Additive Fertigungsverfahren (3D-Druck), gewinnen in der Zahnmedizin zunehmend
an Bedeutung. Im Gegensatz zu dem subtraktiven Schleifen/Fräsen erfolgt die
Herstellung hierbei schichtweise, wodurch auch komplexe Restaurationsgeometrien
gefertigt werden können. Die Verfahren der Stereolithografie (SLA) und des Digital
Light Processing (DLP) sind für die Verarbeitung polymerbasierter dentaler Materialien
etabliert. Neben Modellen, chirurgischen Bohrschablonen und Schienen werden
mittlerweile auch Kronen, Onlays, Veneers und Brücken als festsitzender Zahnersatz
(FDPs) additiv hergestellt1. 3D-gedruckte FDPs stellen insbesondere für
Langzeitprovisorien wie etwa während Implantatbehandlungen, umfangreichen
prothetischen Rekonstruktionen oder der ästhetischen Planung im Frontzahnbereich
eine Alternative zu konventionellen Verfahren dar2-3. Für eine erfolgreiche klinische
Anwendung müssen 3D-Druck Materialien jedoch hohe Anforderungen hinsichtlich
mechanischer Belastbarkeit, Passgenauigkeit, Farbstabilität und biologischer
Verträglichkeit erfüllen. Neben ausreichenden mechanischen Eigenschaften wie
Festigkeit und Abrasionsbeständigkeit spielt auch die Wechselwirkung zwischen
Materialoberfläche und oraler Mikroflora eine entscheidende Rolle.
Die Anlagerung von Mikroorganismen und die daraus resultierende Biofilmbildung
werden wesentlich durch materialspezifische Eigenschaften wie der chemischen
Zusammensetzung, Oberflächenrauheit, Benetzbarkeit und Grenzflächenspannung
beeinflusst4. Während eine erhöhte Oberflächenrauheit häufig mit einer verstärkten
bakteriellen Adhäsion in Verbindung gebracht wird, zeigen aktuelle Untersuchungen
kein einheitliches Bild5,6. Es wird vermutet, dass nicht allein die Rauheit, sondern vor
allem die komplexe dreidimensionale Oberflächentopografie einen entscheidenden
Einfluss auf die mikrobielle Besiedlung hat. Trotz des zunehmenden Einsatzes 3Dgedruckter
dentaler Materialien sind deren Wechselwirkungen mit komplexen oralen
Biofilmen bislang nur unzureichend untersucht.
Ziel der diesem Artikel zugrundeliegenden Studie7 war es, die
Oberflächeneigenschaften verschiedener 3D-gedruckter Materialien für temporäre
und permanente FDPs zu charakterisieren. Die Materialien wurden mit etablierten
subtraktiv und konventionell hergestellten Vergleichsmaterialien hinsichtlich ihrer
Oberflächencharakteristika und ihrer mikrobiellen Besiedlungsneigung verglichen, um
die klinische Eignung additiv gefertigter dentaler Werkstoffe besser bewerten zu
können.
Material und Methode
Insgesamt wurden aus 10 prothetischen Materialien plättchenförmige Prüfkörper (Ø 10
mm, Dicke 2 mm) nach Herstellerangaben hergestellt. Genaue Herstellangaben sind
der zugrundeliegenden Studie zu entnehmen7.
• 5x additiv gefertigte 3D-Druckharze (VSC: VarseoSmile Crown plus, ND: NextDent
C&B MFH, VST: VarseoSmile Temp, TP: Temp PRINT, P: P Pro Crown & Bridge)
• 2x subtraktiv gefräste Polymerblöcke (TC: Tetric CAD = Komposit, TEL: Telio CAD
= PMMA)
• 2x konventionell verarbeitet (TEC: Tetric EvoCeram = photopolymerisierend, PT:
Protemp 4 = autopolymerisierend)
• 1x ZR: Tizian Blank Translucent Zirkonium Dioxide (Zirkonoxid) dient als nichtpolymere
Kontrollgruppe
Die Oberflächeneigenschaften Rauheit (Ra), Benetzbarkeit (Kontaktwinkel) und
Grenzflächenspannung (IFT) wurden gemessen (Abb. 1). Anschließend wurden auf
den Prüfkörpern über drei Tage Biofilme aus fünf Bakterienspezies in einer
Mehrspezies-Suspension gezüchtet und mittels Kristallviolett-Färbung sowie einer
Kultivierungsmethode (KBE/mL) quantifiziert.
