Fotoinitiatorer ser till att flytande plast – till exempel för tandfyllningar – härdar snabbt med hjälp av ljus. Tack vare en ny syntesmetod utvecklad av TU Graz, dessa initiativtagare kan tillverkas billigt, något som kommer att öppna upp ytterligare dörrar för tekniken.

Alla som någon gång har suttit i tandläkarstolen med hål i tanden känner säkert till proceduren. Efter att hålet i tanden har borrats, en fyllning av flytande plast sätts in. Detta modelleras sedan i munnen och härdas (härdas) av UV-ljus. Detta möjliggörs av så kallade fotoinitiatorer. Dessa är kemiska föreningar som tillsätts i fyllningspastan. De sönderdelas när de utsätts för ljus och bildar radikaler som gör att denna pasta stelnar.

Sedan några år tillbaka, germaniumbaserade fotoinitiatorer har använts för detta ändamål. Fördelen med dessa är att de absorberar ljus med längre våglängd och därför inte kräver UV-ljus, som är hälsofarligt, för härdning. Denna giftfria fotoinitiator har redan etablerat sig inom dentalområdet, även om det är dyrt att producera. Produktionskostnaderna för ett kilogram av denna initiativtagare är för närvarande i storleksordningen för en ny liten bil. "Med tanke på de små mängder som behövs för tandfyllningar, priset på fotoinitiatorn är knappast en faktor inom dentalindustrin. För andra applikationer, dock, den dyra produktionen var en stötesten – fram till nu, " förklarar kemisten Michael Haas från Graz tekniska universitet (TU Graz).

Ny, enkel syntesmetod

Tillsammans med sitt team vid Institute of Inorganic Chemistry, Haas har utvecklat en helt ny syntesmetod för germaniumbaserade fotoinitiatorer. I motsats till konventionell syntes, denna produktionsmetod kräver inte bara inte svavel ("en lukt du inte nödvändigtvis vill ha i munnen"), men är också betydligt enklare, effektivare och billigare. Vi har lyckats etablera ett alternativt tillvägagångssätt för denna klass av föreningar som är enstegs och gör isoleringen av produkten absolut enkel." flera kiselbaserade skyddsgrupper klyvs bort samtidigt. Den önskade föreningen isoleras sedan genom enkel kristallisation. Detta öppnar upp för ytterligare biomedicinska tillämpningar för denna klass av fotoinitiatorer, till exempel vid tillverkning av kontaktlinser, proteser, nya implantat och konstgjord mänsklig vävnad.

Forskarna har nu översatt detta alternativa tillvägagångssätt till tillämpning med projektpartnern Ivoclar Vivadent AG. Dentalföretaget hade redan en toxikologiskt säker germaniumbaserad fotoinitiator (Ivocerin) i sin produktportfölj. Dock, detta har också allvarliga nackdelar i produktionen, som Haas förklarar:"I fallet med Ivocerin, syntesen är en komplex process i flera steg, och borttagandet av reaktionspartnerna är också dyrt och leder till enorma avkastningsförluster." Den förutsebara marknadslanseringen av den nya initiativtagaren kommer att göra tandfyllningar betydligt billigare i framtiden.

Michael Haas ser också potential för andra biomedicinska tillämpningar, som kontaktlinser. För de flesta av dessa applikationer, toxikologiskt tveksamma fotoinitiatorer har använts hittills (t.ex. fosforbaserade initiatorer). De germaniumbaserade initiativtagarna, som är ofarliga för hälsan, har hittills varit för dyra för dessa applikationer. Tillverkning av nya implantat, proteser eller konstgjord mänsklig vävnad är också möjliga användningsområden för den nysyntetiserade initiatorn.

"Det blir intressant varhelst användningen av giftfria material är av central betydelse, " säger Haas. Vid runt 12 år gammal, forskning om fotoinitiatorer är ett relativt ungt område. Michael Haas och hans forskargrupp har redan framgångsrikt beviljats ​​två oberoende patent inom området germaniumbaserade fotoinitiatorer under de senaste fyra åren. "Eftersom radikala fotoinitiatorer används i många industriella processer, den absoluta relevansen av våra resultat kan ännu inte bedömas, säger Haas.

Trots all sin applikationsorientering, Michael Haas arbetsgrupp skördar också en rik skörd inom grundforskning. På senare år har de har publicerat mer än 15 artiklar i erkända vetenskapliga tidskrifter bara på detta område. Haas, tillsammans med sin doktorand Manfred Drusgala och andra kollegor, har nyligen publicerat nya resultat i den vetenskapliga tidskriften Angewandte Chemie . I det, forskarna beskriver en ny metod för målinriktad syntes av så kallade bisenolater, en speciell klass av föreningar från enolatkemin. Denna klass av föreningar kännetecknas av möjligheten till en dubbelreaktion vid den centrala och aktiva germaniumatomen – dvs. två reaktioner kan utföras samtidigt. Detta möjliggör introduktion av nya funktioner, vilket gör denna nya klass av föreningar av stort intresse för vidare forskning inom området fotoinitiatorer.

"Detta är också en milstolpe för hela området för metallorganisk kemi, " säger Haas. Han och hans team utvecklar för närvarande helt nya typer av vattenlösliga fotoinitiatorer baserade på dessa molekyler, något som representerar tidigare obetrampad mark inom detta forskningsfält.