Foto-initiatoren zorgen ervoor dat vloeibaar plastic – bijvoorbeeld voor tandvullingen – door middel van licht snel uithardt. Dankzij een nieuwe synthesemethode ontwikkeld door de TU Graz, deze initiatiefnemers kunnen goedkoop worden geproduceerd, iets dat verdere deuren voor de technologie zal openen.

Iedereen die ooit in de tandartsstoel heeft gezeten met een gaatje in de tand, kent de procedure waarschijnlijk wel. Nadat het gat in de tand is geboord, een vulling van vloeibaar plastic wordt ingebracht. Dit wordt vervolgens in de mond gemodelleerd en gehard (uitgehard) door UV-licht. Dit wordt mogelijk gemaakt door zogenaamde foto-initiatoren. Dit zijn chemische verbindingen die aan de vulpasta worden toegevoegd. Ze ontleden bij blootstelling aan licht en vormen radicalen die ervoor zorgen dat deze pasta uithardt.

Sinds enkele jaren, Voor dit doel zijn op germanium gebaseerde foto-initiatoren gebruikt. Het voordeel hiervan is dat ze licht met een langere golflengte absorberen en dus geen UV-licht nodig hebben, die gevaarlijk is voor de gezondheid, voor het genezen. Deze niet-toxische foto-initiator heeft zich al bewezen in de tandheelkunde, hoewel het duur is om te produceren. De productiekosten van één kilogram van deze initiatiefnemer liggen momenteel in de orde van grootte van een nieuwe kleine auto. "Gezien de kleine hoeveelheden die nodig zijn voor tandvullingen, de prijs van de foto-initiator is nauwelijks een factor in de tandheelkundige industrie. Voor andere toepassingen, echter, de dure productie was een struikelblok - tot nu toe, " legt scheikundige Michael Haas van de Graz University of Technology (TU Graz) uit.

Nieuw, eenvoudige methode van synthese

Samen met zijn team van het Institute of Anorganic Chemistry, Haas heeft een geheel nieuwe synthesemethode ontwikkeld voor op germanium gebaseerde foto-initiatoren. In tegenstelling tot conventionele synthese, deze productiemethode vereist niet alleen geen zwavel ("een geur die je niet per se in je mond wilt"), maar is ook aanzienlijk eenvoudiger, efficiënter en goedkoper. We zijn erin geslaagd een alternatieve benadering voor deze klasse van verbindingen tot stand te brengen die in één stap is en het isoleren van het product absoluut eenvoudig maakt." meerdere op silicium gebaseerde beschermende groepen worden tegelijkertijd afgesplitst. De gewenste verbinding wordt vervolgens geïsoleerd door eenvoudige kristallisatie. Dit opent verdere biomedische toepassingen voor deze klasse van foto-initiatoren, bijvoorbeeld bij de productie van contactlenzen, prothesen, nieuwe implantaten en kunstmatig menselijk weefsel.

De onderzoekers hebben deze alternatieve aanpak nu vertaald naar toepassing met de projectpartner Ivoclar Vivadent AG. Het tandheelkundige bedrijf had al een toxicologisch veilige op germanium gebaseerde foto-initiator (Ivocerin) in zijn productportfolio. Echter, dit heeft ook ernstige nadelen bij de productie, zoals Haas uitlegt:"In het geval van Ivocerin, de synthese is een complex en uit meerdere stappen bestaand proces, en het weghalen van de reactiepartners is ook kostbaar en leidt tot enorme opbrengstverliezen.” De voorzienbare marktintroductie van de nieuwe initiatiefnemer zal tandvullingen in de toekomst aanzienlijk goedkoper maken.

Michael Haas ziet ook mogelijkheden voor andere biomedische toepassingen, zoals contactlenzen. Voor de meeste van deze toepassingen Tot nu toe werden toxicologisch twijfelachtige foto-initiatoren gebruikt (bijv. op fosfor gebaseerde initiatoren). De op germanium gebaseerde initiatiefnemers, die onschadelijk zijn voor de gezondheid, zijn tot nu toe te duur geweest voor deze toepassingen. De productie van nieuwe implantaten, Ook prothesen of kunstmatig menselijk weefsel zijn mogelijke toepassingsgebieden voor de nieuw gesynthetiseerde initiator.

"Het wordt interessant overal waar het gebruik van niet-giftige materialen centraal staat, " zegt Haas. Rond de 12 jaar oud, onderzoek naar foto-initiatoren is een relatief jong vakgebied. Michael Haas en zijn onderzoeksgroep hebben de afgelopen vier jaar al met succes twee onafhankelijke patenten gekregen op het gebied van op germanium gebaseerde foto-initiatoren. "Aangezien radicale foto-initiatoren in veel industriële processen worden gebruikt, de absolute relevantie van onze resultaten kan nog niet worden beoordeeld, ' zegt Haas.

Voor al zijn toepassingsoriëntatie, De werkgroep van Michael Haas plukt ook een rijke oogst in fundamenteel onderzoek. In recente jaren, ze hebben alleen al op dit gebied meer dan 15 artikelen gepubliceerd in erkende wetenschappelijke tijdschriften. Haas, samen met zijn promovendus Manfred Drusgala en andere collega's, heeft onlangs nieuwe resultaten gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie . In het, beschrijven de onderzoekers een nieuwe methode voor de gerichte synthese van zogenaamde bisenolaten, een speciale klasse van verbindingen uit de enolaatchemie. Deze klasse van verbindingen wordt gekenmerkt door de mogelijkheid van een dubbele reactie aan het centrale en actieve germaniumatoom, d.w.z. twee reacties kunnen tegelijkertijd worden uitgevoerd. Hierdoor kunnen nieuwe functionaliteiten worden geïntroduceerd, waardoor deze nieuwe klasse van verbindingen van groot belang is voor verder onderzoek op het gebied van foto-initiatoren.

"Dit is ook een mijlpaal voor het hele veld van de organometaalchemie, ", zegt Haas. Hij en zijn team ontwikkelen momenteel volledig nieuwe soorten in water oplosbare foto-initiatoren op basis van deze moleculen, iets dat tot nu toe onbetreden terrein in dit onderzoeksgebied vertegenwoordigt.