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Selbstaufladende Zahnbürste bekämpft Bakterien mit Strom
Nach dem Zähneputzen können sich Keime auf den Zähnen erneut vermehren. Eine neu entwickelte Handzahnbürste soll dies mit einer zusätzlichen antibakteriellen Wirkung erschweren. Ihre Borsten erzeugen beim Putzen elektrische Ladungen, die aggressive Sauerstoffverbindungen entstehen lassen. In einer dreimonatigen Untersuchung gingen Zahnbelag und Zahnfleischentzündungen stärker zurück als mit gewöhnlichen Handzahnbürsten.
Peking (China). Zahnbelag besteht aus einer dicht besiedelten Schicht von Mikroorganismen, die sich durch ihre gemeinsame Schleimhülle vor äußeren Einflüssen schützen. Das Zusammenleben der Bakterien im Biofilm begünstigt unter anderem Karies und entzündliche Erkrankungen des Zahnfleischs.
Auch gründliches Zähneputzen beseitigt nicht sämtliche Bakterien, sodass sich verbliebene Keime erneut vermehren und an der Zahnoberfläche ansiedeln können. Zwar gibt es bereits Zahnbürsten mit antibakteriellen Zusätzen oder elektrisch unterstützten Funktionen, deren Wirkung ist jedoch teilweise begrenzt oder erfordert eine externe Stromquelle.
Forscher der Peking University School and Hospital of Stomatology (PUSHS) um Prof. Xuehui Zhang haben deshalb Borsten aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) entwickelt. Dieser Kunststoff ist piezoelektrisch, erzeugt also bei mechanischer Verformung elektrische Ladungen, ohne dass dafür eine Batterie notwendig ist.
Beim Putzen verbiegen sich die Borsten und setzen Ladungen frei, durch die sich aus Wasser reaktive Sauerstoffverbindungen bilden. Diese können Zellmembranen von Bakterien schädigen und bestimmte Stofftransportprozesse innerhalb der Mikroben stören. Selbst im Ruhezustand besitzt das Material ein Oberflächenpotenzial, das die Anhaftung von Bakterien hemmen kann.
Im Labor testete das Team Borsten aus PVDF mit zwei unterschiedlichen Durchmessern gegen Streptococcus mutans, einen Karieskeim, und Porphyromonas gingivalis, der mit Parodontitis in Verbindung steht. Bei der dickeren PVDF-Variante lag die gemessene Abtötungsrate bei 52,8 beziehungsweise 78,2 Prozent, verglichen mit 9,3 beziehungsweise 8,4 Prozent bei Nylonborsten.
Bei weiteren Versuchen wurden bakterielle Beläge aus menschlichen Mundproben auf Rinderzahnschmelz kultiviert und anschließend drei Minuten lang mit den Bürsten gereinigt. Die neuartigen Bürsten entfernten dabei mehr als 99 Prozent des Biofilms und schnitten besser ab als herkömmliche Nylonmodelle. Versuche mit kultivierten Zellen und dem Zahnschmelz ergaben zudem zunächst keine auffälligen Schäden, ersetzen aber keine langfristige Sicherheitsprüfung am Menschen.
Für eine randomisierte klinische Untersuchung wurden 115 Erwachsene mit Zahn- oder Zahnfleischproblemen aufgenommen und vier Zahnbürstengruppen zugeteilt. Die in den Ergebnisgrafiken ausgewerteten Gruppen umfassten zusammen 109 Personen. Alle sollten zweimal täglich mit fluoridfreier Zahnpasta putzen und wurden nach einem sowie nach drei Monaten erneut untersucht.
Nach drei Monaten hatten sich die Plaquewerte in den beiden Gruppen mit den neuen Borsten um ungefähr 40 Prozent verbessert, gegenüber etwa 13 bis 16 Prozent bei Nylonbürsten. Auch Messwerte für Zahnfleischentzündung und Zahnfleischbluten fielen in den PVDF-Gruppen günstiger aus. Die genetische Untersuchung von Plaqueproben zeigte zugleich einen sinkenden relativen Anteil bestimmter krankheitsassoziierter Bakterien, darunter S. mutans und P. gingivalis.
Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die elektrisch aktiven Borsten die mechanische Reinigung ergänzen können. Ob dadurch langfristig tatsächlich weniger Karies oder Parodontitis entsteht, wurde jedoch nicht untersucht. Zudem verglich die klinische Studie die Prototypen nur mit manuellen Nylonbürsten und nicht mit handelsüblichen elektrischen Zahnbürsten oder anderen antibakteriellen Modellen.