Abbildung 1: Darstellung der Oberflächeneigenschaften: Rauheit (Ra), Benetzbarkeit
mittels Kontaktwinkelmessungen und Grenzflächenspannung sowie deren Einfluss auf
die Biofilmbildung. Teilweise KI-generierte Abbildung.
Ergebnisse
Die durchschnittliche Rauheit (Ra) lag zwischen 0,10 und 0,37 μm. TEC zeigte die
höchste Ra, TEL die niedrigste. ZR und TC hatten die zweitniedrigsten Werte. Von den
beiden konventionell verarbeiteten Materialien wies PT eine geringere Rauheit als TEC
auf. Unter den fünf Druckharzen hatte VSC die höchste und P die niedrigste Ra.
Absteigende Rangfolge aller Materialien: TEC > VSC > VST > ND > PT > TP > P > ZR
> TC > TEL.
Die durchschnittliche Gesamt-Grenzflächenspannung (IFT) lag zwischen 30,0 und
42,4 mN/m. TC zeigte die höchste IFT aller Materialien (signifikant höher als alle
anderen außer PT), TP die niedrigste (signifikant niedriger als alle anderen außer PT).
Bei den gefrästen Materialien war die IFT von TC signifikant höher als die von TEL.
Unter den additiv gefertigten Materialien lagen VSC, ND und VST in einem ähnlichen
Bereich (34,4–35,6 mN/m), während TP und P niedrigere Werte zeigten.
Fazit
Die subtraktiv gefertigten Materialien zeigten eine geringere Oberflächenrauheit als
3D-gedruckte und konventionell hergestellte Materialien. Die Grenzflächenspannung
wurde stark von der Zusammensetzung und der Mikrostruktur beeinflusst,
insbesondere von den anorganischen Füllstoffen innerhalb der Methacrylat-Matrix.
Insgesamt war das In-vitro-Biofilmwachstum auf 3D-gedruckten Prüfkörpern
vergleichbar mit dem auf konventionellen polymerbasierten Materialien, sowohl
hinsichtlich der Gesamt-Biofilmmasse als auch der Anzahl lebensfähiger Bakterien.
Die insgesamt akzeptablen Eigenschaften der 3D-gedruckten Materialien unterstützen
ihr Potenzial für sowohl temporären als auch permanenten Zahnersatz.
Literatur 1 Tian Y, Chen C, Xu X, Wang J, Hou X, Li K, Lu X, Shi H, Lee ES, Jiang HB. A Review of 3D Printing in Dentistry: Technologies, Affecting Factors, and Applications. Scanning 2021;9950131. 2 Höhne C, Schmitter M. Control of Occlusal Rehabilitation with 3D-Printed Crowns. Int J Comput Dent 2022;25:325–332. 3 Rosentritt M, Raab P, Hahnel S, Stöckle M, Preis V. In-Vitro Performance of CAD/CAM-Fabricated Implant-Supported Temporary Crowns. Clin Oral Investig 2017;21:2581–2587. 4 Schmalz G, Cieplik F. Biofilms on Restorative Materials. Monogr. Oral Sci 2021;29:155–194. 5 Teughels W, Van Assche N, Sliepen I, Quirynen, M. Effect of Material Characteristics and/or Surface Topography on Biofilm Development. Clin Oral Implant Res 2006;17:68–81. 6 Park JW, Song CW, Jung JH, Ahn SJ, Ferracane JL. The Effects of Surface Roughness of Composite Resin on Biofilm Formation of Streptococcus Mutans in the Presence of Saliva. Oper Dent 2012;37:532–539. 7 Wuersching SN, Manghofer D, Stawarczyk B, Gueth JF, Kollmuss M. Surface Properties of Dental Materials Influence the In Vitro Multi-Species Biofilm Formation. Polymers (Basel) 2026;18(2):288. https://doi.org/10.3390/polym18020288 Detaillierte Ergebnisse, Analysen und Auswertungen sind der folgenden Untersuchung zu entnehmen: Wuersching SN, Manghofer D, Stawarczyk B, Gueth JF, Kollmuss M. Surface Properties of Dental Materials Influence the In Vitro Multi-Species Biofilm Formation. Polymers (Basel) 2026;18(2):288. https://doi.org/10.3390/polym18020288