Denthart

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
Echtzeitverfolgung und Optimierung des Härtungsprozesses von Dentalkompositen.

Projektbeschreibung

Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des Härtungsprozesses von lichthärtenden Dental-Füllungskompositen. Dies geschieht zum einen während der Belichtung in Echtzeit mittels Dielektrischer Analyse (DEA). Diese Methode ermöglicht es das Härtungsverhalten von Harzen in dem elektrischen Wechselfeld einer Kammelektrode zu verfolgen. Sie ist weit verbreitet in der Kontrolle von Härtungsprozessen in der Luftfahrt sowie der Automobilindustrie, jedoch findet sie in zahnmedizinischen Einsatzgebieten nur selten Anwendung. Wegen ihrer hohen zeitlichen Auflösung und Empfindlichkeit können mithilfe der DEA sowohl sehr schnell ablaufende Initiierungsprozesse, als auch sehr langsam ablaufende Nachhärtungs- und Alterungsprozesse nach der Belichtung untersucht werden. Das Ziel dieses Projektteiles ist es den Aushärtungsprozess besser zu verstehen hinsichtlich verschiedener Parameter, wie z.B. Reaktionstemperatur, Harzzusammensetzung, Viskosität sowie Lichtintensität und Bestrahlungstiefe. Diese Daten bilden die Grundlage für die kinetische Modellierung von Polymerisations- und Härtungsprozessen.

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
Bild 1: Intensitätsverteilung einer Dentallampe (links) vs. korrespondierendes Härteprofil einer Zahnfüllung (rechts).

Viele Aushärtungslampen weisen eine inhomogene Verteilung der Intensität über den Lichtleiterquerschnitt auf. Die auf Bild 1 (links) abgebildete Intensitätsverteilung einer Aushärtungslampe zeigt auf der linken Seite sowie ringförmig in der Mitte Bereiche deutlich niedrigerer Intensität. Es ist zu erwarten, dass es während der Behandlung beim Zahnarzt je nach Intensitätsprofil der Lampe zu einer ebenfalls inhomogenen Aushärtung der Zahnfüllung kommt, was sich in der Verteilung der lokalen mechanischen Eigenschaften widerspiegelt (Bild 1, rechts). Die Oberflächenhärte ist deutlich höher in den Bereichen, die mit hoher Intensität bestrahlt wurden. Das Ziel dieses Projektteiles ist die Entwicklung einer Prüfmethode, mit der die mechanischen Eigenschaften einer Probe (wie z.B. einer lichtgehärteten Zahnfüllung) ortsaufgelöst gemessen werden können.

Projektleitung an der H-BRS

Prof. Dr. Bernhard Möginger

Professor für Werkstoff- und Bauteilprüfung - Polymere
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
E-Mail: 
bernhard.moeginger [at] h-brs.de

Kooperierende Professorinnen und Professoren

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Projektergebnisse

Durch das FHProfUnt-Projekt denthart konnte gezeigt werden, dass sich das Härtungsverhalten von lichthärtenden Dentalkompositen quantitativ durch die der DEA messtechnisch zugängliche Größe der Ionenviskosität erfassen und sofern der Chemismus der Härtungsreaktion bekannt ist, reaktionskinetisch modellieren lässt.

Desweiteren können mit dem erfolgreich entwickelten Prototypen die lokalen mechanischen Eigenschaften von Polymerproben mittels DMA-Indentation auf der Mikroskala bestimmt werden.

Publikationen

• Steinhaus J, Moeginger B, Grossgarten M, Hausnerová B. Evaluation of dielectric curing
monitoring investigating light-curing dental filling composites. Mater Eng, 2011; Vol.18:28-33.
• Netto AM, Steinhaus J, Hausnerova B, Moeginger B, Blümich B, Time-resolved study of the photo-curing process of dental resins with the NMR-MOUSE. Appl Magn Reson, 2013; Vol.44:1027-39.
• Haenel T, Price R, Steinhaus J, Möginger B, Hausnerova B. Lichthärtende Dentalkomposite – Einflüsse auf die Aushärtung. ZWR – Das Deutsche Zahnärzteblatt, Vol. 122, 01/2013, 72-76, 2013.
• Steinhaus J, Hausnerová B, Haenel T, Grossgarten M, Moeginger B. Curing kinetics of visible light curing dental resin composites investigated by dielectric analysis (DEA). Dent Mater, 2014; Vol.30(3):372-80.
• Steinhaus J, Moeginger B, Grossgarten M, Rosentritt M, Hausnerová B. Depth dependent curing behaviour of dental resin composites using DEA. Dent Mater, 2014; Vol.30(6):679-87.
• Haenel T, Hausnerová B, Steinhaus J, Price R, Sulivan B, Moeginger B. Effect of the Irradiance Distribution from Light Curing Units on the Local Mechanical Behavior of Dental Composite. Dent Mater, 2015; Vol.31:93-104.
• Steinhaus J, Selig D, Duvenbeck F, Haenel T, Moeginger B, Hausnerová B. Correlating dynamic and ion-viscosity of visible light curing dental resins and composites. Veröffentlichung in Vorbereitung.
• Steinhaus J, Hausnerová B, Haenel T, Grossgarten M, Moeginger B. A new method modelling curing kinetics of VLC dental resin composites with a non-linear reaction time constant evaluated by FT-IR and DEA. Veröffentlichung in Vorbereitung.
• Haenel T, Sturm F, Steinhaus J, Price R, Moeginger B, Hausnerová B. Measuring 2-D modulus distribution on a polymer specimen with a modified DMA-prototype. Veröffentlichung in Vorbereitung.

Geldgeber

Kooperationspartner