Werden lichthärtende Füllungsmaterialien billiger?

Seit einigen Jahren haben sich im Dentalbereich germaniumbasierte Photoinitiatoren etabliert. Ihr Plus: Sie absorbieren längerwelliges Licht und benötigen für die Aushärtung somit keine energiereichere kurzwellige Strahlung, die mit gesundheitlichen Risiken in Verbindung gebracht wird. Nachteilig ist jedoch die kostspielige Herstellung: Die Produktionskosten von einem Kilogramm dieses Initiators liegen derzeit in der Größenordnung eines neuen Kleinwagens.

Gemeinsam mit seinem Team am Institut für Anorganische Chemie entwickelte der Chemiker Michael Haas von der TU Graz eine völlig neue Synthesemethode für germaniumbasierte Photoinitiatoren. Diese Herstellungsmethode ist deutlich einfacher, effizienter und kostengünstiger.

„Es ist uns gelungen, einen alternativen Zugang zu dieser Verbindungsklasse zu etablieren, der einstufig ist und die Isolierung des Produkts geradezu simpel macht.“ erklärt Haas. Dabei werden simultan mehrere siliziumbasierte Schutzgruppen abgespalten. Die gewünschte Verbindung wird anschließend durch simples Auskristallisieren isoliert. Damit eröffnen sich für diese Klasse von Photoinitiatoren weitere biomedizinische Anwendungen, etwa in der Herstellung von Kontaktlinsen, Prothesen, neuartigen Implantaten oder künstlichem menschlichen Gewebe.

Diesen alternativen Zugang haben die Forscher nun mit dem Projektpartner Ivoclar Vivadent AG in die Anwendung übersetzt. Das Dentalunternehmen hatte schon bisher einen toxikologisch unbedenklichen Photoinitiator (Ivocerin®) auf Germaniumbasis in seinem Produktportfolio. Dieser birgt aber auch gravierende Nachteile in der Herstellung, wie Haas erklärt: „Bei Ivocerin® ist die Synthese aufwendig und mehrstufig, außerdem ist die Entfernung der Reaktionspartner teuer und führt zu enormen Ausbeuteverlusten“. Durch die absehbare Markteinführung des neuen Initiators werden Zahnfüllungen künftig signifikant günstiger sein, glaubt Haas.

Michael Haas sieht auch Potenzial für weitere biomedizinische Anwendungen wie etwa Kontaktlinsen: Für die meisten dieser Anwendungen werden bislang phosphorbasierte und damit toxikologisch bedenkliche Photoinitatoren eingesetzt. Die gesundheitlich unbedenklichen Initiatoren auf Germaniumbasis waren für diese Anwendungen bislang zu teuer. Auch die Herstellung von neuartigen Implantaten, von Prothesen oder künstlichem menschlichen Gewebe sind mögliche Einsatzgebiete des neuartig synthetisierten Initiators.

„Interessant wird es überall dort, wo die Verwendung von nicht toxischen Materialien von zentraler Bedeutung ist“, sagt Haas. Die Forschung an Photoinitiatoren ist mit rund zwölf Jahren ein relativ junges Gebiet. Michael Haas und seine Forschungsgruppe haben auf dem Gebiet der germaniumbasierten Photoinitiatoren in den vergangenen vier Jahren bereits zwei voneinander unabhängige Patente erfolgreich eingereicht. „Da radikalische Photoinitiatoren in vielen industriellen Prozessen eine Anwendung finden, ist die absolute Relevanz unserer Ergebnisse noch nicht abschätzbar“, meint Haas.

Isolable Geminal Bisgermenolates: A New Synthon in Organometallic Chemistry; Manfred Drusgala, Philipp Frühwirt, Gabriel Glotz, Katharina Hogrefe, Ana Torvisco, Roland C. Fischer, H. Martin R. Wilkening, Anne-Marie Kelterer, Georg Gescheidt, Michael Haas. Angewandte Chemie. Int. Ed. 2021https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202111636