Quasistatische mechanische Prüfung für computergestütztes Design und Herstellung von okklusalen Veneers, die auf gefrästes Dentin-Analogmaterial zementiert sind
December 20th, 2024
Es wurde ein quasistatischer Belastungstest mit einer nicht fixierten Edelstahlkugel entwickelt, um die Bruchfestigkeit von minimalinvasiven posterioren computergestützten Design- und Fertigungsrestaurationen zu bestimmen, die auf dentinanaloge Materialien zementiert sind. Dieser Test modelliert das typische Belastungsregime, das für den Bruch von Zahnrestaurationen verantwortlich ist.
Wir möchten eine mechanische Prüftechnik entwickeln, um die tatsächliche Beständigkeit und das Verhalten von minimalinvasiven Restaurationen oder festsitzenden Zahnrestaurationen, die auf zahnanaloge Materialien zementiert sind, zu untersuchen, anstatt natürliche Zähne zu verwenden und allgemeine Standardtests wie einachsige und biaxiale Biegetests zu verwenden. Die ein Millimeter dicken, aus CAD/CAM in Nanokeramik gefrästen okklusalen Veneers mit geringerer Wirkungsdehnung sind faktisch widerstandsfähiger als herkömmliches Lithium-Disilikat. Dennoch zeigten beide eine angemessene faktische Belastung, wiederum freiwillig und unfreiwillig, maximale Bisskraft und sind vielversprechende Materialien für die Restauration von Seitenzähnen unter einem minimalinvasiven Schema.
Dies ist eine einfache und wiederholbare Methode für neue Zahnforscher, die daran interessiert sind, neuartig entwickelte Restaurationsmaterialien zu testen. Verwenden Sie zunächst grobe und gefundene Diamantgrate, um die Kaufläche des Typodonten-Unterkiefers zunächst anatomisch um einen Millimeter zu verkleinern und den Rand abzuschrägen. Scannen Sie anschließend den präparierten Typodont mit einem Dentallabor-Scanner.
Öffnen Sie die Scan-Datei mit dem OrthoAnalyzer in der CAD-Software. Wählen Sie im Fenster "Sculpt Toolkit" das Wachsmesserwerkzeug aus und stellen Sie dann den Durchmesser auf 2,6 Millimeter und den Pegel auf 63 Mikrometer ein. Ziehen Sie nach und nach jede Wurzeloberfläche zueinander, um die gegabelten Wurzeln zu einer einzigen Wurzel zusammenzuführen, um den Fräsvorgang zu erleichtern.
Fräsen Sie anschließend die Zahnanalogfarben aus Hochdruck-Glasfaserlaminatmaterial mit einer Fünf-Achsen-Fräsmaschine. Entwerfen Sie in Autodesk Inventor Professional 2025 eine Vorrichtung, die in den Fußbereich des Modellzahns passt, und richten Sie sie an dem Raum in den Endkappen aus Polyvinylchlorid aus. Drucken Sie anschließend mit einem 3D-Drucker eine Vorrichtung pro Prüfzahn aus Polymethylmethacrylat oder einem Material mit ähnlichem Modul.
Kombinieren Sie die Wurzelteile und Farbstoffe mit der Endkappe aus Polyvinylchlorid. Mischen Sie das kalthärtende niedrigviskose Epoxidharz und gießen Sie es in den Zement-Schmelz-Übergangsbereich der Modellzähne, wobei darauf zu achten ist, dass die Kauoberfläche nicht kontaminiert wird. Lassen Sie das Epoxidharz mindestens 24 Stunden lang vollständig bei Raumtemperatur aushärten.
Importieren Sie die Scan-Datei des Zahnanalogons in die CAD-Software. Bestimmen Sie im Menü "Anweisung" die Einführrichtung für die okklusale Verblendung. Wählen Sie unter Schnittstellen die Option Randlinie und markieren Sie die Randlinie des Scanzahnanalogons.
Wählen Sie dann die Farbstoffschnittstelle aus. Und in den erweiterten Einstellungen stellen Sie den Zementspalt auf 0,025 Millimeter und den zusätzlichen Zementspalt auf 0,050 Millimeter ein. Erstellen Sie als Nächstes unter Anatomie-Design ein einen Millimeter dickes okklusales Veneer mit einer Schablone aus der Smile Library.
