Gegen Plaque: Handzahnbürste mit Piezoeffekt

Klassische Zahnbürsten – gleichgültig ob manuell bedient oder elektrisch angetrieben – reinigen die Zähne fast ausschließlich mechanisch. Die Reinigungswirkung beruht auf der Abtragung von Biofilmen und Plaque, Zahnpasten und Mundspülungen helfen bei der Remineralisation und wirken antibakteriell. Das Problem der Mundhygiene besteht darin, dass sich Biofilme in kurzer Zeit wieder neu bilden. Die Neubildungsrate hängt dabei maßgeblich davon ab, inwieweit beim Putzvorgang insbesondere die bakteriellen Frühbesiedler reduziert werden können.

Die Arbeitsgruppe um Erstautor Yanhui Lu von der Zahnklinik der Universität Peking ersetzte nun die herkömmlichen Nylonborsten in einer Handzahnbürste durch Monofilamente aus dem Material Polyvinylidenfluorid (PVDF). PVDF ist ein thermoplastischer Fluorkunststoff, der in der Industrie und Forschung für seine starken piezoelektrischen Eigenschaften bekannt ist.

Das bedeutet: Sobald das Material mechanisch verformt – gebogen, gedehnt oder gedrückt – wird, verschieben sich die elektrischen Ladungen in seiner Molekularstruktur und es entsteht eine elektrische Spannung. Diese Spannung erzeugt im Zusammenwirken mit dem Wasser und den Elektrolyten aus dem Speichel sogenannte reaktive Sauerstoffspezies (ROS). Diese Sauerstoffradikale sind chemisch aggressiv und reaktionsfreudig, wirken stark antibakteriell und zerstören so unter anderem die Schutzmembranen pathogener Bakterien.

Mit diesen piezoelektrischen Eigenschaften erhält eine einfache Handzahnbürste einen wirksamen zusätzlichen Effekt bei der Plaquereduktion, denn die Neubildung von Biofilm und Plaque wird durch die Keimreduktion signifikant gehemmt.

Nach erfolgreichen Labor- und Tierversuchen wurde die PVDF-Zahnbürste an 115 erwachsenen Freiwilligen getestet, die unter Zahnfleischentzündungen oder Karies litten. Die Probanden wurden in zwei Gruppen aufgeteilt: Eine Hälfte nutzte drei Monate lang die neue piezoelektrische Bürste (Testgruppe), die andere Hälfte eine gewöhnliche Handzahnbürste (Kontrolle).

Bei den Probanden der Testgruppe stellten die Forscher eine Plaquereduktion von rund 40 Prozent fest – im Vergleich zu nur etwa 15 Prozent in der Kontrollgruppe. Auch Zahnfleischentzündungen und Zahnfleischbluten gingen in der Testgruppe signifikant zurück.

Die chinesischen Forscher untersuchten auch die Auswirkungen des piezoelektrischen Putzens auf das orale Mikrobiom. Dazu führten sie eine Metagenomsequenzierung menschlicher Zahnbeläge durch. Ergebnis: Die Artenvielfalt (Alpha-Diversität) blieb erhalten, jedoch reduzierte sich die relative Häufigkeit pathogener Keime.

Nach dreimonatiger Verwendung der neuen Zahnbürste waren der „Karies-Keim“ Streptococcus mutans und der parodontitisassoziierte Porphyromonas gingivalis reduziert. Im Unterschied dazu nahm die relative Häufigkeit nicht-pathogener Bakterien wie Lactobacillus rhamnosus und Streptococcus salivarius mit der Verwendung der piezoelektrischen Zahnbürsten zu.

Die Frage, ob das neue Borstenmaterial seine mechanische Putzleistung auch bei regelmäßiger Anwendung beibehält, wurde in einer dreimonatigen Anwendungssimulation untersucht. Dabei zeigten rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (REM), dass „die PVDF-Monofilamente im Gegensatz zu den Nylonfilamenten, die deutliche Grate entwickelten, intakt blieben und nur minimale Ausfransungen aufwiesen“, wie es in der Studie heißt.

Auch im Hinblick auf das abrasive Potenzial scheint das neue Material nicht auffällig zu sein. Die Studienautoren resümieren nach Untersuchungen, dass die Oberflächenrauheit der Zähne „nach dem Zähneputzen mit PVDF-Bürsten nicht signifikant“ zunahm.