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Alle
in der vorliegenden Anmeldung zitierten Dokumente sind durch Verweis
in die vorliegende Offenbarung einbezogen (= incorporated by reference).
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung eines Dentaladhäsivs, das
im Rahmen der restaurativen Zahnmedizin zur dauerhaften Befestigung
eines Dentalmaterials auf Kompositbasis an Zahndentin und -Schmelz
dient. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Dentaladhäsiv, das
sich durch seine Röntgenopazität auszeichnet.
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Ränder von
Zahnfüllungen
können,
besonders im Seitenzahnbereich, klinisch meist nur schwer visuell kontrolliert
werden, so dass die radiologische Kontrolle ein wesentliches Hilfsmittel
bei der Diagnose und Differenzialdiagnose von Randspalten, Über- bzw.
Unterschüssen
und Sekundärkaries
im Füllungsrandbereich darstellt.
Für diesen
Zweck müssen
dentale Füllungsmaterialien
und Zemente auf Kompositbasis so modifiziert werden, dass sie im
Röntgenbild
einen deutlichen Kontrast ergeben. Idealerweise sollten röntgenopaque
Dentalzusammensetzungen einen Röntgenkontrast
aufweisen, der grösser
ist als der von Humandentin. Nach ISO 4049 wird die Röntgensichtbarkeit
von Dentalmaterialien in Aluminiumäquivalent angegeben. Humandentin hat
eine Röntgensichtbarkeit
von ungefähr
1,5 Aluminiumäquivalenten.
Dies bedeutet, röntgenopaque
Dentalzusammensetzungen sollten eine Röntgensichtbarkeit von mehr
als 1,5 Aluminiumäquivalent
aufweisen.
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Röntgenstrahlen
werden von Elementen höherer
Ordnungszahl stark absorbiert, so dass zur Realisierung eines Röntgenkontrasts
in Dentalkompositen Elemente mit hohen Atommassen eingesetzt werden.
Dies kann prinzipiell über
entsprechend modifizierte organische Verbindungen oder über den
Zusatz entsprechender anorganischer Füllstoffe erfolgen.
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So
werden z.B. in
DE 4419386 polymerisierbare,
röntgenopaque
Ester oder Amide iodsubstituierter Benzoesäure beschrieben. Als röntgenopaque
anorganische Füllstoffe
kommen häufig
Barium- oder Strontiumsilikatgläser
zum Einsatz.
US 4,220,582 wie
auch
US 4,252,526 beschreiben
Kompositfüllungsmaterialien in
denen Barium- bzw. Barium-Aluminium-Silikatgläser als Röntgenkontrastmittel Verwendung
finden.
EP 0241277 beschreibt
einen Polycarboxylatzement, der ein röntgenopaques Strontiumglas
enthält;
in der
US 4,500,657 werden
hitzebehandeltes Barium- oder Strontiumglas zur Erzielung eines
Röntgenkontrasts
eingesetzt.
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Neben
Barium und Strontium finden auch andere Schwermetallverbindungen
Anwendung. In
DE 35 02 594 wird
ein röntgenopakes
Dentalkomposit beschrieben, das als Füllstoffe mindestens ein Fluorid
der Seltenerdmetalle, vorzugsweise Ytterbiumtrifluorid enthält. Aus
DE 24 58 380 sind Zahnfüllmaterialien
bekannt, die u. a. Oxide und/oder Carbonate des Lanthans enthalten.
In
DE 29 35 810 werden
Oxide der Seltenenerden (Element 57 bis 71) als Röntgenkontrastmittel
verwendet, aus
EP 0894488 sind
ferner röntgenopake
Dentalmassen bekannt, die als Röntgenkontrastmittel
Mischkristalle enthalten, in denen die beiden Metallatome des Mischkristalls
unter den Seltenerdmetallen Yttrium, Scandium, Zirkonium oder Strontium
ausgewählt
werden und die Gegenionen Chalkogenide und/oder Halogenide sind.
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Bei
zahnfarbenen Füllungsmaterialien
ist nicht nur die Röntgenopazität ein entscheidendes
Anforderungsmerkmal an entsprechende Füllstoffe, sondern auch deren
Farbe und Auswirkung auf die Transparenz der Kompositfüllung. Diesbezüglich scheiden
einige der oben genannten Schwermetallverbindungen wegen ihrer z.B.
grünlichen
Eigenfarbe aus oder bewirken wegen ihrer hohen Teilchengrösse und
ihrem von der Polymermatrix stark abweichenden Brechungsindex eine
unnatürlich
aussehende hohe Opazität
des Füllungsmaterials.
Die Teilchengrösse
der Füllstoffe
bestimmt zudem die Oberflächenrauhigkeit
der entsprechenden Füllung.
Aus diesem Grund werden vermehrt auch nanopartikuläre Röntgenkontrastmittel
eingesetzt. In
WO 2005/011621 werden
oberflächenmodifizierte
Nanopartikel mit einer Teilchengrösse von weniger als 25 nm beansprucht,
ausgesucht aus den Salzen des Barium, Strontium, Seltenenerdmetallen,
Scandiums oder Yttriums oder der Wolframate.
