DE3519213C2 - Befestigungsstutzen für langfristig im Mund verbleibende Vorrichtungen für kieferorthopädische und -chirurgische Behandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Befestigungsstutzen für langfristig im Mund verbleibende Vorrichtungen für kieferorthopädische und -chirurgische Behandlung, wie Wurzelstifte und Brackets mit einer Beschichtung (GB-PS 1013168).

Befestigungsstutzen als Klebebrackets besitzen an ihrer Basis ein mit Silberlot aufgebrachtes Schutzblech, welchem wiederum im Diffusionsschweißverfahren ein Netz aufgeschweißt ist. Dieses Netz dient der retensialen Aufnahme des Klebers zur Befestigung des Brackets am Zahn, siehe z. B. DE 29 09 014 C3. Hierzu wird nach Reinigung und Trockenlegen des Mundmilieus der Zahn etwa auf 30 µ Tiefe des Zahnschmelz mittels säuregetränktem Wattebausch angeätzt und sodann das Monomer auf die Netzbasis des Brackets und das Polymer auf angeätzte Zahnoberfläche aufgebracht und durch Andruck des Brackets die Polymerisation und damit die mechanische Verbindung zum Zahn erreicht. Hierbei bildet die Retention am Bracket das Netz und am Zahn die Ätzung. Im Regelfalle werden zur Zahnregulierung etwa 18-24 Zähne mit Brackets versehen, was eine nicht unerhebliche Menge von Fremdmaterial im Mund des Patienten bedeutet.

An die Legierung des Brackets wird die Anforderung der Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Bearbeitbarkeit gestellt. Es werden zur Herstellung dieser Präzisionsteile hauptsächlich Chrom-Nickel-Legierungen, auf jeden Fall nicht rostende Stahllegierungen mit mindestens 15% Chrom ver­ wendet. Für das Silberlot finden Silberlegierungen mit Kupfer- und Zinkanteilen Verwendung. Für die Befestigungs­ stutzen, das Schutzblech und Netz werden oben geschilderte korrosionsgeschützte Legierungen verwendet.

Diese Legierungen sind in der Spannungsreihe überwiegend elektronegativ wobei die Metalle galvanische Elemente miteinander bilden - Volta-Effekt - deren elektrische Spannung umso größer ist, je weiter die Metalle in der Spannungsreihe auseinander­ stehen. Je größer die Potentialspannung ist, umso höher ist auch die Lösungstension der Metalle, die ja nach der chemischen Zusammensetzung des Mundmilieus ein breites Spektrum einnimmt. Diese Ionenkonzentration ist maßgebend für die Plaque-Akkumulation, d. h. die Ablagerung von Ionen an den Befestigungsstutzen.

Die Mundsaliva ist nun ein chemisch sehr komplexer Stoff. So entsteht bei Nahrungsaufnahme von Zitrusfrüchten ein sehr saures Milieu und bei Kohlehydraten oder Medikamenten kann ein sehr basisches Milieu entstehen. Die Korrosion im Mund ist vom Volta-Effekt ausgehend ein elektrochemisch­ anodisch-kathodischer Prozeß, wobei an der Anode die Oxydation und an der Kathode die Reduktion stattfindet. Die hier als Elektrolyt wirkende Saliva mit ihrem durch verschiedene Nahrungsaufnahme sehr breitem Spektrum variiert im pH-Wert stark und zwar steigt dieser bei Reduktion und sinkt bei Oxydation.

Die Korrosionsstromdichte - abhängig von der Potentialspannung - ist maßgebend für den Materialabtrag und stark beeinflußt durch die variierende Saliva entsprechend dem Mundmilieu. Der Metallgeschmack im Mund beruht auf der Freisetzung von Ionen. In Vertiefungen durch Ätzung oder Verletzung der Zahnoberfläche verändert sich hier der pH-Wert und die Metalle der Legierungen korrodieren. Bei Klebebrackets des integriert der verwendete Kunststoff und bei mittels auszementierten Zahnbändern gehaltenen Brackets löst sich der Zement auf. In dem Höhlungen der beschädigten Zähne und der Anätzung entstehen Versäuerungen, welche zur Auf­ lösung der Mineralsubstanz, d. h. des Schmelzes, und damit zur dauerhaften Verfärbung des Zahns führen. So verfärbt sich der Zahn beim Ausscheiden von Chrom aus der Bracketlegierung grünlich und beim Ausscheiden von Eisen­ oxyd bräunlich. Es entstehen Zahnfleisch- und Gingivaent­ zündungen; auch sind Magenunverträglichkeit bis hin zu Darm­ störungen möglich.

