Dentalmaterialien für die Biomedizin

Das Fraunhofer ISC setzt seit Jahrzehnten Maßstäbe bei Dentalprodukten in den Bereichen Restauration und Prophylaxe


Die Auftragsforschung in Kooperation mit Dentalunternehmen an im Hause entwickelten und patentierten Hybridpolymeren und Glaskeramiken brachte Produkte wie ceram.x®, Admira®, Admira® Fusion, Admira® Fusion x-tra, Admira® Fusion x-base, SUPRINITY® PC, Celtra® und CEREC Tessera™ auf den Markt. Dabei war und ist es unser Anspruch der aktuellen Produktgeneration immer einen Schritt voraus zu sein.
Um diesem Anspruch gerecht zu werden, nutzen wir moderneste Syntheseverfahren, um unsere Materialien nach den gewünschten Anforderungen zu designen (z. B. biokompatibel, biodegradierbar, PFAS-frei bzw. allgemein fluoridfrei). Des Weiteren werden unsere Werkstoffe applikationsspezifisch chemisch, physikalisch und biologisch durchcharakterisiert und können mit Hilfe diverser Strukturierungs- und Formgebungsverfahren verarbeitet werden.

Ein logischer nächster Schritt war es, die einzigartigen Eigenschaften unserer dentalen Werkstoffe In Bezug auf Biokompatibilität, physiologische Beständigkeit bis Biodegradierbarkeit, Formgebung, Prozessierung, Festigkeit und elastomechanischen Eigenschaften für andere Anwendungsfelder im Bereich Biomedizin zu nutzen.
Gerade bei komplexen Anforderungsprofilen im Implantatbereich (u.a. Menisken, Bandscheiben, bioaktiver Knochenersatz, biomimetische Implantatsysteme) können wir werkstoffliche Lösungen anbieten, die dem Wettbewerb den entscheidenden Schritt voraus sind.

Fordern Sie uns heraus!

 

Werkstoffe und Anwendungsfelder

Glaskeramik − neue Eigenschaften durch kristallisiertes Glas

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Glaskeramiken entstehen durch die gezielte Kristallisation von Spezialgläsern. Durch das meist sehr feine Gefüge können neue Eigenschaftskombinationen entstehen, die das Feld der Gläser und Keramiken deutlich erweitert. So können z. B. in Glaskeramiken Biegebruchfestigkeiten erzielt werden, die höher sind als alle einzelnen Phasen an sich.

Da auch die chemische Beständigkeit sowie Farbe und Transluzenz eingestellt werden können, eignen sich Glaskeramiken insbesondere auch für den Einsatz als Dentalmaterialien.

Am Fraunhofer ISC konnte eine dentale Glaskeramik entwickelt werden, die mittels CAD-CAM-Verfahren hergestellt werden kann. Für deren wirtschaftlichen Erfolg erhielten ISC-Wissenschaftler 2019 den Joseph von Fraunhofer Preis »Technik für den Menschen«.
 

Presseinformation lesen

ORMOCER® − ORganically MOdified CERamics

Additive Fertigung mit ORMOCER®
© Fraunhofer ISC

Eine Materialklasse mit vielfältigen Eigenschaften

ORMOCER®-Materialien sind Hybridpolymere, die sowohl anorganische als auch organische Bestandteile enthalten. Diese Polymere ermöglichen es, verschiedene Eigenschaften durch die Integration von funktionellen Gruppen während der Synthese zu kombinieren. Durch die Verwendung photopolymerisierbarer Harze können mit Hilfe verschiedener 3D-Druckverfahren Prototypen im Dental- und Medizinbereich zeitsparend, kostengünstig und mit einem breiten Spektrum an Attributen hergestellt werden.

 

Bioaktive Gläser und Glaskeramiken

Bioaktives Glas Implantologie
© freepik

Vielfältige Anwendung in der Implantologie

Glas ist aufgrund seiner Formgebungsvielfalt der ideale Ausgangswerkstoff für 3D gefertigte, patientenindividuelle Implantate. Das Fraunhofer ISC forscht seit Jahren daran, die Formgebungspalette von biokompatiblen bzw. bioaktiven Gläsern zu erweitern und somit neue Möglichkeiten in der biomedizinischen Anwendung zu erschließen. Hierbei setzen wir nicht nur auf rein Glas basierte Materialkonzepte, sondern nutzen durch neue, innovative Technologien wie den 3D-Druck auch die Möglichkeit von Verbundwerkstoffen. Durch die Option der gezielten Kristallisation ergeben sich weitere spannende Anwendungsmöglichkeiten. Die Vorteile zweier Materialklassen werden hier optimal genutzt: Formgebungsvielfallt der Gläser mit mechanischen und optischen Eigenschaften der Keramik.

