Neuer Zahnersatz aus Zellulose und Proteinen
Finnische Materialforscher entwickeln extrem festes Material mit sehr breiter Anwendungspalette
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Pezhman Mohammadi präsentiert Implantat-Prototypen (Foto: vttresearch.com/en) |
Espoo/Singapur (pte004/03.09.2021/06:15)
Die Kronen von Zahnimplantaten einer neuen Generation sind härter, leichter und umweltverträglicher als die heute üblichen aus Hochleistungskeramik. Dabei basieren sie auf einem vermeintlich weichen Werkstoff, aus Zellulose, dem Basismaterial etwa für Papier. Das Kunststück ist Forschern des VTT Technical Research Centre of Finland https://www.vttresearch.com/en in Espoo und der Nanyang Technological University Singapore https://www.ntu.edu.sg/ gelungen.
[b]Krebes erlegen ihre Beute mit Tempo 80[/b]
Vorbild ist der Schlagarm der Fangschreckenkrebse, ein der furchtbarsten Waffen im Tierreich. 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.
[b]Innen weich, außen schlagfest[/b]
„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
[b]Zellulosefasern ersetzen Chitin[/b]
Das Team aus Espoo und Singapur ersetzt die Chitin- durch Zellulosefasern. Als Kleber besteht aus zwei Arten von gentechnisch veränderten Proteinen. Das eine Protein erhöht die Festigkeit des Material, das andere sorgt für das Wachstum von Hydroxylapatitkristallen, die der menschlichen Knochenmasse zum Verwechseln ähnlich sind. Aus diesem Material formten die Forscher Kronen, die auf Zahnimplantate geschraubt werden können.
[b]Bruchfeste Windschutzscheiben[/b]
Das Material ist ideal für Bauteile, die wiederholt heftige Stöße zerstörungsfrei ertragen. Es ist stärker, zäher und wesentlich leichter ist als künstliche technische Keramik. Außer für schlagfeste Implantate könnte es für hoch belastete 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.
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