DE19618183A1 - Aus Kunststoff hergestellte Vorrichtung zum Korrigieren der Zahnstellung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmalen. Solche Vorrichtungen sind aus der WO 96/09015 bekannt. Sie dienen dazu, Spanndrähte (arch wires) aufzunehmen und zu führen und durch deren mechanische Spannung ausgeübte Kräfte auf Zähne zu übertragen. Zu diesem Zweck bestehen sie aus einem Fußteil (Pad), welches eine konkave Unterseite zum Aufkleben auf die Vorderseite eines Zahnes hat und aus einem auf der Oberseite des Pads stehenden Führungsteil, welches den Spanndraht aufnimmt und führt. Damit die vom Spanndraht ausgeübten Kräfte in die Zähne eingeleitet werden können, muß die Klebeverbindung fest und dauer­ haft sein. Bei den zumeist aus Edelstahl bestehenden Korrekturvorrichtungen ist die Unterseite des Pads zu diesem Zweck mit einem Drahtgeflecht versehen, wo­ durch das Pad nicht nur eine Haftverbindung mit dem Klebstoff eingeht, sondern sich mit dem Klebstoff auch mechanisch verzahnt.

Aus der WO 96/09015 sind durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellte Vor­ richtungen zum Korrigieren der Zahnstellung bekannt, bei denen an der Untersei­ te des Pads durch das Spritzgießen hinterschnitten geformte Vorsprünge oder Vertiefungen vorgesehen sind, welche in einer mit Schiebern ausgerüsteten Spritzgießform gebildet werden können. So hergestellte Korrekturvorrichtungen können gut und dauerhaft an Zähne geklebt werden, doch benötigt man zu ihrer Herstellung diffizile Formen.

Aus der DE 44 17 643 A1 ist es bekannt, die Eignung von metallischen Brackets zum Aufkleben auf Zähne dadurch zu verbessern, daß man die Unterseite ihres Pads mit einem Laser bestrahlt, so daß das Metall lokal schmilzt und neben Ver­ tiefungen eine Vielzahl unregelmäßiger Erhebungen gebildet werden, von denen ein Teil Hinterschneidungen bildet, welche sich mit einer Klebstoffschicht verzah­ nen lassen. Diese Vorgehensweise ist jedoch nur auf metallische Korrekturvor­ richtungen anwendbar, nicht aber auf solche, die aus Kunststoff bestehen; letzte­ re würden durch die Bestrahlung mit einem Laser unbrauchbar werden.

Aus der DE 42 19 636 A1 ist es bekannt, die Eignung von Oberflächen aus PTFE zum Verkleben dadurch zu verbessern, daß man die Oberfläche einem Plasma aus hochenergetischen Ionen aussetzt. Dadurch wird die PTFE-Oberfläche che­ misch aktiviert, indem Kohlenstoff-Fluor-Ketten aufgebrochen, Fluor freigesetzt und Kohlenstoffradikale als Haftvermittler für den Klebstoff gebildet werden. Die­ se Vorgehensweise funktioniert ganz gut bei reaktiven, polymerisierenden Kleb­ stoffen, vorausgesetzt zwischen dem Aktivieren der PTFE-Oberfläche und dem Verkleben vergeht nicht so viel Zeit, daß die reaktionsfreudigen Radikale Gele­ genheit haben, sich abzusättigen, wodurch die Oberfläche wieder inaktiv wird. Damit muß-man aber bei Korrekturvorrichtungen für die Zahnstellung rechnen, denn bei diesen ist es nicht ungewöhnlich, daß sie viele Monate an Luft gelagert werden, bevor sie verarbeitet werden.

Um den geschilderten Schwierigkeiten zu entgehen, könnte man daran denken, Korrekturvorrichtungen für die Zahnstellung aus Kunststoffen zu formen, welche sich von Hause aus gut aufkleben lassen. Bei den Randbedingungen, die ein Kunststoff erfüllen muß, um für Vorrichtungen zur Korrektur der Zahnstellung im Mund eingesetzt werden zu können, scheint das gegenwärtig nicht möglich zu sein. Der Kunststoff muß nämlich folgende Eigenschaften in Kombination aufweisen:

• - Er muß spritzgießfähig sein.
• - Er muß angesichts der auftretenden Korrekturkräfte formstabil sein.
• - Er muß zäh sein.
• - Er muß biologisch verträglich (biokompatibel) sein.
• - Er muß nicht nur den im Mund auftretenden mechanischen Belastungen, sondern auch den thermischen Belastungen (Eis und heiße Getränke im Wechsel) und insbesondere den chemischen Angriffen (Säuren) und den bakteriellen Angriffen widerstehen.
• - Er soll aus ästhetischen Gründen möglichst die natürliche Zahnfarbe haben.
• - Er soll sich im Mund nicht verfärben.