Passen Sie das Furnier nach Bedarf mit Werkzeugen an und formen Sie es. Zu Beginn wird die Restauration auf die vorbereiteten Urfarben gelegt, indem sie unter einem silikongefüllten Kompressionskopf in der Universalprüfmaschine bei einer Belastung von 40 Newton geladen wird. Die Restauration wird mit einer Leuchtdiode bei einer Lichtintensität von 1.000 bis 1.200 Milliwatt pro Quadratzentimeter im Normalmodus für ein bis zwei Sekunden ausgehärtet.
Entfernen Sie überschüssigen Zement und härten Sie jede Oberfläche 20 Sekunden lang weiter aus. Nehmen Sie die Restauration nach dem Aushärten aus der Universalprüfmaschine und legen Sie sie für 48 Stunden in destilliertes Wasser bei 37 Grad Celsius, damit der Zement vollständig aushärten kann. Zeichnen Sie vor der Untersuchung mit feinen Permanentmarkern drei mediale laterale Referenzlinien und drei vordere hintere Referenzlinien in unterschiedlichen Farben auf Restaurationen.
Positionieren Sie den Prüfling in der Mitte der unteren Platte einer mechanischen Prüfmaschine, die mit einer Fünf-Kilonewton-Wägezelle ausgestattet ist, die für die Druckprüfung konfiguriert ist. Platzieren Sie dann eine Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 5,5 Millimetern in der zentralen Fossa der Restauration und richten Sie sie am Schnittpunkt der zentralen Referenzlinien aus. Platzieren Sie einen schützenden Acrylring um die Probe und einen Schmutzschutz vor der Prüfmaschine, um mögliche umherfliegende Trümmer einzudämmen.
Senken Sie die Traverse ab, bis sie fast Kontakt mit der Stahlkugel hat. Stellen Sie dann sowohl die Last als auch die Verschiebung auf Null ein. Als nächstes wird eine Kompression mit einer Geschwindigkeit von einem Millimeter pro Minute angewendet, bis die Restauration frakturiert, was durch einen plötzlichen Belastungsabfall signalisiert wird.
Erfassen Sie die Bruchlast. Entfernen Sie nach dem Bruch das Schmutzschild und den Acrylring. Sammeln Sie vorsichtig den Prüfling und seine Fragmente.
Okularkamera am Stereomikroskop montieren. Mit Hilfe der Stereomikroskopie-Software können Sie Luft- und Seitenbilder der Proben mit 20-facher Vergrößerung aufnehmen. Für die Rasterelektronenmikroskopie schneiden Sie die Probe an der Zement-Schmelz-Verbindung und legen sie in ein Acetonbad in einem Ultraschallreiniger.
Nach dem Trocknen der Probe an der Luft tragen Sie eine Goldbeschichtung auf die Oberfläche auf. Nehmen Sie Bilder der Luft- und Seitenansichten mit 250- bis 300-facher Vergrößerung auf. Stereomikroskopische Aufnahmen von frakturierten okklusalen Veneers aus LD und RNC zeigten einen oberflächenringförmigen Riss am Schnittpunkt der zentralen Referenzlinien an der zentralen Fossa.
Dieser Riss, der Teil des Hertz'schen Kegelrisssystems ist, erstreckte sich bis in die tieferen Sanierungsschichten. Die fraktographische Analyse zeigte, dass sowohl LD als auch RNC konsistent an der distalen lingualen Seite frakturierten, mit Ausnahme einer RNC-Probe mit einer bukkolingualen Fraktur. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten, dass die Bruchflächen von RNC rau und faserig erschienen, da die Imprägnierung mit nanokeramischen Füllstoffen auf eine plastische Verformung hindeutete.
Im Gegensatz dazu breiteten sich LD-Frakturen geradlinig aus und bildeten mehrere unterschiedliche Frakturstücke.