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Zur
hydrolysestabilen, chemischen Einbindung der Füllstoffe in die Polymermatrix
wird eine Oberflächenmodifizierung
mit einem Agens durchgeführt,
das zum einen über
beispielsweise die SiOH-Gruppen der Füllstoffoberfläche reagieren
kann und zum anderen eine polymerisierbare Gruppe aufweist und damit
in die Polymermatrix eingebaut werden kann. Nicht silikatische Füllstoffe
wie z.B. Fluoride der Seltenerdmetalle, des Scandiums oder Yttriums,
Bariumsulfat und Strontiumsulfat werden wie in
WO 2005/011621 beschrieben mit einer
organischen Verbindung modifiziert, die mit einer N-, P-, S- und/oder
O-haltigen funktionellen Gruppe an die Partikeloberfläche bindet.
Zu diesen organischen Verbindungen zählen u.a. Phosphinsäureester,
Phosphonsäurediester,
Phosphorsäuretriester,
Trialkylphosphine, Trialkylphosphinoxide, Mono- und Dialkylamine, Carbonsäuren und
Carbonsäureester.
US 6,417,244 beschreibt
röntgenopaque
Metalloxid- und Metalloxid-Silika-Nanopartikel, deren Oberfläche mit
einer polymerisierbaren, biokompatiblen, heterocyclischen Base modifiziert
werden.
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In
einigen Fällen
scheitert der Einsatz von Schwermetallverbindungen auch aus toxikologischen
Gründen.
So wird z.B. das in
GB 2064550 beschriebene
Röntgenkontrastmittel
Thoriumoxid wegen seiner Radioaktivität nicht in Dentalmaterialien
eingesetzt.
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Zur
langfristigen, randspaltfreien Befestigung des Dentalkomposits an
der Zahnhartsubstanz (Schmelz bzw. Dentin) ist in der Regel der
Einsatz eines Adhäsivs
notwendig. Schmelz/Dentinadhäsive
sind vorwiegend ungefüllt,
bestehend aus einer meist hydrophilen Monomermischung, einem oder
mehreren aciden Monomeren wie z.B. 4-Methacryloyloxyethyltrimellithsäure (4-MET)
oder 10-Methacryloyloxydecyldihydrogenphosphat
(MDP), gegebenenfalls einem Lösungsmittel,
Initiatoren und Stabilisatoren. So beschreibt z.B.
EP 1346717 ein Einkomponentenadhäsiv bestehend
aus einem radikalisch polymerisierbaren Monomer, das eine acide
Gruppe enthält,
einem radikalisch polymerisierbaren Comonomeren, einem Photoinitiatior
und einem Lösungsmittel.
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Ein
grosses Problem bei der Anwendung von Adhäsiven im Seitenzahnbereich
ist, dass besonders bei dickeren Adhäsivschichten im Röntgenbild
ein Halo erkennbar ist. Der Zahnarzt kann dann nicht zuverlässig unterscheiden,
ob ein Randspalt vorhanden ist oder ob es sich um die Adhäsivschicht
handelt. In der Literatur (Hardison JD, Rafferty-Parker
D, Mitchell RJ, Bean LR. J Am Dent Assoc. 1989; 118: 595-597)
wird zur Vermeidung des Halos eine peinlich genaue Vorgehensweise
bei der Adhäsivapplikation
zur Schichtstärkenreduktion
und Vermeidung von Überschüssen empfohlen,
was sich in der Allgemeinpraxis nicht realisieren lässt. Es besteht
somit häufig
die Gefahr einer Fehldiagnose mit der Folge, dass eine intakte Füllung entfernt
und erneuert wird. In mehreren Studien (siehe z.B. Millar
BJ, Robinson PB, Davies BR; Br Dent J 1992; 173: 210-212) konnte
gezeigt werden, dass mit der Erneuerung einer Füllung meist eine Vergrösserung
der Füllung
einhergeht bzw. bei Verlust von dünnen Kavitätenwänden aus einer Füllung eine
Teilkrone bzw. Krone wird. Dies bedeutet, dass sich, neben dem finanziellen
Schaden, auch der Gesundheitszustand des entsprechenden Zahnes verschlechtert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Dentaladhäsive bereitzustellen, die im
Röntgenbild
einen ausreichenden Kontrast ergeben, eine anwendungsrelevante dünne Konsistenz
und ein transluzentes Erscheinungsbild aufweisen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäss
durch polymerisierbare Dentaladhäsive
gelöst,
die folgende Zusammensetzung aufweisen:
- a)
5 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 80 Gew.-% mindestens
eines mono- oder multifunktionellen (Meth)acryl- oder (Meth)acrylamidmonomers;
- b) 0 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 35 Gew.-% mindestens
eines aciden Monomers;
- c) 5 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-% mindestens
eines nanopartikulären
Mischoxids auf der Basis von Siliciumdioxid und einem Oxid der Elemente
Y, La, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu;
- d) 0 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 45 Gew.-% eines
Lösungsmittels
oder einer Lösungsmittelmischung;
- e) 0,01 bis 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 4,0 Gew.-%
eines Polymerisationsinitiatorsystems;
- g) 0,01 bis 25,0 Gew.-% weitere Additive,
wobei sich
die Prozentangaben auf 100% addieren.
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Das
Auftreten eines Halos im Röntgenbild
bei der adhäsiven
Restaurationstechnik unter Verwendung von röntgenopaquen Kompositen wird
erfindungsgemäß dadurch
vermieden, dass das erfindungsgemässe Adhäsiv ebenfalls eine Röntgenopazität aufweist.
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Die
Hauptaufgabe eines Schmelz/Dentinadhäsivs besteht darin, einen dauerhaften
Verbund zwischen der Zahnhartsubstanz und dem Komposit zu gewährleisten.