Bei der Parodontose bzw. endodiven Behandlung mit Wurzelauf­ baustiften, den sogen. parpulpären Systemen, entstehen Frakturen; so sind auch hier dauerhafte Schäden durch Korrosion im Mund nachgewiesen. Zur chem. Auflösung des Klebstoffs bzw. des Zements können zusätzliche Veränderun­ gen durch Aufbiß oder durch zu große Ätzflächen, die nicht abgedeckt werden auftreten. Es ist zwar bekannt, daß über einen bestimmten Zeitraum eine bestimmte Remineralisierung des beschädigten Zahnschmelzes vorhanden ist, jedoch findet die Korrosion meistens aggressiver statt als die Reminerali­ sierungsmöglichkeit, und somit ist die Verfärbung des Zahns und damit der Schaden, den der Patient davonträgt, von bleibender Dauer. Man kann sich vorstellen, daß ein Kind bzw. ein Erwachsener bei der Behandlung zusätzliche psychische Schäden durch fleckige Zähne erleidet.

Auf Originalarbeiten zu diesem Thema in der Literatur ist zu verweisen: "Fortschritte der Kieferorthopädie" 4, Band 45, August 84 S. 271-283: "Zur Bedeutung des Korrosionsfaktors bei der Bracket-Adhäsiv-Technik"; "Deutsche Zahnärzte." Z.40, 87-91 (1985): "Der Einfluß von Kaliumrhodanid auf das Korrosionsverhalten edelmetallfreier Dentallegierungen"; "Dental-Revue" - Zeitschrift für Zahnmedizin und Techno­ logie, Heft 3/85, S. 4-10.

Beim kieferorthopädischen Behandlungssystem sind durch Auf­ biß oder Überbiß des Oberkiefers zum Unterkiefer auf die Befestigungsstutzen Kräfte gemessen worden, die in der Größenordnung von 15 kg nicht selten sind; im Molarenbe­ reich kommen noch höhere Kräfte vor. Es ist deshalb nicht möglich, bei kieferorthopädischer Behandlung Edel­ metalle - wie Silber, Gold oder Platin - zu verwenden, da diese Materialien zu duktil sind. Ebenfalls ist eine Veredelung der korrosionsgeschützten Legierungen mit diesen Materialien nicht möglich, da durch die oben beschriebenen Kräfte eine so hohe Abriebfestigkeit entsteht, daß diese bei einem Überzug nicht halten. Bei den parapulpären Systemen sind ebenfalls hohe Retentionskräfte notwendig, und nicht zuletzt ist der hohe Kostenaufwand durch die Roh­ materialkosten der Edelmetalle nicht wirtschaftlich.

Aus der GB 1 013 168 ist es bekannt, orthodontische Metall­ teile aus Gründen der Ästhetik mit einem Kunstharzüberzug zu versehen, der in zwei Schritten aufgetragen und eingebrannt werden muß, was aufwendig ist. Solche Beschichtungen sind bestimmungsgemäß flexibel, aber nicht verschleißfest.

Aus der DE 33 27 535 A1 sind zahnärztliche Präparationswerk­ zeuge bekannt, die zur Erhöhung ihrer Lebensdauer eine Titan­ nitrid-Beschichtung aufweisen. Da Werkzeuge nur zum Zwecke der Behandlung in den Mund eingeführt werden, spielt bei ihnen die Frage der Verträglichkeit anders als bei langfristig im Mund verbleibenden Vorrichtungen keine Rolle.

Aus der DE 29 09 014 C3 sind Brackets bekannt, die unbeschichtet sind und deshalb die eingangs beschriebenen Nachteile zeigen.