Mögliche Anwendungsgebiete für bei uns entwickelte Glassysteme sind z. B.

  • 3D-Gerüststrukturen
  • Partikuläre Zellwachstumssubstrate
  • Patientenindividuelle Implantate

Natürlich ist dies nur eine Auswahl. Gerne lassen wir uns durch Ihre innovativen Gedanken inspirieren und entwickeln mit Ihnen gemeinsam die optimale Lösung für Ihren Materialwunsch oder den Ihrer Kunden.

Lassen Sie uns die Vorteile von Biogläsern wie z. B.:

  • Freiformflächen
  • Variable Funktionsporosität
  • Anpassbare chemische Zusammensetzung
  • Mikrostrukturierbarkeit
  • Gezielte Biodegradierbarkeit             

in Ihrer spezifischen Anwendung nutzen.

Biodegradierbare Materialien

Biodegradierbare Materialien ORMOCER®
© Fraunhofer ISC

ORMOCER®-basierte abbaubare Materialsysteme

Biodegradierbare Materialien sind besonders für medizinische Anwendungen, wie beispielsweise als Scaffoldmaterial wie Stents von großem Interesse. Da sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Degradationsrate durch die chemische Struktur angepasst werden können, sind auch Anwendungen außerhalb des medizinischen Sektors denkbar.



 

Flexible Materialien

Durch die Verwendung von Digital Light Processing (DLP) ist es möglich, flexible ORMOCER®-Materialsysteme zu verarbeiten. Dadurch können komplexe Strukturen und Geometrien hergestellt werden, was zu einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten führt, wie z. B. Aufbissschienen oder Aligner.

ORMOCER® Materialsystem Flexibler Zylinder
© Fraunhofer ISC
3D-gedruckte Zahnbegradigungsschiene
© Fraunhofer ISC
ORMOCER® Materialsystem Flexible Ballstruktur
© Fraunhofer ISC

Flexible Materialien mit Thermoeffekt

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, flexible ORMOCER®-Materialsysteme mit einem Thermoeffekt zu kombinieren, was die Einsatzmöglichkeiten dieser Materialien erheblich erweitert. Durch gezielte Anpassungen der chemischen Struktur kann der Erweichungspunkt in einem breiten Temperaturbereich eingestellt werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine harte Konsistenz bei Raumtemperatur und eine weiche Konsistenz bei Körpertemperatur für das komfortable Tragen von Otoplastiken und eine einfache Handhabung.

Thermoeffekt Skizze
© Fraunhofer ISC
ORMOCER® Materialsystem Thermoeffekt Otoplastik
© Fraunhofer ISC

Hochfeste Materialien

Glaskeramiken Hochfeste Materialien
© Fraunhofer ISC

Bei Glaskeramiken werden über Temperaturprogramme aus dem Ausgangsglas Kristalle erzeugt, so dass ein Gefüge entsteht, das glasige und kristalline Bestandteile enthält. Durch die Steuerung des Temperaturprozesses kann die Größe und die Anzahl der Kristalle und somit das Eigenschaftsprofil des resultierenden Materials eingestellt werden. So lassen sich gezielt Materialien herstellen, die hohe mechanische Kennwerte wie Härte, Festigkeiten, E-Modul und Risswiderstand aufweisen. Sind die Kristalle klein genug oder das „Restglas“ dem Brechungsindex der kristallinen Phase angepasst, sind diese Materialien zusätzlich transparent und können auch für optische Anwendungen wie z. B. Linsen eingesetzt werden.



 

3D-Druck

Digital Light Processing (DLP)
© Fraunhofer ISC / W2P Engineering GmbH

Digital Light Processing (DLP)

Beim DLP werden mit Hilfe von photopolymerisierbaren Harzen Bauteile Schicht für Schicht aus einer Materialwanne heraus gedruckt. Durch eine simultane Aushärtung der kompletten Schicht entsteht eine Unabhängigkeit der Druckdauer von der Bauteilanzahl sowie -komplexität, was eine enorme Zeitersparnis zu anderen Druckverfahren bedeutet. Im Vergleich zu herkömmlichen Fräs- oder Schneideverfahren kann durch Digital Light Processing außerdem deutlich Material eingespart werden und neue 3D-druckbare und biokompatible Materialien bzw. Komposite bieten neue Lösungen für diverse biomedizinische Herausforderungen.