Dazu muss das Adhäsiv
die Zahnhartsubstanz gut benetzen. Dies bedeutet, dass das Adhäsiv eine
relativ dünnflüssige Konsistenz
und eine gewisse Hydrophilie aufweisen muss. Kompositfüllungen
sind zahnfarben mit einem hohen ästhetischen
Erscheinungsbild. Die Zahnhartsubstanz weist eine gewisse Transluzenz
auf, an die entsprechende ästhetische
Restaurationsmaterialien angepasst werden müssen.
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Bezüglich der
Röntgenopazität eines
Adhäsivs,
das im Röntgenbild
gut sichtbar sein soll, gilt die gleiche Anforderung wie an ein
Kompositfüllungsmaterial,
d.h. es sollte eine Röntgensichtbarkeit
von mehr als 1,5 Aluminiumäquivalenten
aufweisen. Diese Anforderungen lassen sich erfindungsgemäss dadurch
erfüllen, dass
das Adhäsiv
ein nanopartikuläres
Mischoxid auf der Basis von Siliziumdioxid und einem Oxid der Elemente
Y, La, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu enthält, wobei
der Gewichtsanteil von Y, La, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy,
Ho, Er, Tm, Yb, Lu höher
ist als der des Siliziums.
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Für einen
dauerhaften Verbund zwischen Komposit, Adhäsiv und Zahnhartsubstanz ist
eine hydrolysestabile Oberflächenkonditionierung
der Nanopartikel notwendig, die einen kovalenten Verbund zwischen Füllstoffpartikel
und Monomermatrix ermöglicht.
In
WO 2005/011621 und
WO 98/13008 sind Oberflächenkonditionierungen
von nicht silikatischen Oberflächen
beschrieben. Erfindungsgemäß bevorzugt
ist jedoch der Einsatz von nanopartikulären Mischoxiden, die einen
gewissen Anteil an SiO
2 aufweisen, an den
ein Silan, das eine polymerisierbare Gruppe enthält, kovalent angebunden werden
kann. Der Hauptanteil des nanopartikulären Mischoxides besteht aus
einem Röntgenstrahlen
absorbierenden Oxid der Elemente aus der Gruppe Y, La, Ta, Ce, Pr,
Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.
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Das
erfindungsgemäße Dentaladhäsiv kann
als radikalisch polymerisierbare Monomere, mono- oder multifunktionelle
(Meth)acryl- oder (Meth)acrylamidmonomere ((Meth)acrylverbindungen)
enthalten. Unter monofunktionellen (Meth)acrylverbindungen werden
Verbindungen mit einer, unter multifunktionellen (Meth)acrylverbindungen
Verbindungen mit zwei oder mehr, vorzugsweise 2 bis 3 polymerisationsfähigen Gruppen
verstanden. Mehrfach funktionelle Monomere haben vernetzende Eigenschaften.
Ist das verwendete Lösungsmittel
wasserhaltig, so werden bevorzugt hydrolysestabile mono- oder multifunktionelle
Monomere eingesetzt, besonders bevorzugt Monomere die als polymerisationsfähige Gruppe
eine (Meth)acrylamidfunktion aufweisen.
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Bevorzugte
monofunktionelle (Meth)acrylate sind kommerziell verfügbare monofunktionelle
Monomere, wie Methyl-, Ethyl-, Butyl-, Benzyl-, Furfuryl- oder Phenyl(meth)acrylat
sowie 2-Hydroxyethyl- oder -propyl(meth)acrylat.
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Der
Ausdruck (Meth)acryl soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl
Methacryl als auch Acryl bzw. Mischungen beider umfassen.
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Bevorzugte
hydrolysestabile monofunktionelle Monomere sind hydrolysestabile
Mono(meth)acrylate wie z.B. Mesitylmethacrylat oder 2-(Alkoyxymethyl)acrylsäuren, z.B.
2-(Ethoxymethyl)acrylsäure,
2-(Hydroxymethyl)acrylsäure.
Besonders bevorzugte hydrolysestabile monofunktionelle Monomere
sind N-mono- oder -disubstitiuierte Acrylamide, wie z.B. N-Ethylacrylamid,
N,N-Dimethacrylamid, N-(2-Hydroxyethyl)acrylamid oder
N-Methyl-N-(2-hydroxyethyl)acrylamid, und N-monosubstituierte Methacrylamide, wie
z.B. N-Ethylmethacrylamid oder N-(2-Hydroxyethyl)methacrylamid sowie außerdem N-Vinylpyrrolidon
und Allylether.
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Diese
Monomere sind bei Raumtemperatur flüssig und eignen sich daher
auch als Verdünner.
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Bevorzugte
mehrfach funktionelle Monomere sind Bisphenol-A-di(meth)acrylat,
Bis-GMA (ein Additionsprodukt
aus Methacrylsäure
und Bisphenol-A-diglycidylether), ethoxyliertes Bisphenol-A-di(meth)acrylat, UDMA
(ein Additionsprodukt aus 2-Hydroxyethylmethacrylat
und 2,2,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat), Di-, Tri- oder Tetraethylenglycoldi(meth)acrylat,
Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat,
sowie Butandioldi(meth)acrylat, 1,10-Decandioldi(meth)acrylat oder 1,12-Dodecandioldi(meth)acrylat.
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Besonders
bevorzugt sind hydrolysestabile Vernetzermonomere, wie z.B. vernetzende
Pyrrolidone, wie z.B. 1,6-Bis(3-vinyl-2-pyrrolidonyl)-hexan, oder
kommerziell zugängliche
Bisacrylamide wie Methylen- oder Ethylenbisacrylamid, Bis(meth)acrylamide,
wie z.B. N,N'-Diethyl-1,3-bis-(acrylamido)-propan, 1,3-Bis-(methacrylamido)-propan,
1,4-Bis-(acrylamido)-butan oder 1,4-Bis-(acryloyl)-piperazin, die
durch Umsetzung aus den entsprechenden Diaminen mit (Meth)acrylsäurechlorid
synthetisiert werden können.