Die Summe dieser Anforderungen kann nur von wenigen ausgewählten, che­ misch außerordentlich beständigen Kunststoffen erfüllt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die Eignung solcher beständiger Kunststoffe zum Verkleben mittels im Mund einsetzbarer Klebstoffe auf wirtschaftliche Weise verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Vorrichtungen mit den im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch 10 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der ab­ hängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß werden an der Unterseite des Fußteils der Vorrichtung in dem Kunststoff, aus welchem sie hergestellt ist, Haltestrukturen gebildet, welche re­ gellose, sich dreidimensional erstreckende Verästelungen aufweisen, welche teil­ weise eine schuppige Gestalt haben können. Diese regellosen Haltestrukturen, welche vorzugsweise eine Tiefe von wenigstens 0,5 µm, besser eine Tiefe von 1 µm bis 3 µm haben, eignen sich für eine dauerhafte mechanischen Verzahnung mit dem Klebstoff, mit welchem sie eine innige Verbindung eingehen. Die Struktu­ relemente, welche die Verästelungen bilden, sollten weit überwiegend eine linea­ re Ausdehnung von weniger als 10 µm, vorzugsweise von weniger als 5 µm ha­ ben. Durch die Feinheit der Strukturen ist gewährleistet, daß die konkave Kontur der Unterseite des Fußteils trotz der Regellosigkeit der Haltestrukturen für eine vollflächige Verklebung mit der Zahnoberfläche einerseits hinreichend glatt ist; die für das Verkleben verantwortlichen Haltestrukturen sind Mikrostrukturen, wel­ che andererseits hinreichend groß sind, um eine Verzahnung mit dem Klebstoff zu ermöglichen.

Vorzugsweise geht man beim Ankleben einer solchen Korrekturvorrichtung an ei­ nen Zahn so vor, daß man auf die Unterseite des Fußteils der Vorrichtung zu­ nächst einen dünnflüssigen Kleber aufträgt, welcher leicht in die regellose Mi­ krostruktur eindringt, und danach einen pastösen Kleber aufträgt, welcher mit dem dünnflüssig aufgetragenen Kleber reagiert und sich fest mit diesem und der Zahnoberfläche verbindet.

Die erfindungsgemäßen Haltestrukturen lassen sich durch Bestrahlung der Unter­ seite des Fußteils der Vorrichtung mit Ionen, insbesondere Edelgasionen, bilden. Durch die Bestrahlung mit den Ionen wird die ursprünglich glatte, durch Spritzgie­ ßen gebildete Kunststoffoberfläche aufgebrochen und es entstehen bis in eine gewisse Tiefe, welche von der Energie der Ionen und der Bestrahlungsdauer ab­ hängt, regellose verästelte Haltestrukturen. Dabei ist darauf zu achten, daß die Energie der Ionen und die Bestrahlungsdauer so niedrig gehalten werden, daß der Kunststoff seine Erweichungstemperatur nicht erreicht. Kommt es zu einem Erweichen oder gar zu einem Schmelzen der Kunststoffoberfläche, dann erhält man anstelle von filigranen, verästelten Haltestrukturen eine gröbere Oberflä­ chenstruktur, welche infolge der Erweichung des Kunststoffs eine glattere, ver­ rundete Mikrostruktur hat, welche für eine Verzahnung mit dem Klebstoff weniger geeignet ist.

Um eine ausreichende Tiefe der Haltestruktur zu erhalten, zugleich aber sicher­ zustellen, daß die Erweichungstemperatur des Kunststoffs bei der Ionenbestrahlung nicht erreicht wird, wird die Bestrahlung vorzugsweise durch Abkühlpausen unterbrochen.

Die Energie der Ionen, welche auf die zu verklebende Oberfläche geschossen werden, beträgt vorzugsweise zwischen 10 keV und 50 keV, vorzugsweise zwi­ schen 20 keV und 40 keV.

Erste Erprobungen haben gezeigt, daß sich durch Anwendung der Erfindung Brackets aus Kunststoffen, die chemisch so außerordentlich beständig sind wie Azetalharze, insbesondere Polyoxymethylenhomopolymere (POM), sowie die Gruppe der Polyaryletherketone (PAEK) mit hinreichender Festigkeit auf Zähne kleben lassen.

