DE29608108U1 - Aus Kunststoff hergestellte Vorrichtung zum Korrigieren der Zahnstellung - Google Patents

Description

po/tä' Patentanwälte

Dipl. Phys. Ulrich Twelmeier Dr. techn. Waldemar Leitner Dr. phil. not. Rudolf Bauer-1990 Dipl. Ing. Heimut Hubbuch -1991 European Patent Attorneys

F0E1 E006DEU/Be96S34/TW/Be/06.05.1996

Bernhard Förster GmbH., Westliche Karl-Friedrich-Str. 151
D-75172 Pforzheim

Aus Kunststoff hergestellte Vorrichtung zum Korrigieren der Zahnstellung

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs
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 dauerhaft sein. Bei den zumeist aus Edelstahl bestehenden Korrekturvorrichtungen ist die Unterseite des Pads zu diesem Zweck mit einem Drahtgeflecht versehen, wodurch das Pad nicht nur eine Haftverbindung mit dem Klebstoff eingeht, sondern sich mit dem Klebstoff auch mechanisch verzahnt.

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VAT Registration No. DE 144180005

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Aus der WO 96/09015 sind durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellte Vorrichtungen zum Korrigieren der Zahnstellung bekannt, bei denen an der Unterseite 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 Vertiefungen eine Vielzahl unregelmäßiger Erhebungen gebildet werden, von denen ein Teii Hinterschneidungen bildet, welche sich mit einer Klebstoffschicht verzahnen lassen. Diese Vorgehensweise ist jedoch nur auf metallische Korrekturvorrichtungen anwendbar, nicht aber auf solche, die aus Kunststoff bestehen; letztere 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 chemisch aktiviert, indem Kohlenstoff-Fiuor-Ketten aufgebrochen, Fluor freigesetzt und Kohlenstoffradikale als Haftvermittler für den Klebstoff gebildet werden. Diese Vorgehensweise funktioniert ganz gut bei reaktiven, polymerisierenden Klebstoffen, vorausgesetzt, zwischen dem Aktivieren der PTFE-Oberfläche und dem Verkleben vergeht nicht so viel Zeit, daß die reaktionsfreudigen Radikale Gelegenheit haben, sich abzusättigen, wodurch die Oberfläche wieder inaktiv wird.

Damit muß man aber bei Korrekturvorrichtungen für die Zahnsteilung 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, weiche 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 formstabii sein. ♦ Er muß zäh sein.

♦ Er muß biologisch verträglich (biokompatibei) 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 wiederstehen.

♦ 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, chemisch 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 angegebenen Merkmalen. Vorteiihafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

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Erfindungsgemäß werden an der Unterseite des Fußteils der Vorrichtung in dem Kunststoff, aus welchem sie hergestellt ist, Haitestrukturen gebildet, welche regellose, sich dreidimensional erstreckende Verästelungen aufweisen, welche teilweise eine schuppige Gestalt haben können. Diese regellosen Haltestrukturen, welche vorzugsweise eine Tiefe von wenigstens 0,5 &mgr;&eegr;&eegr;, besser eine Tiefe von 1 Mm bis 3 &mgr;&eegr;&pgr; haben, eignen sich für eine dauerhafte mechanischen Verzahnung mit dem Klebstoff, mit weichem sie eine innige Verbindung eingehen. Die Strukturelemente, welche die Verästelungen bilden, sollten weit überwiegend eine lineare Ausdehnung von weniger als 10 &mgr;&igr;&tgr;&igr;, vorzugsweise von weniger als 5 &mgr;&igr;&tgr;&igr; haben. Durch die Feinheit der Strukturen ist gewährleistet, daß die konkave Kontur der Unterseite des Fußteils trotz der Regellosigkeit der Haitestrukturen für eine vollflächige Verklebung mit der Zahnoberfläche einerseits hinreichend glatt ist; die für das Verkleben verantwortlichen Haltestrukturen sind Mikrostrukturen, welche andererseits hinreichend groß sind, um eine Verzahnung mit dem Klebstoff zu ermöglichen.

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

Die erfindungsgemäßen Haltestrukturen lassen sich durch Bestrahlung der Unterseite des Fußteils der Vorrichtung mit Ionen, insbesondere Edelgasionen, bilden. Durch die Bestrahlung mit den Ionen wird die ursprünglich glatte, durch Spritzgießen gebildete Kunststoffoberfiäche aufgebrochen und es entstehen bis in eine gewisse Tiefe, welche von der Energie der Ionen und der Bestrahlungsdauer abhängt, regellose verästelte Haitestrukturen. 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

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Erweichen oder gar zu einem Schmelzen der Kunststoffoberfläche, dann erhält man ansteile von filigranen, verästelten Haltestrukturen eine gröbere Oberflächenstruktur, welche infolge der Erweichung des Kunststoffs eine glattere, verrundete Mikrostruktur hat, weiche für eine Verzahnung mit dem Klebstoff weniger geeignet ist.

