung im Fatigue-Tester (Fa. Willytec, München). Alle Proben wurden nach der Verschleißprüfung mit einem computergesteuerten Perthometer vermessen. Daneben wurden 60 ausgewählte Proben vergleichend mit einem neu entwickelten Probeneinsatz (Fa. Willytec, München) im Laserscanner dreidimensional erfasst und, gleich den Perthometerdaten, mit dem Programm Match 3D ausgewertet. Von allen Materialien wurde mit Hilfe des Fischerscopes (Fa. Fischer, Sindelfingen) der Elastizitätsmodul ermittelt. Zur Ergänzung der Verschleißdaten wurden Aufnahmen der Probenoberflächen mit dem Rasterelektronenmikroskop erstellt, um einen Einblick in mikromorphologische Verschleißmechanismen zu erhalten. Das Verschleißverhalten der Komposite wurde von den Füllkörpern dominiert, mit vernachlässigbarem Einfluss der Matrix. Bei den kommerziellen Kompositen war aufgrund der hohen E-Modul-Varianz eine Korrelation der rheologischen Eigenschaften und des Verschleißverhaltens gegeben. Die Verschleißdaten der experimentellen Materialien korrelierten nicht mit dem E-Modul der Materialien. Der prozentual geringe Hydroxylapatit- und Präpolymerisatgehalt führte bei den experimentellen Kompositen gegenüber der Kontrollgruppe ohne ihren Zusatz nicht zu einer höheren Verschleißfestigkeit, was auf einen frühzeitigen Verlust des unsilanisierten Hydroxylapatites und den überlagernden Einfluss der Glasfüllkörper zurückzuführen ist. Die porösen Füller der experimentellen Komposite beeinflussten das Verschleißverhalten in beiden Testreihen unterschiedlich. Während in der ACTA-Maschine kein oder ein geringer Anteil an porösen Füllkörpern zu einem signifikant schlechtem Verschleißverhalten führte, ist diese Korrelation nach der Oberflächenermüdung im Fatigue-Tester nicht gegeben. Kein direkter Einfluss auf den Verschleiß der Komposite konnte der Silankonzentration der porösen Füllkörper zugeschrieben werden. Das Komposit mit 12 Gew.% porösen Füllern und zehnprozentiger Silanisierung schien die optimale Zusammensetzung in Bezug auf die Verschleißresistenz zu sein. Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen der experimentellen Materialien zeigten füllkörperdominierte Oberflächendefekte. Neben Füllkörperfehlstellungen, Matrixauswaschung an Korngrenzen oder dem Lösen von Glasfüllkörpern, wurde bei den experimentellen Kompositen der Verlust von Hydroxylapatitpartikeln beobachtet. Bei den experimentellen Kompositen mit porösen Füllkörpern war die Degradation der großen porösen Gläser in verschiedenen Stufen zu erkennen. Angefangen mit Rissen auf der Oberfläche und angelösten Randbereichen, traten Füllkörperfrakturen und der Verlust ganzer Füllkörper auf. In der vorliegenden Arbeit konnten interessante Wege der Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Kompositen gewonnen werden und Verschleißmuster nach Zweikörper- und Dreikörperbelastung belegt werden.

