Textur- und Mikrostrukturuntersuchungen sowie Berechnungen anisotroper Eigenschaften an Zahnschmelz und Füllmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im zum Teil bereits abgeschlossenen Projekt sollten aus röntgenographisch gemessenen Orientierungsdaten richtungsabhängige, physikalische Eigenschaften des menschlichen Zahnschmelzes, wie z.B. die thermische Ausdehnung oder das Elastizitätsmodul berechnet werden, um diese später mit den Eigenschaften von gebräuchlichen Füllungsmaterialien hinsichtlich deren Eignung zu vergleichen. Um einen Vergleich der aus Orientierungsdaten berechneten Werte mit mechanisch gemessenen Eigenschaften zu erhalten, wurden zusätzlich Nanoindentermessungen am Zahnschmelz und an den Dentalwerkstoffen durchgeführt. Daneben wurden umfangreiche Literaturrecherchen betrieben, um so einen zusätzlichen Vergleich mit den Messdaten anderer Wissenschaftler zu bekommen. Es hat sich gezeigt, dass die aus Orientierungen berechneten Werte des elastischen Moduls sich ausgezeichnet in die Ergebnisse der Nanoindentermessungen und Literaturwerte anderer Autoren einfügen. Die orientierungsabhängigen Werte haben jedoch – gegenüber den Werten aus Nanoindentermessungen – den entscheidenden Vorteil, dass sie eine dreidimensionale Aussage über die Anisotropie der Eigenschaft geben. Dies ist gerade beim der stark anisotrop ausgerichteten Zahnschmelz unabdingbar. Die Orientierungsmessungen wurden, aufgrund des hohen Winkel- und Ortsauflösungsvermögens, mit Synchrotronstrahlung (DESY, Hamburg und ANKA, Karlsruhe) durchgeführt. Mit dieser Methode gelang es, für den Zahnschmelz aller Zahntypen lokal aufgelöste Orientierungs- und Eigenschaftskarten zu erstellen. Um Zahnersatz- oder Zahnfüllmaterialien gezielt auswählen zu können, muss die starke Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften des Zahnschmelzes unbedingt berücksichtigt werden. Dazu ist es erforderlich auch die Eigenschaften des Dentalwerkstoffes zu kennen. Im vorliegenden Projekt wurden eine große Zahl unterschiedlichster Dentalwerkstoffe (kristalline Materialien: Metalllegierungen, Keramiken und teilkristalline Materialien: Keramiken mit Glasanteil und faserverstärkte Kunststoffe) auf ihre Eigenschaften und die Anisotropie dieser Eigenschaften untersucht. Auch diese Untersuchungen wurden mit beugenden und mechanischen Verfahren durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund des meist sehr komplexen mehrphasigen Aufbaus der Dentalwerkstoffe eine Berechnung der anisotropen Eigenschaften schwierig war, oder sich nicht durchführen ließ. Zum Teil konnten zur Berechnung der Polykristallanisotropie keine verlässlichen Einkristalleigenschaften in der Literatur gefunden werden. Aus diesem Grund wurde auf eigene, mechanisch ermittelte Werte zurückgegriffen. Vergleicht man nun die ermittelten Eigenschaftswerte des Zahnschmelzes mit den Eigenschaftswerten der Füllmaterialien, so zeigt es sich mitunter, dass sie sehr stark von einander abweichen. Die Dentalwerkstoffe wurden, wie auch das Zahnmaterial, von unserem Kooperationspartner der Zahnklinik der Universität Göttingen beschafft. Es ist in einer fortführenden Untersuchung geplant, Kooperationen mit Dentalwerkstoffproduzenten aufzunehmen, um so mehr Informationen über den Herstellungsprozess zu erhalten und bei der Entwicklung mitwirken zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2010). Location depending textures of human dental enamel, Solid State Phenom., 160, 281-286
Raue, L. & Klein, H.
- (2010). Texture analysis of dental materials. HASYLAB Jahresbericht 2010
Hartmann, C., Raue, L. & Klein, H.
- (2011). Calculation of anisotropic properties of dental enamel from synchrotron data, J. Synchr. Rad., 18 (4), 550-556
Raue, L., & Klein, H.
- (2011). Elastic modulus of human dental enamel from different methods, IJBRE, 1, 39-48
Raue, L., Klein, H. & Hartmann, C.
- (2012). Determination of the glass-content of dental ceramics with synchrotron radiation, HASYLAB Jahresbericht 2012
Hartman, C., Raue, L. & Klein, H.
- (2012). New insights in prism orientation within human enamel, Arch. Oral Biol., 57, 3, 271-276
Raue, L., Gersdorff, N., Rödiger, M. & Klein, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2011.08.015)