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Als
mono- oder multifunktionelles Monomer können auch polymerisierbare
Verbindungen zum Einsatz kommen, die eine antimikrobielle Wirkung
aufweisen, wie z.B. 12-Methacryloyloxydodecylpyridiniumbromid (MDPB).
Besonders bevorzugt so genannte Makromere, die einen polymeren Spacer
zwischen der polymerisierbaren und der antimikrobiell wirksamen
Gruppe enthalten.
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Das
erfindungsgemäße Dentaladhäsiv enthält auch
mindestens ein radikalisch polymerisierbares, säuregruppenhaltiges acides Monomer.
Bevorzugte Säuregruppen
sind Carbonsäuregruppen,
Phosphonsäuregruppen,
Phosphorsäuregruppen
und/oder Sulfonsäuregruppen,
wobei diese Gruppen in der Säureform oder
in Form eines Esters vorliegen können.
Besonders bevorzugt sind Monomere mit Phosphat- oder Phosphonsäuregruppen.
Die Monomere können
eine oder mehrere acide Gruppen aufweisen, bevorzugt sind Verbindungen
mit 1 bis 2 aciden Gruppen. Ist das verwendete Lösungsmittel wasserhaltig, so
werden bevorzugt hydrolysestabile acide Monomere eingesetzt, besonders
bevorzugt sind Monomere, die als polymerisationsfähige Gruppe
eine (Meth)acrylamidfunktion aufweisen.
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Bevorzugte
polymerisationsfähige
Carbonsäuren
sind Maleinsäure,
Acrylsäure,
Methacrylsäure, 2-(Hydroxymethyl)acrylsäure, 4-(Meth)acryloyloxyethyltrimellitsäure bzw.
das entsprechende Anhydrid, 10-Methacryloyloxydecylmalonsäure, N-(2-Hydroxy-3-methacryloyloxypropyl)-N-phenylglycin
und 4-Vinylbenzoesäure.
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Bevorzugte
polymerisationsfähige
Sulfonsäuren
sind Vinylsulfonsäure,
4-Vinylphenylsulfonsäure oder 3-(Methacrylamido)propylsulfonsäure.
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Bevorzugte
acide polymerisationsfähige
Phosphorsäureester
sind 2-Methacryloyloxypropylmono-
und -dihydrogenphosphat, 2-Methacryloyloxyethylmono- und -dihydrogenphosphat,
2-Methacryloyloxyethyl-phenyl-hydrogenphosphat, Dipentaerythritol-pentamethacryloyloxyphosphat,
10-Methacryloyloxydecyldihydrogenphosphat, Dipentaerythritolpentamethacryloyloxyphosphat,
Phosphorsäuremono-(1-acryloyl-piperidin-4-yl)-ester,
6-(Methacrylamido)hexyldihydrogenphosphat
und 1,3-Bis-(N-acryloyl-N-propyl-amino)propan-2-yl-dihydrogenphosphat.
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Bevorzugte
Phosphonsäuremonomere
sind Vinylphosphonsäure,
4-Vinylphenylphosphonsäure, 4-Vinylbenzylphosphonsäure, 2-Methacryloyloxyethylphosphonsäure, 2-Methacrylamidoethylphosphonsäure, 4-Methacrylamido-4-methyl-pentyl-phosphonsäure, 2-[4-(Dihydroxyphosphoryl)-2-oxabutyl]-acrylsäure und 2-[2-Dihydroxyphosphoryl)-ethoxymethyl]-acrylsäure-2,4,6-trimethyl-phenylester.
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Die
erfindungsgemäss
bevorzugten nanopartikulären
Mischoxide auf der Basis von Siliciumdioxid und einem Oxid der Elemente
Y, La, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu lassen
sich sowohl nasschemisch wie auch in der Gasphase synthetisieren.
Bevorzugt erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäss bevorzugten
nanopartikulären
Mischoxide in der Gasphase durch eine so genannte Aerosol- Synthese. Besonders
bevorzugt werden die erfindungsgemäss bevorzugten nanopartikulären Mischoxide
mit der Sprühflammenpyrolyse
hergestellt.
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Das
Sprühflammenpyrolyse-Verfahren
ist ausführlich
beschrieben in: L. Mädler,
H. K. Kammler, R. Mueller, und S. E. Pratsinis, "Controlled synthesis of nanostructured
particles by flame spray pyrolysis," Journal of Aerosol Science, vol. 33,
pp. 369-389, 2002. Der Reaktor der Sprühflammenpyrolyse besteht aus
einer Mehrstoffdüse,
welche konzentrisch von einer Hilfsflamme umgeben ist, die zum Zünden des
Sprays dient und mit einem brennbaren Gasgemisch (z.B. CH4/O2, H2/O2) gespeist wird. Die Mehrstoffdüse dispergiert
mindestens eine brennbare Flüssigkeit
in fein verteilte Tröpfchen.
Die dispergierte Flüssigkeit
enthält
sowohl den Brennstoff als auch die Metalloxid-Vorläufersubstanzen
(Precursor).