Polyaryletherketone sind teilkristalline thermoplastische Polykondensationspro­ dukte vom Polymertyp Poly-(etherketonetherketonketon) mit folgender Struktur:

Die Polyaryletherketone (PAEK) haben für Zwecke der Erfindung sehr günstige Eigenschaften. Bereits unverstärktes PAEK besitzt eine ausgewogene Kombinati­ on von hoher Steifigkeit und Festigkeit bei guter Zähigkeit, hoher Wärmeformbeständigkeit und gutem Gleitreibverhalten. An Festigkeit und Steifig­ keit übertrifft PAEK die meisten technischen Kunststoffe. Noch höhere Festigkei­ ten und Steifigkeiten lassen sich erzielen, wenn man PAEK verstärkt, insbeson­ dere mit Glas- oder Kohlefasern. Darüberhinaus zeigt PAEK eine hervorragende Beständigkeit gegen Chemikalien; diese Beständigkeit hat allerdings auch einen Nachteil, denn er hat zur Folge, daß die ungiftigen und biologisch verträglichen Klebstoffe, die im Mund Verwendung finden können, nicht in der Lage sind, PAEK anzulösen. Entsprechendes gilt für POM, welches im Vergleich zu PAEK den Vor­ teil hat, sich im Farbton besonders gut an die Zahnfarbe anpassen zu lassen.

Fig. 1 zeigt ein Bracket in einer Schrägansicht auf die Unterseite seines Fußteils,

Fig. 2 zeigt eine Aufnahme der unbehandelten Unterseite in 550-facher Vergrößerung,

Fig. 3 zeigt eine Aufnahme der unbehandelten Unterseite bei 6000-facher Vergrößerung,

Fig. 4 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäß behandelten Unterseite in 550-facher Vergrößerung,

Fig. 5 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäß behandelten Unterseite in 6000-facher Vergrößerung,

Fig. 6 zeigt eine Aufnahme der durch Ionenbestrahlung behandelten, da­ bei aber überhitzten Unterseite in 550-facher Vergrößerung, und

Fig. 7 zeigt eine Aufnahme der durch Ionenbestrahlung behandelten, aber überhitzten Unterseite bei 6000-facher Vergrößerung.

In den Fig. 2, 4 und 6 zeigt der weiße Balken jeweils eine Länge von 10 µm an, in den Fig. 3, 5 und 7 zeigt der weiße Balken eine Länge von 1 µm an.

Fig. 1 zeigt ein typisches Bracket mit einem Fußteil (Pad) 1 mit konkaver Unter­ seite 2. Auf dem Fußteil 1 steht ein Führungsteil 3, welches auf seiner der Unter­ seite 2 abgewandten Seite einen Schlitz 4 zur Aufnahme eines Drahtbogens hat.

Solche Brackets wurden aus einem mit Pigmenten gefüllten Polyoxymethylenhomopolymer (POM) geformt. Über die Auswahl der Pigmente erfolgt die Farbge­ bung zur Anpassung an die Zahnfarbe. Der Schmelzbereich des verwendeten POM liegt zwischen 172°C und 184°C. Die Unterseite 2 solcher Brackets wurde mit einem Argonplasma behandelt. Dazu wurden die Brackets in einer Plasma­ kammer angeordnet, eine Argonatmosphäre eingestellt und das Gas durch Ein­ strahlen von hochfrequentem Strom soweit angeregt, daß es in einen Plasmazu­ stand übergeht, in welchem Ionen, Elektronen und Neutralteilchen vorliegen. Die Ionen wurden abgezogen und in einem Hochspannungsbeschleuniger mit einer Hochspannung von ungefähr 20 kV beschleunigt und auf die Unterseite 2 der Pads geschossen. Die Bestrahlungsdauer betrug insgesamt 10 min und erfolgte in zehn Teilabschnitten von 1 min jeweils unterbrochen durch 1 min dauernde Ab­ kühlpausen. Das Ergebnis der Behandlung ist in den Fig. 4 und 5 zu sehen: Man sieht eine verästelte, teilweise schuppige Haltestruktur mit einer Tiefe von 1 bis 2 µm und einer Längenausdehnung der Strukturelemente (Stäbchen und Schuppen) von überwiegend nicht mehr als 3 µm. Diese Struktur erlaubt im Ge­ gensatz zu der in den Fig. 2 und 3 dargestellten unbehandelten, sehr glatten Oberfläche der Unterseite 2 eine gute Verzahnung mit einem Klebstoff.

