Neutronen und Röntgen-CT zeigen, wie stabilere Zahnfüllungen gelingen
Die Neutronentomographie-Aufnahmen (linke Spalte) zeigen, wie sich Flüssigkeit in dieser Zahnfüllung verteilt, während die Röntgen-CT-Aufnahmen (rechte Spalte) Mikrostruktur und Poren der gleichen Probe abbilden. Der Vergleich erlaubt zu sehen, welche Poren mit Flüssigkeit gefüllt sind. © HZB
Heloisa Bordallo und Ana Benetti, Universität Kopenhagen, arbeiten zusammen an der Entwicklung von belastbaren Zahnfüllungen aus Glasionomerzement.
© Universität Kopenhagen
Es gibt nicht nur unterschiedliche Materialien für Zahnfüllungen, sondern auch unterschiedliche Methoden, um das Füllmaterial anzurühren. Welche Zubereitung zum besten Ergebnis führt, ist nicht leicht herauszufinden. Ein Team aus Kopenhagen hat nun einen Weg gefunden, diese Frage für eine wichtige Klasse von Zahnfüllmaterialien zu beantworten: Sie untersuchten unterschiedlich angerührte Zahnfüllungen auf Basis eines Glasionomerzements mit Röntgen- und Neutronentomographie am HZB. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Zubereitung eine große Rolle spielt, um flüssigkeitsgefüllte Poren zu vermeiden, die die Stabilität der Füllung verringern. Die Arbeit ist nun in Scientific Reports publiziert.
Künstliche Zahnfüllungen müssen viel aushalten, nicht nur Säuren und Bakterien im Mund, sondern vor allem auch riesige mechanische Kräfte. Klassische Amalgam-Füllungen sind wegen ihres Quecksilbergehalts unbeliebt, neuere Kunststoff-Komposite halten den Belastungen häufig nicht ausreichend lange stand.
Ein interdisziplinäres Team des Niels Bohr-Instituts an der Universität Kopenhagen forscht daher an Glasionomerzement, einem Füll-Material, das ohne Quecksilber auskommt, biologisch verträglich und einfach zu verarbeiten ist. “Wir untersuchen die Beziehung zwischen der Mikrostruktur des Materials und seiner Belastbarkeit, damit wir diese Eigenschaften verbessern können”, sagt Ana Benetti, Zahnärztin und Wissenschaftlerin an der Universität Kopenhagen. Dabei wird Glasionomerzement als Pulver einfach mit einer Flüssigkeit angerührt, eine spezielle Laborausrüstung ist nicht nötig. Zudem härtet die Füllung von selbst aus und muss nicht wie die Komposit-Füllungen mit einer UV-Lampe gehärtet werden. Diese einfache Handhabung ist ein Vorteil bei der Behandlung von Patienten in ländlichen Regionen Afrikas, Chinas oder Südamerikas, die nicht ans Stromnetz angeschlossen sind.
Säuren in den Zement oder besser ins Wasser?
Das Material lässt sich auf mehreren Wegen zu einer Zahnfüllung verarbeiten: Das Zementpulver kann entweder mit einer Wasser-Säure Mischung angerührt werden oder es wird schon vorab mit einer Mischung aus Säuren versetzt, so dass normales Wasser zum Anrühren ausreicht. Die Frage war nun: Was ist der beste Weg, um eine stabile Füllung zu erreichen?
“Dabei ist es OK, wenn die Zahnfüllungen eine gewisse Anzahl von Poren aufweisen”, erklärt Heloisa Bordallo, Materialforscherin an der Universität Kopenhagen. „Problematisch wird es dann, wenn Poren mit Flüssigkeit gefüllt sind, denn dann brechen die Füllungen leichter.“ Um diese Frage zu untersuchen, nahmen sie Kontakt zu Nikolay Kardjilov und Ingo Manke auf, die Experten für 3D-Bildgebung mit Neutronen- und Röntgentomographie am BER II des Helmholtz-Zentrums Berlin sind.
Maximaler Durchblick mit Neutronen- und Röntgentomographie
“Unser Instrument CONRAD II ermöglicht die weltweit höchste räumliche Auflösung mit Neutronen, vergleichbar mit der Auflösung, die wir mit der Röntgen-Mikrocomputertomographie erreichen, die wir hier auch durchführen“, erklärt Kardjilov. Um die Position und Größe der Poren in den unterschiedlich angerührten Füllungen zu ermitteln, fertigten sie zuerst CT-Aufnahmen in 3D an. Die anschließende Neutronentomographie ermöglichte dann, die Verteilung von Wasserstoffatomen und Flüssigkeit im Material und insbesondere in den Poren zu erkennen.
Stabilere Füllungen mit "saurem" Wasser
Die Ergebnisse zeigen, dass der “einfachste Weg” nicht der beste ist: Wenn der Zement bereits mit Säuren vermischt ist und nur noch mit Wasser angerührt werden muss, kommt es zu Poren, die Flüssigkeit enthalten. “Wir erhalten ein stabileres Material, wenn wir das Zementpulver mit einer Mischung aus Säuren und Wasser anrühren. Es ist besser, die Säuren im Wasser zuzugeben – es hilft, die Flüssigkeit schneller zu binden, so dass weniger Wasser in Poren eingelagert wird” erklärt Heloisa Bordallo.
Dennoch ist noch in beiden Fällen zu viel Flüssigkeit in den Poren, die Forschung an der idealen Mischung für die perfekte Zahnfüllung geht weiter.
Die Ergebnisse sind im Open Access Journal Scientific Reports publiziert mit der doi:10.1038/srep08972
Das Niels Bohr Institut der Universität Kopenhagen hat dazu einen schönen Pressetext veröffentlicht.
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