Fotoinitiatorer til tandfyldninger, kontaktlinser og tandproteser

Fotoinitiatorer sikrer, at flydende plast - for eksempel til tandfyldninger - hærder hurtigt ved hjælp af lys. Takket være en ny syntesemetode udviklet af TU Graz, disse initiativtagere kan produceres billigt, noget, der vil åbne yderligere døre for teknologien.

Enhver, der nogensinde har været i tandlægestolen med et hul i tanden, kender sikkert proceduren. Efter hullet i tanden er boret, en fyldning af flydende plast isættes. Dette modelleres derefter i munden og hærdes (hærdes) af UV-lys. Dette er muliggjort af såkaldte fotoinitiatorer. Det er kemiske forbindelser, der tilsættes fyldpastaen. De nedbrydes, når de udsættes for lys og danner radikaler, der får denne pasta til at hærde.

I nogle år nu, Germanium-baserede fotoinitiatorer er blevet brugt til dette formål. Fordelen ved disse er, at de absorberer lys med længere bølgelængde og derfor ikke kræver UV-lys, som er sundhedsfarligt, til hærdning. Denne ikke-toksiske fotoinitiator har allerede etableret sig inden for dentalområdet, selvom det er dyrt at producere. Produktionsomkostningerne på et kilogram af denne initiativtager er i øjeblikket i størrelsesordenen af ​​en ny lille bil. "I betragtning af de små mængder, der er nødvendige til tandfyldninger, prisen på fotoinitiatoren er næppe en faktor i dentalindustrien. For andre applikationer, imidlertid, den dyre produktion var en anstødssten - indtil nu, " forklarer kemiker Michael Haas fra Graz University of Technology (TU Graz).

Ny, enkel syntesemetode

Sammen med sit team på Institut for Uorganisk Kemi, Haas har udviklet en helt ny syntesemetode til germanium-baserede fotoinitiatorer. I modsætning til konventionel syntese, denne produktionsmetode kræver ikke kun svovl ("en lugt du ikke nødvendigvis vil have i munden"), men er også væsentligt enklere, mere effektiv og billigere. Det er lykkedes os at etablere en alternativ tilgang til denne klasse af forbindelser, der er enkelttrins og gør isolering af produktet helt enkelt." I processen, flere siliciumbaserede beskyttelsesgrupper spaltes af samtidigt. Den ønskede forbindelse isoleres derefter ved simpel krystallisation. Dette åbner op for yderligere biomedicinske anvendelser for denne klasse af fotoinitiatorer, for eksempel i produktion af kontaktlinser, proteser, nye implantater og kunstigt menneskeligt væv.

Forskerne har nu oversat denne alternative tilgang til anvendelse med projektpartneren Ivoclar Vivadent AG. Dentalvirksomheden havde allerede en toksikologisk sikker germanium-baseret fotoinitiator (Ivocerin) i sin produktportefølje. Imidlertid, dette har også alvorlige ulemper i produktionen, som Haas forklarer:"I tilfældet med Ivocerin, syntesen er kompleks og flertrinsproces, og fjernelse af reaktionspartnerne er også dyrt og fører til enorme udbyttetab." Den overskuelige markedslancering af den nye initiativtager vil gøre tandfyldninger væsentligt billigere i fremtiden.

Michael Haas ser også potentiale for andre biomedicinske anvendelser, såsom kontaktlinser. For de fleste af disse applikationer, toksikologisk tvivlsomme fotoinitiatorer er blevet brugt indtil nu (f.eks. fosforbaserede initiatorer). De germanium-baserede initiativtagere, som er uskadelige for sundheden, har hidtil været for dyre til disse applikationer. Produktion af nye implantater, proteser eller kunstigt menneskeligt væv er også mulige anvendelsesområder for den nysyntetiserede initiator.

"Det bliver interessant, hvor brugen af ​​giftfri materialer er af central betydning, " siger Haas. Omkring 12 år gammel, forskning i fotoinitiatorer er et relativt ungt område. Michael Haas og hans forskergruppe har allerede med succes fået tildelt to uafhængige patenter inden for germanium-baserede fotoinitiatorer i de seneste fire år. "Da radikale fotoinitiatorer bruges i mange industrielle processer, den absolutte relevans af vores resultater kan endnu ikke vurderes, siger Haas.

På trods af al dens applikationsorientering, Michael Haas' arbejdsgruppe høster også en rig høst inden for grundforskning. I de seneste år, de har publiceret mere end 15 artikler i anerkendte videnskabelige tidsskrifter alene på dette område. Haas, sammen med sin doktorand Manfred Drusgala og andre kolleger, har for nylig offentliggjort nye resultater i det videnskabelige tidsskrift Angewandte Chemie . I det, forskerne beskriver en ny metode til målrettet syntese af såkaldte bisenolater, en særlig klasse af forbindelser fra enolatkemi. Denne klasse af forbindelser er karakteriseret ved muligheden for en dobbeltreaktion ved det centrale og aktive germaniumatom - dvs. to reaktioner kan udføres samtidigt. Dette muliggør introduktion af nye funktioner, gør denne nye klasse af forbindelser af stor interesse for yderligere forskning inden for fotoinitiatorer.

"Dette er også en milepæl for hele feltet af organometallisk kemi, " siger Haas. Han og hans team udvikler i øjeblikket helt nye typer vandopløselige fotoinitiatorer baseret på disse molekyler, noget, der repræsenterer tidligere ubetrådt terræn i dette forskningsfelt.