Auf die Unterseite von so behandelten Brackets wurde zunächst ein flüssiger Klebstoff aufgetragen, welcher in 100 g 7,9 g Bisphenol-α-Glyzidylmethacrylat und 71,5 g Triethylenglykoldimetacrylat enthielt. Anschließend wurde eine Klebe­ paste aufgetragen, welche in 100 g 9,3 g Bisphenol-α-Glyzidylmethacrylat und 13,2 g Triethylenglykoldimetacrylat, zum Rest Füllstoffe enthielt. Mit diesem Kle­ ber beschichtete Brackets wurden auf Zähne geklebt und es wurde geprüft, wel­ ches Drehmoment (Torque) mit den aufgeklebten Brackets auf die Zähne übertragen werden konnte. Dabei wurden Drehmomente von 3800 Nmm gemes­ sen, was ebenso gut ist wie der Torque, welcher sich mit angeklebten Edelstahl­ brackets erreichen läßt. Für Zahnkorrekturen wendet man Torques von nicht mehr als 1500 bis 1800 Nmm an.

Zum Vergleich wurden Brackets mit derselben Gesamtbestrahlungsdauer be­ strahlt, im Unterschied zu den Fig. 4 und 5 aber nicht mit Abkühlpausen, son­ dern durchgehend in einem einzigen Schritt. Das Ergebnis ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Man sieht, daß die Oberflächenstruktur völlig verschieden ist von der in den Fig. 4 und 5. Der Kunststoff wurde durch die Bestrahlung zu heiß und damit zu weich, so daß sich die typische verästelte Struktur wie in Fig. 5 nicht ausbilden konnte, sondern eine gröbere, durch das Erreichen des Schmelzbereiches verrundete, glattere Struktur, welche für ein Verkleben weni­ ger gut geeignet ist.

Die in Fig. 5 wiedergegebenen Haltestrukturen sind langzeitstabil. Ein Ausla­ gern von so behandelten Brackets in Luft unter Normalbedingungen für die Dauer von zwei Monaten zeigte keinerlei Verschlechterung der Eignung zum Kleben.

Claims (18)

1. Aus Kunststoff hergestellte Vorrichtung zum Korrigieren der Zahnstellung, insbesondere Bracket oder Bukkalröhrchen, mit einem Fußteil (Pad 1), wel­ ches eine konkave Unterseite (2) zum Ankleben an einen Zahn und eine Oberseite hat, auf welcher ein Führungsteil (3) für einen Drahtbogen steht, wobei an der Unterseite (2) dreidimensionale Haltestrukturen für einen Kleb­ stoff ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestrukturen re­ gellose, sich dreidimensional erstreckende Verästelungen aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verästelun­ gen teilweise eine schuppige Gestalt haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ dehnung von 90% der Strukturelemente der Haltestrukturen zu kleiner als 10 µm ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdeh­ nung von 90% der Strukturelemente der Haltestrukturen kleiner als 5 µm ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Haltestrukturen eine Tiefe von wenigstens 0,5 µm haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestruk­ turen eine Tiefe von 1 µm bis 3 µm haben.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haltestrukturen durch Bestrahlung mit Ionen , insbesonde­ re Edelgasionen, gebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Haltestrukturen der in Fig. 5 wiedergegebenen Art.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie aus einem Polyaryletherketon, aus einem Azetalharz, ins­ besondere aus einem Polyoximethylenhomopolymer, oder aus einem Kunst­ stoff besteht, der in seiner mechanischen Festigkeit und chemischen Bestän­ digkeit diesen ähnlich ist.

10. Verfahren zum Ausbilden von dreidimensionalen Haltestrukturen an der Un­ terseite von Fußteilen von Vorrichtungen zur Korrektur der Zahnstellung, ins­ besondere von Brackets und Bukkalröhrchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Fußteile mit Ionen bestrahlt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußteile bei der Bestrahlung unterhalb ihrer Erweichungstemperatur gehalten werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ strahlung durchgeführt wird, bis die Tiefe der Haltestruktur wenigstens 0,5 µm beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung durchgeführt wird, bis die Tiefe der Haltestruktur wenigstens 1 µm beträgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung durch Abkühlpausen unterbrochen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Fußteils mit Edelgasionen, insbesondere mit Argonio­ nen bestrahlt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen durch Hochfrequenzanregung eines Gases gebildet und durch eine Spannung von 10 kV bis 50 kV beschleunigt werden, ehe sie auf die Un­ terseite des Fußteils treffen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen durch eine Spannung von 20 kV bis 40 kV beschleunigt werden.

18. Verfahren zum Ankleben einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Unterseite des Fußteils (1) zu­ nächst ein dünnflüssiger Kleber und danach ein pastöser Kleber aufgetragen wird.