Zirkonoxid brachte die Wende

Die Idee der „weißen“ Implantate ist fast so alt wie die Implantologie und Osseointegration. Man schätzt an den keramischen Materialien vor allem ihr hohes ästhetisches Potenzial, eine geringe Plaque-Akkumulation und die hohe Biokompatibilität. Davon verspricht man sich beim Einsatz als Implantatmaterial eine geringere Anfälligkeit für periimplantäre Entzündungen. All diese Eigenschaften gilt es allerdings noch wissenschaftlich zu beweisen.

Alles begann vor fast 50 Jahren mit keramischen Materialien für dentale Implantate. Das damals verwendete Material war Aluminiumoxid und wurde vor allem vonProf. Schulte als „Tübinger Sofortimplantat“ und von Prof. Sandhaus als „Crystalline Bone Screw“ eingesetzt [9,11]. Die geringe Risszähigkeit und die daraus resultierenden eingeschränkten mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs führten zu Implantatfrakturen und daher verschwanden diese Implantate wieder vom Markt. Auch heute noch fürchten viele Anwender Implantatfrakturen, wenn sie die Anwendung keramischer Implantate in Erwägung ziehen.

Auch für Gerüste von Kronen und Implantatabutments wurde Aluminiumoxid in verschiedenen Varianten eingesetzt. Mit der Einführung von Zirkonoxid verlor der Werkstoff in der Prothetik jedoch an Bedeutung und wird heute so gut wie nicht mehr verwendet. Betrachtet man den Werkstoff genauer, gibt es eine Erklärung, warum die mechanischen Eigenschaften von Zirkonoxid denen anderer in der Zahnmedizin verwendeter Keramiken überlegen sind: Die hohe Risszähigkeit des Werkstoffs Zirkonoxid (die „Achillesferse“ einer jeden Keramik) ist dem Polymorphismus der zugrunde liegenden Gitterstruktur geschuldet: Es kann monoklin (Raumtemperatur bis 1170 °C), tetragonal (1170 bis 2370 °C) und kubisch (2370 °C bis zum Schmelzpunkt) strukturiert sein [1]. Werden diese Temperaturschranken durchschritten, kommt es zu Volumenveränderungen im Gefüge. Um ungewollte Volumensprünge im Rahmen der Herstellung zu vermeiden,wird der  Phasenübergang von tetragonal nach monoklin beim Abkühlen nach dem Sintervorgang (die Sintertemperatur liegt deutlich über 1170 °C) durch die Zugabevon speziellen Oxiden unterbunden. Die nun bei Raumtemperatur metastabil – also sozusagen „unfreiwillig“ – vorliegende tetragonale Phase ermöglicht den sogenannten Selbstheilungsmechanismus der Transformationsverfestigung [4]: Bei einer belastungsindizierten Rissbildung sind an den Riss angrenzende Kristallite in der Lage, ihr Gitter in die monokline Modifikation umzuwandeln. Durch die bereits erwähnte Volumenänderung (Volumenzunahme) entsteht Druckspannung im Gefüge und es kann theoretisch ein Fortschreiten des Risses unterbunden werden. Dieser Mechanismus der Transformationsverfestigung verleiht dem Zirkonoxid die hohe Risszähigkeit und somit überlegene mechanische Eigenschaften. Bei  Zahnersatz mit Zirkonoxid-Gerüsten wurden die Gerüstfrakturen als extrem seltenes Ereignis beschrieben. Die Fraktureines osseointegrierten Implantats wäre natürlich deutlich folgenreicher als die Fraktur eines Kronengerüsts.

Lesen Sie den vollständigen Artikel kostenlos als PDF-Datei (Erstveröffentlichung teamwork, Ausgabe 2/2018, Seite 124-129): 

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PD Dr. Benedikt Spies
Oberarzt, Klinik für Zahnärztliche Prothetik, Charité-Universitätsmedizin, Berlin
Prof. Dr. Florian Beuer
Ärztlicher Direktor, Zahnärztliche Prothetik, Charité-Universitätsmedizin, Berlin