3D-Bioprinting
© Fraunhofer ISC

3D-Bioprinting

3D-Bioprinting ist ein innovatives Verfahren, bei dem lebende Zellen und Biomaterialien verwendet werden, um dreidimensionale Gewebestrukturen zu drucken. Dieser Ansatz hat das Potenzial, die Medizin und Pharmazie zu revolutionieren, da es möglicht wird, maßgeschneiderte Gewebe und zukünftig sogar Organe herzustellen. Durch die Kombination von Biologie, Ingenieurwesen und Materialwissenschaften eröffnet das Bioprinting neue Wege für die Geweberegeneration, die Arzneimittelentwicklung und das Verständnis von Krankheiten.

Wir bieten Ihnen an, Ihre Materialien und Tinten mit einer Vielzahl von additiven Fertigungsverfahren testweise mit unserer Bioprintinganlage zu drucken. Kombinieren Sie Materialien, Drucktechniken und Biologie in einem Schritt!

Extrusion

Komposit-Zahnblock
© Fraunhofer ISC

Durch Extrusion lassen sich ideale Bedingungen für die vollautomatisierte Herstellung hochwertiger Kompositblöcke schaffen. Der gesamte Prozess, angefangen vom Mischen der Ausgangsmaterialien bis hin zur fertigen Zahnblöcken, wird in einem kontinuierlichen Prozess ohne separate Mischeinheiten oder manuelle Formgebung durchgeführt. Dies bietet den Vorteil einer effizienten und durchgängigen Produktion.

Glaskeramik

Graphitblöcke als Dentalmaterial
© Fraunhofer ISC

Glaskeramische Materialien werden zumeist als Massivkörper hergestellt, da so die Herstellungsvorteile von Gläsern zum Tragen kommen. Man erhält homogene, dichte und transparente Proben. Für die Produktion von Dentalblocks für CAD/CAM-Anwendungen werden Blocks in verschiedenen definierten Größen gefordert. Hier bietet sich der Guss in Graphitformen an, da Gläser Graphit meist nicht benetzen und keine Oberflächenreaktion erfolgt. So lassen sich die Ausgangsglasblocks gut aus den Tiegeln herausnehmen und man erhält eine auch optisch saubere Oberfläche

Biomimetische Anwendungen

Unter Biomimetik versteht man eine Nachahmung der Natur. Am Fraunhofer ISC werden z. B. natürliche Strukturen aus neuen Materialien untersucht.
Mit der am ISC entwickelten ORMOCER®-Materialklasse und Glaskeramiken lassen sich interessante Materialkomposite, also Kombinationen aus den beiden Materialien herstellen. So kann z. B. der Aufbau des natürlichen Zahns, der ja nicht monolithisch aufgebaut ist, übernommen werden, indem das weichere Dentin durch ein angepasstes ORMOCER® und der härtere Zahnschmelz durch eine optimierte Glaskeramik ersetzt wird. So kann die hohe Risstoleranz des natürlichen Zahns biomimetisch nachgestellt werden. 

Auch der Aufbau des Zahnschmelzes kann durch ORMOCER® und Glaskeramik biomimetisch kombiniert werden.  

ORMOCER®-basierte Komposite

ORMOCER®-basierte Komposite für die Zahnmedizin
© AdobeStock

Komposite sind im Bereich der Zahnmedizin eine wichtige Komponente als Füllungsmaterial und teilweise auch für indirekte Restaurationen.


Dentale Komposite auf Basis von ORMOCER®-Material bieten dabei gegenüber rein organischen Systemen verschiedene Vorteile:

  • Das monomerfreie Matrixsystem sorgt für eine biokompatible Materialbasis.
  • Aufgrund des anorganischen Anteils weisen sie eine geringe Polymerisationsschrumpfung und hohe Abriebfestigkeit auf.
  • Durch Einbringen unterschiedlicher funktioneller Gruppen können die mechanischen Eigenschaften anpassbar gestaltet werden.

Ihre Ansprechpartner vor Ort

Rick Niebergall

Contact Press / Media

Rick Niebergall

Leiter Glastechnologie

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-252

Jörn Probst

Contact Press / Media

Dr. Jörn Probst

Leitung Biomaterialien und Strategische Entwicklung

Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RT
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-300