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© TU Wien
Im chemischen Syntheselabor werden die Initiatoren hergestellt.
© Mag. Alexey Kopchinskiy

Univ.-Prof. Dr. Robert Liska Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien

 
Zahnheilkunde 26. September 2014

Füllungen: photoaktive Moleküle verkürzen Behandlungsdauer

Ein neu entwickeltes Zahnfüllungs-Material lässt das Licht tiefer eindringen und kann daher in halb so vielen Arbeitsschritten wie bisher ausgehärtet werden.

Zahnfüllungen aus Amalgam sind aus der Mode gekommen - der Trend geht ganz klar zu weißen Kunststofffüllungen, die optisch kaum vom Zahn zu unterscheiden sind. Die neuen Zahnfüllmaterialien bestehen aus einem Mix unterschiedlicher Stoffe (daher bezeichnet man sie auch als „Dentalkomposite“). Gehärtet werden sie meist mit Licht – die lichthärtenden Füllungsmaterialien sind seit den 1970er Jahren auf dem Markt.

Neben anorganischen Füllstoffen beinhalten diese Materialien meist auch Moleküle, die speziell auf Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs reagieren und relativ rasch aushärten, wenn man sie mit einer speziellen Lampe bestrahlt. Allerdings kann das Licht nicht unbeschränkt tief in das Material eindringen. Bisher musste man die Füllungen daher oft mühsam in mehreren Schichten auftragen und aushärten lassen. Die Technische Universität Wien und die Firma Ivoclar Vivadent haben nun gemeinsam eine Germanium-basierte Verbindung entwickelt, die diesen Vorgang deutlich vereinfacht .

Photoaktive Moleküle

Univ.-Prof. Dr. Robert Liska beschäftigt sich mit seinem Team am Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien schon lange mit photoaktiven Molekülen – also Substanzen, die auf Licht reagieren. Sie kommen unter anderem auch bei modernen 3D-Druck-Verfahren zum Einsatz.

Aber auch für die Zahnmedizin sind diese Forschungen von Bedeutung. Die Eindringtiefe des Lichts in das Zahnfüllmaterial hängt nämlich u.a. von dessen Wellenlänge ab. „Meist verwendet man heute Licht in der Grenzregion zwischen ultraviolettem und sichtbarem Licht“, erklärt Liska. Es gibt auch Alternativen, die mit längerwelligem Licht arbeiten, das tiefer eindringt, doch das wiederum ist weniger effektiv im Auslösen der notwendigen chemischen Reaktionen. Dringt das Licht nicht ausreichend tief ins Material ein, um die gesamte Füllung auf einmal zu härten, muss in mehreren Schritten gearbeitet werden. Das kann bei großen Kavitäten im Zahn für den Patienten unangenehm lange dauern.

Germanium-Verbindung als Auslöser für Kettenreaktionen

Mit Hilfe einer Germanium-Verbindung konnte dieses Problem aber gelöst werden. Die Verbindung macht bloß 0,03% des Füllmaterials aus, spielt aber eine entscheidende Rolle. Das Molekül wird von blauem Licht in zwei Teile aufgespalten, dadurch entstehen Radikale, die eine Kettenreaktion auslösen: Die molekularen Bausteine, die bereits im Füllmaterial vorhanden sind, fügen sich zu Polymeren zusammen, das Material erhärtet. Nachdem an der TU Wien dieser Germanium-basierte Photoinitiator synthetisiert werden konnte, wurde er von Ivoclar Vivadent ausführlich getestet, an der TU Graz wurde der physikalisch-chemische Mechanismus noch weiter erforscht.

Die Durchhärtungstiefe konnte mit dem neuen Füllmaterial von bisher 2mm auf 4mm gesteigert werden – dadurch kann man die Behandlungszeit deutlich reduzieren. „Die Vorteile des neu entwickelten Materials liegen nicht zuletzt in der rascheren Aushärtung“, sagt Liska. Das hat unter anderem zur Folge, dass es in dickeren Schichten aufgetragen werden kann, was die Behandlungsdauer massiv verkürzt.“ Die Germanium-Verbindung ist eine durchaus wertvolle Substanz: Mit 20.000 Euro pro Kilo kostet sie immerhin mehr als die Hälfte wie Gold – doch nachdem nur winzige Mengen davon benötigt werden, stellt dies keinen maßgeblichen Kostenfaktor für die Zahnbehandlung dar.

Christian-Doppler-Labor an der TU Wien

Die Entwicklung des neuen Füllmaterials ist nicht der einzige Erfolg der TU Wien im Bereich der Zahnmedizin in Zusammenarbeit mit der Ivoclar Vivadent AG: Bereits im Jahr 2012 wurde mit Unterstützung von Ivoclar Vivadent am Institut für Angewandte Synthesechemie gemeinsam mit dem Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie (Univ.-Prof. Dr. Jürgen Stampfl) das Christian-Doppler-Labor „Photopolymers in digital and restorative dentistry“ gestartet. Seither werden dort sehr erfolgreich photosensitive Substanzen für die Zahnmedizin entwickelt bzw. auch am 3D-Druck von Keramikimplantaten geforscht.

Und diese photoaktiven Moleküle sind natürlich nicht nur für die Zahnmedizin interessant: „Ähnliche Substanzen kommen auch für dekorative Schichten und Schutzschichten zum Einsatz, beispielsweise in Druckverfahren – wie bei Hochglanz-Zeitschriften – oder anderen Beschichtungen“, sagt Liska. „Egal, ob es sich bei dem Grundstoff um Papier, Karton, Holz, Metall oder Kunststoff handelt.“

TU Wien/IS, Zahnarzt 10/2014

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