Zahnpasten und -bürsten können nun besser und schneller entwickelt werden: Mit einer neuartigen Simulation lassen sich verschiedene Parameter wie etwa die Form der Borsten oder die Größe der Putzkörper mit einem Klick ändern.
Morgens beim Aufwachen ist ein pelziger Belag auf den Zähnen zu spüren: Ein Biofilm, der sich über Nacht gebildet hat und auf Dauer zu Karies führen kann. Deshalb ist es wichtig, die Zahnbürste zu nehmen und diesem Pelz den Garaus zu machen. Die Auswahl an Zahnpflegeprodukten ist groß. So finden sich bei den Bürsten abgerundete und spitze, harte und weiche Borsten. Auch solche mit verschieden langen Filamenten werden angeboten.
Welche die Zähne am gründlichsten reinigen und den Zahnschmelz dabei möglichst schonen, konnten die Hersteller bisher nur durch Experimente abschätzen. Ebenso verhält es sich bei den scheuernden, sprich abrasiven Partikeln – den Putzkörpern – in den Zahnpasten. Verschiedene Pasten mit unterschiedlichen Partikeln mussten angerührt und auf künstlichem Zahnschmelz untersucht werden – eine aufwendige Angelegenheit. Ein weiteres Manko: Da sich nur das Gesamtsystem Zahnbürste, Zahnpasta und Zahnschmelz untersuchen lässt, können die Produzenten mit Hilfe dieser Experimente schwer beurteilen, welchen Einfluss jeder einzelne Parameter ausübt.
Eine neuartige Simulation schafft Abhilfe. Entwickelt wurde sie von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg. „Mit unserem Verfahren können Hersteller von Zahnpflegeprodukten schnell, kostengünstig und zuverlässig erfassen, welchen Einfluss die jeweiligen Faktoren auf die Reinigung haben“, sagt Dr. Christian Nutto, Wissenschaftler am IWM. „Anders als im Experiment lassen sich die einzelnen Parameter in der Simulation einfach variieren – sei es die Größe, die Form oder auch die Menge der abrasiven Partikel in der Zahnpasta, sei es das Material, aus dem sie bestehen, oder die Form und die Elastizität der Bürstenfilamente.“ So könnten die Untersuchungen viel breiter angelegt werden, als dies bei realen Tests möglich wäre – was sich in der Qualität der Produkte bemerkbar mache.
Welche Auswirkungen haben Form und Steifigkeit der Zahnbürstenfilamente beim Putzen? Wie wirken sich unterschiedliche Putzkörper und die Viskosität, also die Zähigkeit der Zahnpasta, auf Zahnschmelz und das eigentliche Angriffsziel aus: den Biofilm auf den Zähnen? Solche Fragen kann die Simulation zuverlässig beantworten – und zwar lange, bevor die Hersteller die Zahnpasta angerührt haben.
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