In der Natur gibt es kaum ein langlebigeres und härteres Material als der Zahnschmelz. Einem Forscherteam der ETH Zürich ist es erstmals gelungen, einen künstlichen Zahn herzustellen, der die gleiche Mikrostruktur aufweist wie ein echter Zahn.
Seine Oberfläche ist genauso hart und komplex strukturiert wie beim natürlichen Vorbild, während die darunter liegende Schicht wie beim echten Zahn weicher ist. «Das für den Kunstzahn erhobene Profil für Härte und Zähigkeit deckt sich genau mit demjenigen eines natürlichen Zahns», sagt André Studart, Professor für komplexe Materialien, in einer Mitteilung. Das natürliche Vorbild werde «beinahe perfekt» imitiert.
Alt und neu kombiniert
Studart und sein Team haben eine 100 Jahre alte Technik genutzt und diese mit moderner Materialforschung kombiniert. Das Verfahren wird «magnetisch unterstützter Schlickerguss» genannt. Dabei wird zuerst ein Gussabdruck eines Zahns hergestellt, in der dann eine Suspension aus Aluminiumoxid-Plättchen gegossen wird. Die Poren der Gussform saugen den flüssigen Anteil auf, und das Material verfestigt sich von aussen nach innen.
Einen schichtartigen Aufbau erhalten die Forscher, indem sie während des Gussvorgangs ein Magnetfeld anlegen, dessen Richtung sie in regelmässigen Zeitabständen ändern. Solange das Material flüssig ist, richten sich die Keramikplättchen am Magnetfeld aus. Im verfestigten Material behalten die Plättchen ihre Orientierung bei.
Machbarkeit nachweisen
Die Form wird dann bei 1600 Grad gesintert, um das Material zu verdichten und zu härten. Ästhetisch überzeugt der Zahn noch nicht, doch den Forschern ging es zuerst darum, die Machbarkeit nachzuweisen. Ein Teil des Prozesses wurde bereits patentiert. «Unsere Technik ist ähnlich wie 3D-Printing, jedoch zehnmal schneller und viel kostengünstiger», sagt Florian Bouville, Postdoc bei Studart und Co-Autor der Studie.