Um eine ausreichende Tiefe der Haltestruktur zu erhalten, zugleich aber sicherzustellen, daß die Erweichungstemperatur des Kunststoffs bei der lonenbestrahiung 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 zwischen 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)₁ sowie die Gruppe der Polyaryletherketone (PAEK) mit hinreichender Festigkeit auf Zähne kleben lassen.

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

Die Polyaryletherketone (PAEK) haben für Zwecke der Erfindung sehr günstige Eigenschaften. Bereits unverstärktes PAEK besitzt eine ausgewogene Kombination von hoher Steifigkeit und Festigkeit bei guter Zähigkeit, hoher

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Wärmeformbeständigkeit und gutem Gleitreibverhalten. An Festigkeit und Steifigkeit übertrifft PAEK die meisten technischen Kunststoffe. Noch höhere Festigkeiten und Steifigkeiten lassen sich erzielen, wenn man PAEK verstärkt, insbesondere mit Glas- oder Kohlefasern. Darüberhinaus zeigt PAEK eine hervorragende Beständigkeit gegen Chemikalien; diese Beständigkeil: 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 Vorteil hat, sich im Farbton besonders gut an die Zahnfarbe anpassen zu lassen.

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

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

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

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

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

Figur 6 zeigt eine Aufnahme der durch lonenbestrahlung behandelten, dabei aber überhitzten Unterseite in 550-facher Vergrößerung, und

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

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

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

Solche Brackets wurden aus einem mit Pigmenten gefüllten Polyoxymethyienhomopolymer (POM) geformt. Über die Auswahl der Pigmente erfolgt die Farbgebung 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 Plasmakammer angeordnet, eine Argonatmosphäre eingestellt und das Gas durch Einstrahlen von hochfrequentem Strom soweit angeregt, daß es in einen Plasmazustand übergeht, in weichem 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 Bestrahiungsdauer betrug insgesamt 10min. und erfolgte in zehn Teilabschnitten von 1min. jeweils unterbrochen durch 1min. dauernde Abkühlpausen. Das Ergebnis der Behandlung ist in den Figuren 4 und 5 zu sehen: Man sieht eine verästelte, teilweise schuppige Haltestiruktur mit einer Tiefe von 1 bis 2 ym und einer Längenausdehnung der Strukturelemente (Stäbchen und Schuppen) von überwiegend nicht mehr als 3 &mgr;&eegr;&tgr;&igr;. Diese Struktur erlaubt im Gegensatz zu der in den Figuren 2 und 3 dargestellten unbehandelten, sehr glatten Oberfläche der Unterseite 2eine 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-a-Glyzidylmeihacrylat und 71,5 g Triethylenglykoldimetacrylat enthielt. Anschließend wurde eine Klebepaste aufgetragen, welche in 100 g 9,3 g Bisphenol-a-Glyzidylmethacrylat und 13,2 g Triethylenglykoldimetacrylat, zum Rest Füllstoffe enthielt. Mit diesem Kleber beschichtete Brackets wurden auf Zähne geklebt und es wurde geprüft, welches Drehmoment (Torque) mit den aufgeklebten Brackets auf die Zähne

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übertragen werden konnte. Dabei wurden Drehmomente von 3800 Nmm gemessen, was ebenso gut ist wie der Torque, weicher sich mit angeklebten Edelstahlbrackets erreichen läßt. Für Zahnkorrekturen wendet man Torques von nicht mehr als 1500 bis 1800 Nmm an.

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

Die in Figur 5 wiedergegebenen Haltestrukturen sind langzeitstabii. Ein Auslagern von so behandelten Brackets in Luft unter Normalbedingungen für die Dauer von zwei Monaten zeigte keinerlei Verschlechterung der Eignung zum Kleben.

Claims (9)

-9-Ansprüche

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

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

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung von 90 % der Struktureiemente der Haltestrukturen zu kleiner als 10 Mm ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdeh-

nung von 90 % der Strukturelemente der Haltestrukturen kleiner als 5 &mgr;&pgr;&igr; ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Haltestrukturen eine Tiefe von wenigstens 0,5 &mgr;&eegr;&eegr; haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestrukturen eine Tiefe von 1 &mgr;&eegr;&eegr; bis 3 &mgr;&igr;&eegr; haben.

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7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestrukturen durch Bestrahlung mit Ionen , insbesondere Edelgasionen, gebildet sind.

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

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Polyaryletherketon, aus einem Azetalharz, insbesondere aus einem Poiyoximiethyienhomopolymer, oder aus einem Kunststoff besteht, der in seiner mechanischen Festigkeit und chemischen Beständigkeit diesen ähnlich ist.