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Im
Falle der röntgenopaken
Metalloxide der Elemente ausgewählt
aus der Gruppe Y, La, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er,
Tm, Yb und Lu eignen sich als Precursor entsprechende Metallsalze
z.B. Nitrate, Halogenide oder Carboxylate, wie z.B. Formiate, Acetate,
Oxalate, Triflate, 2-Ethylhexanoate sowie Naphthenate, Metallalkoxide
und Metallchelate, wie z.B. Chelate von Acetylaceton, Acetessigester,
Dimethylglyoxim, Salicylaldehyd, 8-Hydroxychinolin oder o-Phenanthrolin,
die in einem geeigneten Lösungsmittel
gelöst
werden oder durch entsprechende Umsetzungen in eine gut, homogen
lösliche
Metallverbindung überführt werden.
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Als
Precursor für
SiO2 sind vor allem Tetraalkoxysilane, wie
z.B. Tetramethoxy- oder Tetraethoxysilan bevorzugt. Als Lösungsmittel/Brennstoff
sind vor allem bevorzugt Alkohole, Ester, Ketone, Ether, organische Säuren sowie
aromatische und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe.
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Als
Füllstoff
in dem erfindungsgemässen
röntgenopaquen
Dentaladhäsiv
eignen sich bevorzugt nanopartikuläre Mischoxide auf der Basis
von Tantaloxid und Siliziumdioxid. Besonders bevorzugt sind nanopartikuläre Mischoxide
auf der Basis von Tantaloxid und Siliziumdioxid mit einem Gewichtsverhältnis von
Tantal zu Silizium von 60 : 40 bis 98 : 2.
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Die
Teilchengrössen
der bei der Sprühflammenpyrolyse
entstehenden harten Agglomerate des Füllstoffs (über kovalente Bindungen verbundene
Primärpartikel)
sind kleiner als 400 nm im Durchmesser und bevorzugt kleiner als
200 nm, um eine Sedimentation während
der Lagerung des Adhäsivs
zu vermeiden. Die Teilchengrössen
der Primärpartikel,
bestimmt mittels Stickstoffadsorption und BET- Methode, sind kleiner als 200 nm und
bevorzugt kleiner als 100 nm mit spezifischen Oberflächen von
etwa 2 bis 500 m2/g, bevorzugt von etwa
40 bis 350 m2/g.
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In
einer möglichen
erfindungsgemäßen Variante
weisen die nanopartikulären
Mischoxide bevorzugt eine mittlere Primärpartikelgröße von 3 bis 100nm, insbesondere
5 bis 40nm, bestimmt durch Messung der BET-Oberfläche auf.
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Füllstoffe
können
mit Substanzen oberflächenmodifiziert
werden, die funktionelle Gruppen enthalten (z.B. T. M. Chen
und G. M. Brauer. Solvent Effects an Bonding Organo-Silane to Silica
Surfaces. J Dent Res 1982; 61: 1439-1443), um so einen
kovalenten Verbund zwischen Füllstoff
und organischer Matrix nach der Polymerisation zu erzeugen.
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Bevorzugt
handelt es sich bei den Substanzen zur Oberflächenmodifizierung um Silane,
wobei die funktionelle Gruppe eine radikalisch polymerisierbare
Gruppe ist, besonders bevorzugt eine (Meth)acryloyl- oder eine (Meth)acrylamidfunktion.
Ist das verwendete Lösungsmittel
wasserhaltig, so werden hydrolysestabile polymerisierbare Gruppen
bevorzugt, besonders bevorzugt (Meth)acrylamidgruppen.
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In
dem erfindungsgemäßen Dentaladhäsiv werden
als Lösungsmittel
vorzugsweise Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, Ethylacetat,
Aceton und Mischungen daraus eingesetzt.
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Zur
Initiierung der radikalischen Photopolymerisation werden vorzugsweise
Acylphosphinoxide, Bisacylphosphinoxide, Benzophenon, Benzoin sowie
deren Derivate oder alpha-Diketone oder deren Derivate wie 9,10-Phenanthrenchinon,
1-Phenyl-propan-1,2-dion,
Diacetyl oder 4,4-Dichlorbenzil eingesetzt. Bevorzugt werden Campherchinon
und 2,2-Methoxy-2-phenyl-acetophenon verwendet. Besonders bevorzugt
sind dabei alpha-Diketone in Kombination mit Aminen und/oder Iodoniumsalzen
als Coinitiator, wie z.B. 4-(Dimethylamino)-benzoesäureester,
N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat,
N,N-Dimethyl-sym.-xylidin, Triethanolamin oder Diphenyliodoniumhexafluorophosphat.
Weiterhin finden auch Kombinationen aus unterschiedlichen Photoinitiatoren
Anwendung.
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Als
Initiatoren für
eine sogenannte chemische Härtung
werden Redox-Initiatorkombinationen,
wie z.B. Kombinationen von Benzoylperoxid mit N,N-Dimethylsym.-xylidin
oder N,N-Dimethyl-p-toluidin, verwendet. Darüber hinaus sind auch Redoxsysteme
bestehend aus Peroxiden und Reduktionsmittel, wie z.B. Ascorbinsäure, Barbiturate
oder Sulfinsäuren,
besonders geeignet.
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Bei
sogenannten dualhärtenden
Systemen werden Photoinitiatoren mit Initiatoren für eine so
genannte chemische Härtung
kombiniert.
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Außerdem kann
das erfindungsgemässe
Dentaladhäsiv
ein oder mehrere weitere Additive enthalten, die aus Stabilisatoren,
Aromastoffen, Farbstoffen, Pigmenten, nicht bzw. wenig röntgenopaquen
Füllstoffen, fluoridionenabgebenden
Additiven, optische Aufhellern, Weichmachern und/oder UV-Absorbern
ausgewählt sind.
