Autor: Dr. Christine Bilke-Krause, KRÜSS GmbH

Benetzungsverhalten von Zahnimplantaten 

Bei Zahnimplantatoberflächen bestimmt die Benetzbarkeit den Grad des Kontakts mit der physiologischen Umgebung und kann damit - neben anderen Einflussfaktoren - ein Maß für die Biokompatibilität des Materials sein. In der vorliegenden Untersuchung wurde das Benetzungsverhalten von Titan-Zahnimplantaten gegenüber Wasser anhand des Wasserkontaktwinkels untersucht. Die besondere Herausforderung der gestellten Aufgabe bestand darin, kleine Tropfen in die Implantatgewinde zu dosieren und deren Kontaktwinkel zu messen. Möglich sind solche Messungen mit dem optischen Kontaktwinkelmesssystem DSA100M, mit dem sehr kleine Tropfen bis hinunter zu wenigen Pikolitern genau dosiert und analysiert werden können - auch in Vertiefungen.

Die heute verwendeten Zahnimplantate sind in der Regel rotationssymmetrische, mit einem Schraubegewinde versehene Stifte, die direkt in den Kieferknochen geschraubt werden (s. Abb.1).

Das verwendete Material sollte möglichst schnell eine möglichst feste Verbindung mit dem Knochen eingehen. Deshalb findet Titan aufgrund seiner hohen Biokompatibilität vielfältig Verwendung als Implantatmaterial.

Die Oberflächentopographie des Titans und die oberflächenchemische Struktur beeinflussen sowohl die Hydrophilie der Implantatoberflächen als auch die periimplantäre Knochenanlagerung an den Implantaten. Anfänglich waren die für Implantate verwendeten mikrostrukturierten Titanoberflächen  (sandgestrahlt und säuregeätzt) aufgrund der in der Sauerstoff-Atmosphäre ablaufenden Passivierung hydrophob [1], [2]. Untersuchungen haben gezeigt, dass hydrophile Oberflächen die Wechselwirkung von Proteinen und Zellen mit der implantierten Oberfläche verbessern - sie erleichtern das Anwachsen von Knochenzellen an das Implantat und beschleunigen die feste Anheftung (Osseointegration) [3]. Um die Benetzbarkeit zu verbessern, werden von den Herstellern für gewöhnlich Oberflächenmodifikationen des Materials durchgeführt.

Zur Erfolgskontrolle der Hydrophilierung kann der Wasserkontaktwinkel herangezogen werden, der die Benetzbarkeit der Implantate durch Wasser und daher den Grad des Kontakts mit der hydrophilen Umgebung quantifizierbar macht. Aufgrund der Windungen des für den Knochenkontakt vorgesehenen Bereichs eines Implantats wird eine Messtechnik benötigt, die Kontaktwinkel mikroskopisch kleiner Tropfen in Vertiefungen messen kann.

Das eingesetzte Messgerät DSA100M wird für Kontaktwinkelmessungen von Tropfen im Pikoliterbereich auf mikroskopisch kleinen Oberflächen verwendet.

Fünf unmittelbar vor der Messung aus der Verpackung entnommene, unterschiedlich vorbehandelte Implantatproben wurden mittels eines Probenhalters auf dem Messgerät befestigt. Tropfen von je etwa 100 pl reinem Wasser wurden bei einer Temperatur von 26±1°C zuerst auf dem zylindrischen Bereich und dann in die Vertiefungen der Windungen platziert (s. Abb. 2).

Unmittelbar nach dem Dosieren wurde jeweils das Verhalten der Tropfen mit der Kamera des Messgerätes gefilmt. Zur genauen Erfassung der Anfangsbenetzung betrug die Einstellung der Kamerageschwindigkeit 260 Bilder pro Sekunde. Aus der Analyse der Videos resultierten die Kontaktwinkel der Tropfen. Die folgenden Abbildungen 3 und 4 stellen die Oberfläche der Windungen und einen im Inneren einer Windung platzierten Tropfen dar. 

Anhand der Kontaktwinkelmessung wurde das unterschiedliche Benetzungsverhalten der Implantatproben sichtbar. Die Abbildungen 5 - 8 zeigen Beispielbilder von Wassertropfen, die auf verschiedenen Proben in den mikroskopisch kleinen Vertiefungen der Implantatgewinde (Breite etwa 850 μm, Tiefe etwa 450 μm) unterschiedlich große Kontaktwinkel ausbilden.