Neuer Zahnersatz aus Zellulose und Proteinen

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Finnische Materialforscher entwickeln extrem
festes Material mit sehr breiter Anwendungspalette

Neuer Zahnersatz aus Zellulose und Proteinen
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Pezhman Mohammadi präsentiert Implantat-Prototypen (Foto: vttresearch.com/en)
Archiv | 11.09.2021 | Die Kronen von Zahnimplantaten einer neuen Generation sind härter, leichter und umweltverträglicher als die heute üblichen aus Hochleistungskeramik. Dabei basieren sie auf dem vermeintlich weichen Werkstoff Zellulose. Das Kunststück ist Forschern des VTT Technical Research Centre of Finland und der Nanyang Technological University Singapore gelungen.

Vorbild Fangschreckenkrebs
Vorbild ist der Schlagarm der Fangschreckenkrebse. Er erreicht eine Geschwindigkeit von gut 80 Kilometern pro Sekunde, die wiederum im Bruchteil einer Sekunde erreicht werden. Damit zerschmettern sie die Panzer von Beutetieren, als bestünden diese aus dünnem Glas. Die Keulen sind aus drei unterschiedlichen Schichten aufgebaut, wodurch diese den hohen Kräften beim Aufprall auf einen Gegenstand unbeschadet widerstehen.


"Die Keule hat eine weiche Innenschicht, die Energie ableitet, und eine steife, harte und schlagfeste Außenschicht", sagt Pezhman Mohammadi vom VTT, dessen Spezialgebiete Molekularbiologie und Protein-Engineering sind. "Beide Ebenen bestehen aus ähnlichen Bausteinen mit allerdings unterschiedlichen Inhalten und Formen, die auch unterschiedlich angeordnet sind." Es handelt sich um Chitin-Nanofasern, die von einem proteinreichen Kleber zusammengehalten werden.


Zellulosefasern ersetzen Chitin
Das Team hat die Chitin- durch Zellulosefasern ersetzt. Als Kleber besteht er aus zwei Arten gentechnisch veränderter Proteine. Das eine Protein erhöht die Festigkeit des Materials, das andere sorgt für das Wachstum von Hydroxylapatitkristallen, die der menschlichen Knochenmasse zum Verwechseln ähneln. Aus diesem Material haben die Forscher Kronen geformt, die auf Zahnimplantate geschraubt werden können.


Das Material ist ideal für Bauteile, die oft heftige Stöße zerstörungsfrei ertragen müssen. Es ist stärker, zäher und wesentlich leichter als künstliche technische Keramik. Außer für schlagfeste Implantate könnte es für hochbelastete Sportgeräte, schusssichere Westen, Strukturbauteile von Flugzeugen und Oberflächenbeschichtungen für Windschutzscheiben genutzt werden, um sie bruchfester zu machen. Eine entscheidende Hürde muss allerdings noch überwunden werden. Die Naturkeramik lässt sich derzeit nur in kleinen Mengen herstellen. Nötig ist demnach die Entwicklung eines industriellen Verfahrens für die Massenproduktion. (pte)


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