Ein bevorzugter UV-Absorber ist 2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon,
bevorzugte Stabilisatoren sind 2,6-Di-tert-butyl-4-cresol und 4-Methoxyphenol.
Bevorzugte nicht bzw. wenig röntgenopaque
Füllstoffe
sind pyrogenes Siliciumdioxid (z.B. Aerosile von Degussa) und ultrafein
gemahlene Dentalgläser.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
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Beispiele:
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Beispiele für die Herstellung von Mischoxiden
auf der Basis von Siliciumdioxid und einem Oxid der Elemente Y,
La, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu:
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Beispiel 1a: Synthese eines Ta2O5/SiO2-Mischoxid
mit einem Ta2O5 Gehalt
von 35 Gew.% durch Sprühflammenpyrolyse
(Probe 1a, Vergleichsbeispiel):
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Tantalbutoxid
(Aldrich, > 98%) und
Tetraethoxysilan (TEOS, Fluka, > 98
%) wurden als Tautal- bzw. Silicium-Precurser verwendet. Die totale
Metallkonzentration im Precursor war 0.5 M. Für einen 90 ml Ansatz wurden
2.4 ml Tantalbutoxid und 8.8 ml Tetraethoxysilan unter Stickstoff-Atmosphäre in 78.8
ml Hexan gelöst. Die
Herstellung des Ta2O5/SiO2-Mischoxid wurde in einem Sprühflammenpyrolyse
(SFP)-Laborreaktor durchgeführt.
Bei der SFP wurde eine Zweistoffdüse zum Versprühen der
Flüssigkeit
verwendet, wobei die Flüssigkeitszufuhr
5 ml/min betrug. Als Zerstäubungsgas
wurde Sauerstoff (5 l/min) verwendet. Die Stützflamme wurde mit vorgemischtem
Methan/Sauerstoff (1,5 l/min/3,2 l/min) betrieben. Als Hüllluftstrom
wurden 35 l/min Sauerstoff verwendet. Das Pulver wurde mit Hilfe
einer Vakuumpumpe auf einem Microglasfaserfilter gesammelt.
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Die
so hergestellten Partikel wurden wie folgt charakterisiert: Die
spezifische Oberfläche über die Stickstoffabsorption
bei 77K nach der BET-Methode beträgt 200 m2/g.
Dies ergibt mittlere Partikeldurchmesser von 6 nm unter Annahme
sphärischer,
monodisperser Primärpartikel
mit homogener Dichte. Die Acidität
der Oberfläche,
die mittels temperaturabhängiger
Ammoniak-Desorption bestimmt wurde, war deutlich stärker als die
des reinen Silikates mit vergleichbarer spezifischer Oberfläche (R.
J. Gorte, „What
do we know about the acidity of solid acids", Catalysis Letters, vol. 62, pp. 1-13,
1999).
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Beispiel 1b: Synthese eines Ta2O5/SiO2-Mischoxid
mit einem Ta2O5 Gehalt
von 76 Gew.% durch Sprühflammenpyrolyse
(Probe 1b):
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8.7
ml Tantalbutoxid und 5.4 ml Tetraethoxysilan wurden unter Stickstoff-Atmosphäre in 75.9
ml Hexan gelöst.
Das Verfahren war dasselbe wie in Beispiel 1a. Die so hergestellten
Partikel wurden wie folgt charakterisiert: Die spezifische Oberfläche nach
der BET-Methode beträgt
103 m2/g. Die mittlere Partikelgrösse wurde
zu 10 nm bestimmt. Die Acidität
der Oberfläche
nahm verglichen mit Probe 1a zu. Die Analyse einer Suspension (0.5
Gew.-%) in einer Monomermischung (HEMA/GDMA, 1:1) der unmodifizierten
Partikel mittels dynamischer Lichtstreuung (Bowen, P „Particle
size distribution measurement from millimeters to nanometers, and
from rods to platelets" Journal
of Dispersion Science and Technology vo1.23, pp. 631-662, 2002)
ergab eine Soft-Agglomeratgrössenverteilung
von etwa 40 bis 200 nm mit der Verteilungsspitze bei 70 nm.
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Beispiel 1c: Synthese eines Ta2O5/SiO2 Mischoxid
mit einem Ta2O5 Gehalt
von 83 Gew.% durch Sprühflammenpyrolyse
(Probe 1c):
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10.7
ml Tantalbutoxid und 4.3 ml Tetraethoxysilan wurden unter Stickstoff
Atmosphäre
in 75 ml Hexan gelöst.
Das Verfahren war dasselbe wie in Beispiel 1a. Die so hergestellten
Partikel wurden wie folgt charakterisiert: Die spezifische Oberfläche nach
der BET-Methode beträgt
83 m2/g. Die mittlere Partikelgrösse wurde zu
11 nm bestimmt. Die Acidität
der Oberfläche
war vergleichbar zu der von Probe 1b.
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Beispiele 2a: Modifizierung der Mischoxid-Oberfläche von
Probe 1a durch Silanisierung mit Methacryloxypropyltrimethoxysilan
(Vergleichsbeispiel):
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Zur
Oberflächenmodifizierung
wurden 1 g der Mischoxidpartikel von Probe 1a in 200 ml Cyclohexan suspendiert.