Aus der US 4 107 844 sind Kunststoffbrackets bekannt, die an den besonders stark beanspruchten Stellen durch ein Metallteil verstärkt sind. Dieses Metallteil kann aus ästhetischen Gründen mit einer weißen Epoxidharzfarbe beschichtet sein, die jedoch unter den mechanischen Beanspruchungen, z. B. durch einen Spann­ draht, leicht durchgescheuert wird, so daß danach das blanke Metall wieder erscheint.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungs­ gemäße Befestigungsstutzen so weiterzubilden, daß neben einem Korrosionsschutz eine Plaque-Akkumulation vermindert wird. Ferner soll ein dafür geeignetes Verfahren zur Herstellung solcher Be­ festigungsstutzen angegeben werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnen sich die Befesti­ gungsstutzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß der Erfindung durch eine allseitige Titannitridschicht, welche vorzugsweise durch Ionen­ plattierung im µm-Bereich gebildet wird, wobei durch Aufdampfen eine Diffundierung in die Aufbaumaterialien erfolgt, hierdurch ergibt sich eine elektropositive Ausrüstung der Befestigungsstutzen zur Verhinderung chemischer und organischer Austragung und Vermeidung einer Plaque-Akkumulation.

Das Verfahren, das sich für den Überzug am besten eignet, ist das Ionenplattieren; hierbei wird bei einer Arbeitstempera­ tur von 450°C gearbeitet. Der Schmelzpunkt des Silberlots liegt etwa bei 680°C. Das bedeutet, daß beim Ionenplattie­ ren die Arbeitstemperatur wesentlich unter dem Schmelzpunkt des Silberlots liegt und dadurch die Verbindung nicht löst. Das Ionenplattieren erfolgt - wie allgemein bekannt - durch den Beschuß von Elektronen mit einer Elektronenkanone. Als Target dient eine Titantablette von 99,9%, d. h. dieses Target ist anodisch "plus" geschaltet. Durch den Beschuß mit Elektronen und Argonionen erfolgt die Umwandlung des Titans in einem Plasmagas, das aus Argon besteht; danach wird Stickstoff eingeleitet und die Atome werden ionisiert (positiv geladen) und arbeiten auf die Kathode, d. h. das zu über­ ziehende Werkstück ist negativ (kathodisch) zu schalten. Erfolgt die Aufdampfung von Titanionen auf das kathodisch geschalte­ te Werkstück - hier die Befestigungsstutzen - bildet sich durch die Einleitung von Stickstoff Titaniumnitrid.

Titaniumnitrid hat eine Oberflächenhärte von 2500 HV und hält somit und auch durch das plasmatische Aufdampfen be­ dingt den hohen Abrasionskräften, die im Zahnbiß entste- hen, stand. Titaniumnitrid steht in der elektrolytischen Spannungsreihe bei +1, 2 V und ist deshalb elektro-positiv, was eine Plaqueakkumulation stark vermindert, da das ganze Werkstück des Befestigungs­ stutzens - durch das Aufdampfen - voll in der Titaniumnitridschicht abrasionsfest gebunden ist. Bei den bisherigen überzogenen Befestigungsstutzen erfolgt eine starke Plaqueakkumulation, weil deren Legierungsbestandteile zu 99% aus elektronegativen Elementen bestehen, während die Mundsaliva größtenteils aus positiven Ionen besteht. Hingegen ist der Titannitridüber­ zug elektro-positiv und stößt die positiven Ionen des Mundmilieus ab, wodurch die Plaqueakkumulation stark ver­ mindert wird. Gleichzeitig bildet die Titaniumnitridschicht einen matten goldfarbigen Ton. Es entspricht somit auch den Ansprüchen an ästhetischer Farbgebung.

Hierzu ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 und 2 die Frontansicht von Vorderzähnen mit bekann­ ten Brackets und die Seitenansicht hierzu,

Fig. 3 und 4 die Frontansicht von Vorderzähen mit erfindungs­ gemäßen Brackets und die Seitenansicht hierzu,

Fig. 5 den Aufbau eines mit Titannitrid beschichteten Klebebrackets am Zahn befestigt.

In Fig. 1 und 2 sind die Vorderzähne 1 und 2 im OK und UK bei etwas geöffnetem Mund ersichtlich. Hier finden Brackets 3 in bekannter Ausführung Verwendung mit überstehendem Basisteil 4 und Netzboden 4a sowie Ankerteilen 5 mit Querschlitzen 6, welche weitgehend eckige Formen aufweisen. Dies führt einer­ seits zur unerwünschten Patientenbelästigung und andererseits läßt auch die Ästhetik zu wünschen übrig.