In der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss von harten und krossen Nahrungsmitteln wie z. B. Müsli oder Brötchen auf die Lebensdauer von Fül-lungskompositen untersucht und eine Versuchsanordnung zur Erzeugung von In-vitro-Verschleiß an Kompositen erarbeitet. In Vorversuchen wurden in einer Universalprüfmaschine verschiedene harte Nahrungsmittel Bruchtests unterzogen und die dabei auftretenden Kräfte gemes-sen. Die Morphologie der verwendeten Kauflächen zeigte einen signifikanten Einfluss auf die Höhe der Kraft (p=0,007), nicht jedoch die Geschwindigkeit, mit der die Belastung erfolgte (p=0,494). Beim Zerbeißen auf einer flachen Plattform trat mit 355,5 N (± 200,5) bei Bonbons die höchste Bruchkraft aller getesteten Nahrungsmittel auf, mit einer Keramikkrone als Unterkieferzahn bei Popcornmais (209,4 N ± 120,8), der durch die Kaufläche abgestützt wurde. Bei Verwendung der Keramikkrone zerbrachen die Bonbons aufgrund punktförmi-ger Kraftinduktion bereits bei 138,2 N (± 38,9). In den Hauptversuchen wurden Kompositproben in einem Kausimulator jeweils 50.000 Kauzyklen unterzogen. Dies geschah bei der einen Hälfte der Proben unter Verwendung des von der ACTA-Maschine bekannten Abrasivmediums aus Hirse, bei der anderen Hälfte wurde Wasser zugegeben. Bei allen Komposi-ten wurde der Substanzverlust durch Zugabe der Hirse gesteigert, es änderte sich jedoch die Rangfolge bezüglich des Verschleißes. Bei den Versuchen mit Was-ser zeigten Solitaire (286,8 ± 70,3 mm³E-3) und Tetric Ceram (286,5 ± 198,6 mm³E-3) den größten Substanzverlust, bei Hirseverwendung Solitaire (843,3 ± 435,7 mm³E-3) und Heliomolar RO (788,1 ± 164,4 mm³E-3). Mit Wasser trat bei Heliomolar RO der geringste Verschleiß auf (29,7 ± 6,7 mm³E-3), mit Hirse bei Definite (547,0 ± 187,8 mm³E-3). Die Situation mit Wasser als Medium entspricht einer reinen Knirschbelastung, die vor allem bei pathologischem Bruxismus Verschleiß in okklusalen Kontakt-bereichen (OCA) verursacht. Die Versuchsanordnung mit der ACTA-Suspension entspricht der Belastung beim Kauen von Nahrung. Dabei treten in vivo, vor allem beim Zerkleinern harter und krosser Nahrung, sowohl im Kon-taktbereich als auch in kontaktfreien Bereichen (CFA) erhebliche Belastungen auf, die über Fatigue, Abrasion und überkritische Belastung zu Mikro- und Ma-krofrakturen an Zahnhartsubstanz und Füllungskompositen führen können. Bei In-vivo-Untersuchungen zur Lebensdauer von Kompositfüllungen treten interin-dividuelle Streuungen auf, die auch durch diätetische Einflüsse krosser und har-ter Nahrungsmittel zu erklären sind. Die Versuche mit der Hirsesuspension ent-sprechen der Durchschnittsbelastung dieser Untersuchungen. In rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen der Kompositproben nach Kau-belastung sowie zweier Kompositbiopsien, die Verschleiß in vivo unterworfen waren, zeigte sich, dass die Kausimulationsanordnung mit Hirse in der Lage ist, die beim Zwei-Körper-Verschleiß entstehenden scholligen Auflagerungen aus herausgelösten Füllkörperpartikeln von der Probenoberfläche zu entfernen. So-mit kann eine weitere Annäherung der Verschleißsimulation im Kausimulator München III an die Situation in vivo erfolgen und so die Belastung für Patienten in klinischen Untersuchungen reduziert werden. Bei der Betrachtung der klini-schen Eignung von neuen Kompositen sind jedoch auch weitere Faktoren wie Brucheigenschaften und Leistungsfähigkeit des verwendeten Adhäsivsystems zu beachten, was klinische Studien weiterhin unumgänglich macht. Zusammenfassend lässt sich ein Einfluss der individuellen Nahrungsauswahl auf die Haltbarkeit von Füllungskompositen feststellen, besonders bei hoher Bela-stung durch das Zerkleinern harter Nahrung. Für die Zukunft erscheint das Vor-gehen sinnvoll, Versuche mit und ohne Abrasivsuspension durchzuführen, au-ßerdem sollten verschiedene Nahrungsmedien auf ihr Verschleißverhalten unter-sucht werden.