Eine Wurzelbehandlung ist für Zahnarzt und Patient anstrengend. Hierbei entfernt der Arzt mit Hilfe einer rotierenden Feile entzündetes Gewebe im Inneren des Wurzelkanals. Dabei bleibt abgetragenes Gewebe an der Feile haften und verklebt diese. Der Arzt muss sie aufwendig reinigen, bevor es mit der Behandlung weitergehen kann.
Zahnmedizin: Piezokeramik für ein neues Feileninstrument
Eine neue Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden soll hier Abhilfe schaffen. Forschende konstruierten im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens „Ipuclean“ ein innovatives Feileninstrument. Ipuclean steht für Intelligentes piezoelektrisches Ultraschallsystem zur Erhöhung der Reinigungs- und Schneidleistung von Wurzelkanalfeilen aus Nickel-Titan-Legierungen.
Unter Leitung von Dr. Holger Neubert, Abteilungsleiter Intelligente Materialien und Systeme, entwickelte das Team einen winzigen piezokeramischen Stapelaktor, der die Rotation der Feile mit einer axial schwingenden Bewegung im Ultraschallfrequenzbereich überlagert.
Zahnfeile rotiert und schwingt durch Piezokeramik bei Wurzelbehandlung
Neubert erklärt die Vorteile des piezokeramischen Stapelaktors: „Durch die Überlagerung der Rotation mit einer axialen Schwingung setzt sich die Feile weniger schnell zu und muss daher nicht mehr so oft gespült werden.“ Die Zahnärztin oder der Zahnarzt könne sich viel besser auf die ohnehin diffizile Arbeit im Wurzelkanal konzentrieren. „Zudem sinkt das Risiko eines Feilenbruchs.“ Für Patienten bedeutet dies: Die Wurzelbehandlung ist deutlich schneller zu Ende. Ärzte der zahnmedizinischen Fakultät der Universität Rostock erprobten die Technik bereits an Kunststoffzähnen und gaben positives Feedback.
Aktoren auf piezokeramischer Basis haben mehrere Vorteile. Sie sind kompakt und klein, arbeiten schnell und präzise, lassen sich einfach ansteuern und entwickeln nur geringe Wärmeverluste. Bei Stapelaktoren werden mehrere Schichten übereinandergelegt und so miteinander verschaltet, dass sich die Auslenkung des Aktors vergrößert.
Miniaturisiertes Handgerät mit Piezokeramik: Über Wurzelbehandlung hinaus interessant
Damit konnten die Forschenden das Handgerät so miniaturisieren, dass es sich in den beengten Platzverhältnissen des Mundraums noch gut bewegen lässt. Ein weiterer Erfolg: Am Fraunhofer IKTS wurden auch Stapelaktoren aus bleifreiem Material gefertigt. Diese erfüllen bereits zukünftige Anforderungen der europäischen Rohs-Richtlinie und sind frei von gefährlichen Substanzen.
Die Forschenden nehmen eine Reihe weiterer Anwendungen in der Medizin in den Blick, etwa niederfrequente Ultraschallwandler mit hoher Eindringtiefe für die Tomografie.
Die piezokeramischen Wandler sind durch die Miniaturisierung so kompakt, dass bis zu 2000 Stück in ein Tomografie-System herkömmlicher Größe passen. Das erlaubt hochauflösende 3D-Bilder des menschlichen Körpers in der Diagnostik.
Hochfrequente Ultraschallwandler für die Dermatologie profitieren von Piezokeramik
Hochfrequente Ultraschallwandler sind beispielsweise in der Dermatologie gefragt. Sie liefern präzise Bilder mit hoher Auflösung bei geringer Eindringtiefe. Ebenso sind Anwendungen als Leistungsultraschallwandler möglich. Dabei wird durch stark fokussierten Schalleintrag Gewebe lokal zerstört, beispielsweise in der Krebstherapie.
Das Fraunhofer IKTS ist auf der Medizintechnikmesse Compamed in Düsseldorf vertreten, vom 13. bis 16. November 2023, am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle 8a, Stand G10).