In Fig. 3 und 4 sind wiederum Vorderzähne 11 und 12 von OK und UK bei etwas geöffnetem Mund dargestellt. Hier sind nun Brackets 13 mit Basisteil 14 und Netzboden 14a sowie Ankerteilen 15 verwendet, weiche weitgehend reduziert und verrundet sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich wird, ist das Basisteil 14 sowohl bei a, b mesial-distal rand­ schlüssig als auch bei c, d okklusalgingival randschlüssig mit dem Schweißflansch 14b verbunden. An der gingivalen Seite d und der okklusalen Ebene c sind die zugeordneten Flügel bei e, f abgeflacht. Die Ankerteile 15, welche Querschlitze 16 für den Regulierdraht aufweisen, sind bei Draufsicht (Fig. 3) außenseitig bei 17 verrundet und bei Seitenansicht (Fig. 4) im Gesamten pilzkopfartig bei 18 verrundet. Im übrigen sind die Bracketkanten an allen vier Ecken gerundet.

Hieraus ergibt sich eine verbesserte Ästhetik und verringer­ te Patientenbelästigung gegenüber der bisherigen Ausführung.

Nach Fig. 5 ist am Zahn 21 und zwar in dessen Zahnschmelz­ bereich 22 eine Ätzung 23 vorgenommen; hier ist mittels Zwei­ komponentenkleber 24 das Bracket 25 aufgeklebt. Dieses (25) besteht aus dem Befestigungsstutzen 26 mit Basis 27, welcher ein Schutzblech 28 mit Silberlot 29 aufgebracht ist, auf wel­ chem (28) sodann das Netz 30 durch Diffusionsschweißen be­ festigt ist. Das gesamte Bracket 25 ist mit einer Titan­ nitridbeschichtung 31 durch Ionenplattierung versehen und wirkt damit im Mund elektropositiv. Es (25) dient im übrigen in bekannter Weise der Aufnahme des Zahnbogens 32 zur Zahnregulierung.

Bei der Ionenplattierung werden die verschiedenen Legierungs­ bestandteile des Bracket mit seinem Netz, Silberlot und Schutzpad plasmatisch eingeschlossen durch Aufdampfen von Titaniumionen und wirkt durch die Ausnitrierung in Titaniumnitrid in der elektronischen Spannungsreihe mit positivem Wert bei 1,2 V, welcher die Ionisierung, d. h. die Plaque-Akumulation und somit auch die Korrosion bei Schichtdicke von 2 µ-6 µ verhindert. Titaniumnitrid weist eine Abrasionsfesthärte von 2500 HV auf und hält deshalb sämtlichen Abrasionskräften, die im Mund entstehen, stand. Durch das Aufdampfen erfolgt eine so feste Verbindung, daß selbst beim Aufbiß der Zähne auf die Befestigungsstutzen keinerlei Titaniumnitrid abgesprengt wird. Das Titaniumni­ trid hat eine warme, helle, freundliche Farbe und kommt somit dem ästhetischen Effekt entgegen.

Dieses Ionenplattieren ist bekannt bei der Herstellung von Werkzeugen, z. B. in der Automobilindustrie, wo hohe Verschleiß­ kräfte auftreten. Neu und erfinderisch ist, daß der Einsatz in der Zahnmedizin als elektro-positiver Überzug, welcher dadurch korrosionsbeständig und abrasionsfest wird und den ästhetischen Anforderungen besser entspricht.

Hinzu tritt noch, daß das sogen. Laufen der Zähne entlang dem Bogen eine Frage der Reibung ist. Durch allseitige Abrundung und die Titaniumnitrierung mit hoher Oberflächen­ härte wird hier die kieferorthopädische Behandlung positiv unterstützt.

Claims (6)

1. Befestigungsstutzen für langfristig im Mund verbleibende Vorrichtungen für kieferorthopädische und -chirurgische Behandlung, wie Wurzelstifte und Brackets mit einer Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsstutzen (25) eine allseitige Titannitridschicht (31) aufweist.

2. Befestigungsstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Titannitridschicht (31) zwischen 2 µm und 6 µm beträgt.

3. Befestigungsstutzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrasionsfesthärte der Titannitridschicht (31) 2500 HV beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung einer Titannitridschicht an Befestigungsstutzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Titannitridschicht (31) durch Ionenplattierung erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenplattierung bei einer Temperatur von 450°C erfolgt.

6. Verwendung eines Titannitridauftrags im µm-Bereich für langfristig im Mund verbleibende Vorrichtungen im kieferorthopädischen und -chirurgischen Bereich, wie Wurzelstifte und Brackets, zur elektropositiven Ausrüstung der Befestigungsstutzen für die Verhinderung chemischer und organischer Austragung und Vermeidung einer Plaque-Akkumulation.