Nanokristalle sorgen für natürlich scheinenden Zahnersatz
Chemiker der Universität Jena entwickeln neuartige Glaskeramiken für die Zahnmedizin.
Das härteste Material des menschlichen Körpers wird von seinen kräftigsten Muskeln bewegt: Wenn wir herzhaft in einen Apfel oder ein Schnitzel beißen, wirken enorme Kräfte auf unsere Zahnoberflächen ein. Was der natürliche Zahnschmelz aushalten muss, das gilt auch für Zahnersatz, wie Inlays oder Brücken. Schließlich wird dieser genauso beansprucht, wie die gesunden Zähne. Bisher verfügbare Keramikmaterialien eignen sich wenig als Materialien für Brücken, da hierzu die Festigkeit meist nicht ausreicht.
Abb.: An einem Schmelzofen in der Schmelzhalle des Otto-Schott-Instituts für Glaschemie der Universität Jena. (Bild: J.-P. Kasper / FSU)
Jetzt ist es Christian Rüssel und seinen Kollegen vom Otto-Schott-Institut für Glaschemie gelungen, neuartige Glaskeramiken mit einer nanokristallinen Struktur herzustellen, die aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihrer optischen Eigenschaften für den Einsatz in der Zahnmedizin geeignet erscheinen.
Die Glaskeramiken auf der Basis von Magnesium-, Aluminium- und Siliziumoxid zeichnen sich durch eine enorme Festigkeit aus. „Wir erreichen damit rund fünf Mal höhere Festigkeit als bei vergleichbaren, heute verfügbaren Zahnersatzkeramiken“, sagt Rüssel. Die Jenaer Glaschemiker arbeiten bereits seit längerem an hochfesten Keramiken, bisher jedoch für Anwendungen in anderen Bereichen, etwa als Basis neuer leistungsfähiger Computerfestplatten. Durch die Kombination mit neuen optischen Eigenschaften eröffne sich für diese Materialien jetzt der Bereich der Zahnmedizin als weiteres Anwendungsfeld.
Materialien, die als Zahnersatz in Frage kommen sollen, dürfen sich optisch nicht von den natürlichen Zähnen unterscheiden. Dabei ist nicht nur der richtige Farbton wichtig. „Der Zahnschmelz ist auch teilweise durchscheinend, was die Keramik ebenfalls sein sollte“, so Rüssel.
Um diese Eigenschaften zu erreichen, werden die Glaskeramiken nach einem genau festgelegten Temperaturschema hergestellt: Zunächst werden die Ausgangstoffe bei rund 1.500 Grad Celsius geschmolzen, abgekühlt und fein zerkleinert. Anschließend wird das Glas erneut geschmolzen und wieder abgekühlt. Durch kontrolliertes Erhitzen auf rund 1.000 Grad Celsius werden schließlich Nanokristalle erzeugt. Diese Prozedur bestimmt die Kristallbildung, die für die Festigkeit des Produkts ausschlaggebend ist. Doch das sei eine technische Gratwanderung. Denn ein zu stark kristallisiertes Material streut das Licht, wird lichtundurchlässig und sieht aus wie Gips. Das Geheimnis der Jenaer Glaskeramik liegt darin, dass sie aus Nanokristallen besteht. Diese haben eine durchschnittliche Größe von höchstens 100 Nanometern. Sie sind zu klein, um das Licht stark zu streuen und deshalb wirkt die Keramik transluzent, wie ein natürlicher Zahn.
Bis die Materialien aus dem Jenaer Otto-Schott-Institut als Zahnersatz praktisch zum Einsatz kommen können, ist allerdings noch einiges an Entwicklungsarbeit notwendig. Doch die Grundlagen sind geschaffen.
FSU / PH