Übersicht
Diese Studie präsentiert eine mechanische Testmethode, die entwickelt wurde, um den Bruchwiderstand minimal-invasiver zahnärztlicher Restaurationen zu bewerten. Die Methode konzentriert sich auf Restaurationen, die mit Dentin-Analogmaterialien zementiert wurden, und bietet eine relevantere Testumgebung im Vergleich zu traditionellen Methoden.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Zahnmaterialien
- Mechanische Prüfung
- Wiederherstellende Zahnheilkunde
Hintergrund
- Minimal-invasive Restaurationen werden in der Zahnmedizin zunehmend eingesetzt.
- Traditionelle Testmethoden spiegeln möglicherweise nicht genau die klinischen Bedingungen wider.
- CAD/CAM-Technologie ermöglicht die Herstellung präziser zahnärztlicher Restaurationen.
- Das Verständnis des Bruchwiderstands ist entscheidend für die Langlebigkeit von Zahnmaterialien.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer Testmethode zur Bewertung der Bruchfestigkeit von Zahnrestaurationen.
- Vergleich der Leistung verschiedener wiederherstellender Materialien.
- Bereitstellung einer wiederholbaren Methode für zukünftige zahnärztliche Forschung.
Verwendete Methoden
- Quasi-statische Belastungs-bis-Zum-Bruch-Tests mit einer nicht-fixierten Edelstahlkugel.
- Verwendung von Dentin-Analogmaterialien für die Zementierung.
- Herstellung von okklusalen Veneers mit CAD/CAM-Technologie.
- Bewertung des Bruchwiderstands unter simulierten Belastungsbedingungen.
Hauptergebnisse
- Minimal-invasive Restaurationen zeigten eine überlegene Bruchwiderstandsfähigkeit im Vergleich zu konventionellen Materialien.
- Beide getesteten Materialien zeigten eine ausreichende Dehnung unter maximaler Bisskraft.
- Die entwickelte Methode ist einfach und wiederholbar für Forscher.
- Die Ergebnisse unterstützen den Einsatz von CAD/CAM-Materialien in posterioren Restaurationen.
Schlussfolgerungen
- Die neue Testmethode modelliert klinische Belastungsbedingungen effektiv.
- Minimal-invasive Restaurationen sind vielversprechend für zahnärztliche Anwendungen.
- Weitere Forschung kann auf dieser Methode aufbauen, um neue Materialien zu erforschen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Reliable mechanical testing of biomimetic dental materials is critical for translational research and product development in restorative dentistry. This protocol enables standardized, repeatable assessment of fracture resistance for CAD/CAM occlusal veneers cemented to dentin analogs, supporting predictive confidence in material selection and design. The approach addresses the need for clinically relevant, reproducible data to inform early-stage material triage and downstream workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven evaluation of new restorative material performance under simulated clinical loads.
- Supports mechanistic de-risking by isolating material-dependent fracture behaviors in a controlled analog system.
- Facilitates functional validation of CAD/CAM ceramics and composites for minimally invasive applications.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, repeatable protocol for quantitative fracture strength measurement.
- Enables reproducible comparison of novel and established dental materials using consistent test conditions.
- Supports assay scalability and platform reuse for high-throughput material screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns laboratory testing with clinically relevant loading scenarios using dentin analog substrates.
- Enables continuity from material discovery through preclinical validation of restorative performance.
- Supports risk-adjusted advancement of candidate materials based on quantitative mechanical outputs.
Pipeline & Workflow Integration
This monotonic load-to-fracture protocol positions mechanical testing at the interface of material discovery, screening, and preclinical validation for dental biomaterials.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on fracture mechanisms and material failure modes.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible fracture load data for comparative material assessment.
- Analytics: Generates load-displacement curves and statistical outputs for robust condition comparison.
- Translational Research: Bridges laboratory findings to clinical relevance using dentin analogs and simulated occlusal forces.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, adaptable protocol for ongoing material innovation and benchmarking.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material selection and design for restorative applications.
- Operational Value: Standardizes mechanical testing workflows for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage risk in dental material portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidate materials for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in CAD/CAM design, mechanical testing, and dental material handling.
- Needs access to universal testing machines, 3D milling, and imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of specimen preparation and test parameters.
- Adaptable to various restorative materials and analog substrates with protocol adjustments.
- Limitations include reliance on analog models and monotonic loading, not cyclic fatigue.
