Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Formgedächtnispolymere für die Kieferorthopädie (FPK)

Hauptziel des Vorhabens ist die Entwicklung multifunktionaler, polymerbasierter Zahnregulierungsmittel als perspektivische Alternative zu klassischen Zahnspangen. Der Einsatz von Formgedächtnispolymeren (FGPs) ermöglicht es ein System so zu gestalten, dass durch Wärmeeintrag Kräfte aufbaut werden, die zur kontrollierten Zahnbewegung eingesetzt werden können. Der innovative Beitrag der Forschungsergebnisse besteht in der gezielten Entwicklung neuer FGPs, die aufgrund ihrer funktionalen Eigenschaften für diese Anwendung prädestiniert sind. Das Maßschneidern der erforderlichen Eigenschaftsprofile soll mittels Polymersynthese und Programmierung erfolgen. Die Werkstoffverarbeitung durch Extrusion, Schmelzschichtung und Tiefziehen stellt viele Möglichkeiten in der Gestaltung sicher. Im Rahmen einer ganzheitlichen Betrachtung werden biomechanische Untersuchungen, Versuche zur Materialalterung und Studien zur Biokompatibilität durchgeführt.

Das Vorhaben setzt auf Erkenntnissen vergangener Untersuchungen des Fraunhofer IAP auf und nutzt das Wissen zur Polymersynthese und -verarbeitung sowie zur Programmierung, d. h. zum Ausrüsten von FGPs mit thermoresponsiven Eigenschaften im Rahmen von thermomechanischen Behandlungen. Das UKD bringt die Expertise aus der Biomechanik und Biologie der Zahnbewegung mit ein und kann zielgerichtet die Eignung von FGPs zur Zahnbewegung untersuchen. Der Ansatz schafft direkt verwendbare Erkenntnisse und Ergebnisse für den Einsatz von FGPs in der Kieferorthopädie, die auch zur Erschließung weiterer Anwendungen dienen können. Wirtschaftliche Vorteile sind für die KMUs in der möglichen Entstehung einer neuen Technologie, aus der neue Produktkategorien zur Zahnbewegung hervorgehen können, zu sehen. Ferner profitieren KMU entlang der gesamten Wertschöpfungskette bei der Herstellung und Implementierung der polymerbasierten Zahnregulierungsmittel.

Der potenzielle Nutzerkreis ist als groß einzustufen; dieser umfasst u. a. Softwareentwickler für die Kieferorthopädie, Unternehmen mit Fokussierung auf Polymerverar-beitung und 3D-Drucktechnologien, Aligner-Hersteller mit Interesse an der Erweiterung ihres Produktsegments und kieferorthopädische Praxen.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel war die Materialtechnologie der Formgedächtnispolymere (FGPs) zweckdienlich für den Einsatz in der Kieferorthopädie zu nutzen. Dazu sollten für eine physiologische Zahnfehlstellungskorrektur Aligner aus entsprechenden thermoplastischen Polyurethanen (TPUs) entwickelt werden, die durch Ausnutzen derer Formgedächtniseigenschaften einen erheblichen Mehrwert und eine Kostenreduktion in der Therapie bieten. Es wurden verschiedene TPUs synthetisiert und charakterisiert. Die Ermittlung thermischer, thermo-mechanischer und Formgedächtniseigenschaften, sowie die Analyse applikationsorientierter Eigenschaften, wie Biokompatibilität und Materialverhalten bei anwendungsnaher Umgebung, erlaubten die Evaluation geeigneter Materialien. Es wurden Zahnmodelle digital konstruiert und additiv gefertigt, mit denen Aligner über eine klassische Thermoformung (Tiefziehverfahren) hergestellt wurden. Es wurde ein entsprechender Handlungsleitfaden zur Prozessierung von FGPs für das Tiefziehverfahren entwickelt und dieses mit alternativen Herstellungsmethoden verglichen und bewertet. Schließlich konnte gezeigt werden, wie ein Formgedächtniseffekt (FGE) der Materialien unter applikationsrelevanten Bedingungen möglich war und wie der FGE eines hergestellten FGP-Aligners eine Zahnfehlstellung modellhaft zu korrigieren vermochte. Damit konnte eine direkte Übertragbarkeit zweckdienlicher Formgedächtniseigenschaften auf Korrekturzahnschienen nachgewiesen werden zur potentiellen Verbesserung bestehender Therapiemethoden.