Flugzeuge aus künstlichem Zahnschmelz
Die Ansprüche an strukturelle und elektronische Komponenten, wie beispielsweise an die Bordcomputer von Flugzeugen, sind äußerst hoch. Diese Elemente müssen in der Lage sein, der ständigen mechanischen Belastung und Vibrationen ohne Rissbildung standzuhalten. Dasselbe gilt eigentlich auch für unsere Zähne. Angesichts dessen haben Forscher der Universität Michigan einen synthetischen Zahnschmelz entwickelt, der im Bereich der Flugzeugtechnik zum Einsatz kommen kann.
Gesucht wurde ein steifes, aber schwingungsdämpfendes Material
Das Team um Prof. Nicholas Kotov, College of Engeneering, Chemical Engeneering, nahm sich die Natur zum Vorbild. Die Forscher suchten nach einem steifen, aber schwingungsdämpfenden Material und begannen ihre Forschung an Knochen, Muscheln, Panzer, Kotov's eigenem Weisheitszahn, Walrosszähnen und Zähnen des Tyrannosaurus rex. Am Ende stellten sie fest, dass die einzigartige Grundstruktur des Zahnschmelzes bei verschiedenen Spezies über einen Zeitraum von Millionen von Jahren gleich geblieben ist.
Die Härte, Festigkeit sowie die Steifigkeit nimmt mit jeder Ebene - Makro-, Mikro- und Nanobereich - zu. "Es war eine Herausforderung, diese Struktur zu replizieren. Wir haben beschlossen, eine Schicht-für-Schicht-Technik anzuwenden. Diese bietet eine sehr starke Haftung zwischen polymeren und mineralischen Oberflächen", sagte Kotov auf Nachfrage der zm.
40 Schichten und nur ein Tausendstel Millimeter dick
Mithilfe von Nanodraht und Polymeren bauten die Wissenschaftler den synthetischen Zahnschmelz, der aus 40 Schichten besteht und nur ein Tausendstel Millimeter dick ist. Das Endprodukt komme den Eigenschaften von echtem Zahnschmelz sehr nahe.
"Künstlicher Zahnschmelz ist besser als kommerzielle und experimentelle Materialien, die auf die gleiche Schwingungsdämpfung ausgerichtet sind", erklärte Kotov. Zudem seien sie leichter, effektiver und günstiger. Der Forscher hofft, dass der synthetische Zahnschmelz künftig in Bereichen wie der Luftfahrt und Elektronik zur Anwendung kommt. Auch biomedizinische Implantate aus künstlichem Zahnschmelz kann er sich vorstellen.
Bongjun Yeom , Trisha Sain , Naida Lacevic , Daria Bukharina , Sang-Ho Cha , Anthony M. Waas , Ellen M. Arruda, Nicholas A. Kotov, "Abiotic tooth enamel", in: Nature 543, pp 95-98, 02 March 2017, doi:10.1038/nature21410