Nach Zugabe von 452 Mikroliter (1.07 × 10-2 mol)
Propylamin wurde die Mischung 15 min bei 70°C unter Rückfluss erhitzt. Dann wurden
868 Mikroliter (3.34 × 10-3 mol) Methacryloxypropyltrimethoxysilan
zugegeben und die Mischung weitere 24 Stunden unter Rückfluss
bei 70°C
gekocht. Anschliessend wurden die Partikel bei 9000 U/min während 15
min abzentrifugiert, in 200 ml Cyclohexan redispergiert, wiederum
zentrifugiert und über
Nacht bei Raumtemperatur getrocknet. Die so oberflächenmodifizierten
Partikel wurden wie folgt charakterisiert: Die mittlere Teilchengrösse änderte sich
durch die Oberflächenmodifikation
nicht siginifikant, verglichen mit der Teilchengrösse des
unmodifizierten Pulvers, was durch TEM-Bilder qualitativ bestimmt
wurde. Die Quantifizierung der Oberflächenmodifizierung erfolgte
mittels Thermogravimetrie (TGA) und FT-IR Spektroskopie. Bei der
TGA erfolgte die Bestimmung der Oberflächenmodifizierung durch Ermittlung
des flüchtigen Anteils
der Partikel. Dieser wurde bei Probe 2a zu 15 Gew.-% bestimmt. Bei
der FT-IR Spektroskopie erfolgte die Quantifizierung durch Integration
der Spektren im Bereich der Si-O-Si-Bande bei ca. 800 cm-1 und der C=O Banden bei 1700 und 1720 cm-1. Die relative Methacrylatgruppenanzahl
(bezogen auf die Si-O-Si Bande) war etwa halb so gross wie die auf
reinem Silikat.
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Beispiele 2b: Modifizierung der Mischoxid-Oberfläche von
Probe 1b durch Silanisierung mit Methacryloxypropyltrimethoxysilan:
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Die
Oberflächenmodifizierung
wurde analog zu Beispiel 2a durchgeführt. Zur Oberflächenmodifizierung
von 1g der Mischoxidpartikel von Probe 1b wurden 204 Mikroliter
(4.81 × 10-3 mol) Propylamin und 992 Mikroliter (3.8 × 10-3 mol) Methacryloxypropyltrimethoxysilan
verwendet. Die so oberflächenmodifizierten
Partikel wurden wie folgt charakterisiert: Die mittlere Partikelgrösse wurde
durch die Oberflächenmodifikation
nicht signifikant im Vergleich zur Probe 1b verändert. Die Analyse einer Suspension
der modifizierten Partikel in einer Monomermischung (wie 1b) mittels
dynamischer Lichtstreuung ergab eine Soft-Agglomeratgrössenverteilung
von etwa 15 bis 200 nm, mit der Verteilungsspitze bei 25 nm. Die
Quantifizierung der Oberflächenmodifizierung
mittels (TGA) ergab einen flüchtigen
Anteil von 7 Gew.-%. Aus der FT-IR Spektroskopie ergab sich eine Methacrlyatgruppenanzahl
circa halb so gross wie die des reines Silikats.
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Beispiele 2c: Modifizierung der Mischoxid-Oberfläche von
Probe 1c durch Silanisierung mit Methacryloxypropyltrimethoxysilan:
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Die
Oberflächenmodifizierung
wurde analog zu Beispiel 2a durchgeführt. Zur Oberflächenmodifizierung
von 1g der Mischoxidpartikel von Probe 1c wurden 176 Mikroliter
(4.15 × 10-3 mol) Propylamin und 338 Mikroliter (1.3 × 10-3 mol) Methacryloxypropyltrimethoxysilan
verwendet.
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Beispiel 2d: Modifizierung der Mischoxid-Oberfläche von
Probe 1b durch Silanisierung mit 3-(Methacrylamido)propyltrimethoxysilan:
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Zur
Oberflächenmodifizierung
wurden 1g der Mischoxidpartikel von Probe 1a in 200 ml Cyclohexan suspendiert.
Nach Zugabe von 204 Mikroliter (4.81 × 10-3 mol)
Propylamin wurde die Mischung 15 min bei 70°C unter Rückfluss erhitzt. Dann wurden
992 Mikroliter (3.8 × 10-3 mol) 3-(Methacrylamido)propyltrimethoxysilan zugegeben
und die Mischung weitere 24 Stunden unter Rückfluss bei 70°C gekocht.
Anschliessend wurden die Partikel bei 9000 U/min während 15
min abzentrifugiert, in 200 ml Cyclohexan redispergiert, wiederum
zentrifugiert und über
Nacht bei Raumtemperatur getrocknet. Die Quantifizierung der Oberflächenmodifizierung erfolgte
mittels Thermogravimetrie (TGA) und FT-IR Spektroskopie. Bei der
TGA erfolgte die Bestimmung der Oberflächenmodifizierung durch Bestimmung
des flüchtigen
Anteils der Partikel. Dieser wurde bei Probe 2d zu 15 Gew.-% bestimmt.
Nach dem Waschen und Trocknen des Pulvers wurden bei der FT-IR Spektroskopie
die für
3-(Methacrylamido)propyltrimethoxy-silan
typischen intensiven Adsorptionsbanden bei 1660, 1620 und 1530 cm-1 detektiert.
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Beispiele für Dentalmaterialien
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Beispiel 3: Röntgenopaques Adhäsiv
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Zur
Untersuchung der Röntgenopazität und der
Hafteigenschaften auf Zahnschmelz und Dentin wurden die Mischoxidpartikel
in eine Adhäsivformulierung
mit der folgenden Zusammensetzung eingearbeitet. Es handelt sich
dabei um eine Monomerzusammensetzung, welche als dentales Adhäsiv für Schmelz
und Dentin Anwendung findet.
