Oberflächenmodifizierung von Materialien der Dentaltechnik mittels eines atmosphärischen Plasmajets
Antje Lehmann
Nicht-thermische atmosphärische Plasmen wurden und werden aufgrund ihrer breiten Palette physikalisch-chemischer Wirkungen auf Oberflächen und Materialien auf zahlreiche Anwendungen untersucht bzw. entwickelt. Die Untersuchungen reichen von Oberflächentechnologien, Schadstoffbehandlungen in Gas- und Flüssigphase bis hin zu biophysikalischen und biochemischen Therapieansätzen in der Humanmedizin. Vielseitige Plasmatechniken haben in der Industrie bereits Produktionsniveau erreicht, wie z. B. Oberflächenreinigung, -ätzung und -aktivierung zur Erhöhung der Benetzbarkeit oder Materialhaftung. Am Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e. V. (IOM) in Leipzig wurde ein nicht-thermischer atmosphärischer Plasmajet (APJ) niedriger mittlerer Temperatur von ca. 40° C entwickelt.
Damit erschließen sich Anwendungsfelder im Bereich wärmeempfindlicher Materialien und auch der Medizin.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung von Therapieansätzen vorzugsweise in der Zahnmedizin mittels des APJ, um bestehende therapeutische Defizite in der Kariesprophylaxe sowie der Osseointegration in der Implantologie lösen zu können. Ein großes Problem in der Zahnmedizin ist auch beim heutigen Stand der Technik die Sekundärkaries an Zahnfüllungsrändern infolge einer Spaltbildung zwischen dem Zahn und dem Füllmaterial. Vermeintlich bereits kurierte Zähne, welche mit Füllungen oder Kronen versorgt sind, sind meist betroffen. Bei der fachgerechten Behandlung kariöser Zähne mit Füllungen oder Kronen liegt das Hauptaugenmerk auf der vorherigen vollständigen Entfernung der von Kariesbakterien befallenen Zahnsubstanz. Dabei ist die restlose Beseitigung der Bakterien, welche bereits in die scheinbar noch harten Bereiche um die Kariesläsion eingedrungen sind, von größter Bedeutung. Auch die nachfolgende Restauration muss mit großer Genauigkeit und Sorgfalt angefertigt werden um einen Wiederbefall des Zahnes mit Bakterien zu verhindern. Dabei liegen die Gefahren z. B. bei zu kurzen oder überstehenden Kronenrändern, sowie bei Randspalten zwischen Zahnhartsubstanz und Zahnersatzmaterial, welche z. B. auch durch die materialbedingte Polymerisationsschrumpfung beim Aushärten der Füllungswerkstoffe entstehen können.
In den letzten zehn Jahren entwickelte sich ein neues, sehr intensiv bearbeitetes Forschungsfeld auf dem Gebiet der Mikrobiologie, die Plasmamedizin, unter Verwendung von atmosphärischen Plasmajets. Im Focus stehen hier die heilenden Wirkungen bzw. Entwicklungen neuartiger Therapien in diversen Bereichen der Human- und Tiermedizin. Dazu zählen vor allem die Beeinflussung von weichem Zellgewebe, die Desinfektion, die Behandlung von Hautkrankheiten, die Implantologie und auch die Zahnmedizin. Mit der Zerstörung und Beseitigung von oralen Biofilmen zeigen Rupf et al. und Idlibi et al. eine mögliche zahnmedizinische Anwendung.
Weiter wurde der antimikrobielle Effekt von kalten Plasmen auf verschiedenste Mikroorganismen von Sladek et al., Koban et al. und Fricke et al. gezeigt.
Eine weitere erfolgreiche Anwendungen dieser Technik zeigen Untersuchungen von Yan et. al., bei der die Überlebensrate von Krebszellen durch die Bestrahlung mittels eines atmosphärischen Plasmajets schon nach wenigen Minuten deutlich gemindert wurde. Bei diesen Prozessen spielt die Generierung von freien Radikalen wie Stickoxiden und reaktiven Sauerstoffspezies eine entscheidende Rolle, welche bei der Plasmabehandlung einen intrazellulären Anstieg dieser Spezies bewirken und zum oxidativen Stress und zur Lipidperoxidation führen. Verschiedene Studien zeigten, dass solche langlebigen Spezies eine hohe keimtötende Wirkung aufweisen.
Mit der am IOM entwickelten Miniatur-Plasmajet-Quelle können Oberflächen sowohl antibakteriell behandelt, die Haftung zwischen Materialsystemen verbessert, als auch antimikrobielle Schichten in Form von Dünnschichtabscheidungen aufgebracht werden. In der Abb. 1.1 ist ein solcher Plasmajet während einer Bestrahlung einer Molaren zu sehen. Im Jahr 2007 begannen mit dieser Quelle die Grundlagenuntersuchung zum therapeutischen Einsatz eines atmosphärischen Plasmajets in der Zahnerhaltung. Dieses Verbundprojekt zwischen dem Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie und Präventive Zahnheilkunde und dem Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Leipzig wurde vom BMBF (Förderkennzeichen 01EZ0730 und 01EZ0731) gefördert. Nach erfolgreichem Abschluss dieses Projektes werden weitere Untersuchungen auf dem Gebiet der Kariesprophylaxe und zur Inhibierung von Periimplantitis im Rahmen des vom BMWi geförderten Kooperationsprojekt mit dem Förderkennzeichen BMWi; FKZ KF207401KJ3 unternommen. Teile dieser Experimente und deren Ergebnisse werden in der Arbeit beschrieben. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf Oberflächenmodifizierungen von Dentalmaterialien mittels APJ, welche als Teilschritte der zahnmedizinischen Prophylaxe und Therapie in die spätere Praxis einfließen könnten.