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Monomerzusammensetzung:
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- (i) 15.0 Gew.-% Hydroxyethylmethacrylat (HEMA)
- (ii) 10.0 Gew.-% saures Monomer 2-[4-(Dihydroxyphosphoryl)-2-oxa-butyl]acrylsäureethylester
(DHPAE)
- (iii) 33.8 Gew.-% Bisphenol A-diglycidyletherdimethacrylat (Bis-GMA)
- (iv) 20.0 Gew.-% Glycerindimethacrylat (GDMA)
- (v) 20.0 Gew.-% Ethanol
- (vi) 0.5 Gew.-% des Photoinitators Genocure TPO
- (vii) 0.5 Gew.-% des Photoinitiators Genocure EPD
- (viii) 0.2 Gew.-% des Initiators Campherchinon.
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In
die Monomermischung wurden jeweils 20 Gew.-% des jeweiligen Mischoxids
(Proben la, 1b, 1c, 2a, 2b bzw. 2c) eingearbeitet und die Haftwerte
im Vergleich zur ungefüllten
Monomermischung sowie die Röntgenopazität bestimmt.
Die Zusammensetzung der untersuchten Mischungen sowie die Messergebnisse
sind in Tabelle 1 zusammen gefasst.
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Durchführung
der Haftwertuntersuchungen (Scherhaftfestigkeit)
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Für die Dentin
bzw. Schmelz-Haftmessungen werden in Harz (Bühler Castolite-Resin) gegossene
Rinderzähne
verwendet. Zuerst wird der eingegossene Rinderzahn approximal mit
P 500er Schleifpapier bis zum Dentin bzw. Schmelz abgeschliffen.
Nach kurzem Feinschliff mit P 1000er Schleifpapier und gründlichem
Abwaschen unter fliessendem Wasser, wird der Zahn für die Prüfkörperherstellung
präpariert.
Dabei wird wie folgt vorgegangen:
Auf die Dentin- bzw. Schmelzoberfläche wird
Phosphorsäure-Ätzgel (Emailpräparator
GS, Ivoclar Vivadent AG) aufgetragen und nach einer Einwirkzeit
von 30 Sekunden mit Wasser abgewaschen. Die so konditionierte Oberfläche wird
mit einem Papiertuch leicht trocken getupft und anschliessend die
jeweilige Adhäsivformulierung
aufgetragen und nach einer Einwirkzeit von 10 Sekunden mit einer
Polymerisationslampe (Astralis® 7) für 20 Sekunden polymerisiert.
Der so präparierte
Zahn wird in eine Scherhaftform gespannt und ein Dentalkomposit
(Tetric EvoCeram®, Ivoclar Vivadent AG)
wird mittels einer runden Delrinform von 4mm Durchmesser in zwei
Schichten (insgesamt max. 3 mm) aufgetragen und jeweils 40 Sekunden
lang mit Astralis® 7 (> 500mW/cm2) belichtet.
Der so hergestellte Prüfkörper wird
entformt und sofort in Wasser gelegt. Nach Lagerung aller Prüfkörper bei
37°C und
24h wird die Scherhaftfestigkeit mittels einer Universalprüfmaschine
(Zwick Z010) und einer Prüfkörpervorrichtung
(Guillotine) bei einer Geschwindigkeit von 0.8 mm/Min. ermittelt.
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Die
Bestimmung der Röntgenopazität erfolgt
wie in ISO 4049:2000, Punkt 7.14 beschrieben.
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Haftwerte
und Röntgenopazität bei Verwendung
von 20 Gew.-% Mischoxid gemäss
den Beispielen 1a-c und 2a-c in der unter Beispiel 3 beschriebenen
Monomermischung im Vergleich zur Monomermischung ohne Zusatz von
Mischoxidpartikeln (Vergleichsprobe). Tabelle 1: Zusammensetzung, Haftwerte
und Röntgenopazität der Beispielformulierungen
Beispiel | Mischoxid | Röntgenopazität (% Al) | Schmelzhaftung (MPa) | Dentinhaftung (MPa) |
3a
(Vergleich) | - | < 50* | 23.2 ± 4.2 | 24.5 ± 2.0 |
3b
(Vergleich) | 1a | 72 | 20.3 ± 4.0 | 22.8 ± 1.6 |
3c | 1b | 157 | 19.8 ± 4.3 | 22.4 ± 6.8 |
3d | 1c | 181 | 18.0 ± 4.8 | 24.3 ± 2.7 |
3e
(Vergleich) | 2a | 60 | 20.4 ± 3.3 | 23.6 ± 2.6 |
3f | 2b | 151 | 18.5 ± 3.6 | 17.1 ± 3.3 |
3g | 2c | 172 | 24.1 ± 2.3 | 24.7 ± 2.6 |
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- * Röntgenopazitäten unter
50 % Al (= 0,5 Aluminiumäquivalent)
sind nach ISO 4049 nicht bestimmbar
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Wie
aus der Tabelle zu entnehmen ist, wirkt sich der Zusatz von 20 Gew.-%
der nanopartikulären Mischoxide
gemäss
den Beispielen 1a-c und 2a-c nicht negativ auf die Dentin- bzw.
Schmelzhafteigenschaften eines entsprechenden Adhäsivs aus.
Gleichzeitig ist es möglich,
durch den Einsatz der Mischoxidpartikel eine Röntgenopazität der Adhäsivformulierung von über 150
% Al zu erzielen, wie es für
die klinische Anwendung gefordert wird.