Borsten unter Strom: Zahnbürste entfernt Kariesbakterien nach neuem Prinzip

Archäologische Funde belegen: Seit mindestens 3000 Jahren versuchen Menschen, ihre Zähne mit eigens angefertigten Werkzeugen zu säubern, um Zahnkrankheiten zu vermeiden. Am Prinzip hat sich wenig geändert: Der tückische Belag auf den Zähnen, in dem sich Kariesbakterien vermehren, wird durch mechanischen Druck beseitigt. Allerdings hält das meist nicht lange. Chinesische Forschende wollen das ändern: Ihre Zahnbürste erzeugt beim Putzen elektrische Ladungen und reaktive Sauerstoffmoleküle, die Bakterien schädigen.

Zahnbürste, die es in den Borsten hat

Yanhui Lu und Kollegen von der Peking University beschreiben in der Fachzeitschrift Science Advances eine Zahnbürste mit Borsten aus einem piezoelektrischen Material. Die Borsten bestehen aus Polyvinylidenfluorid, kurz PVDF, einem Kunststoff, der piezoelektrische Eigenschaften hat. Wird das Material mechanisch verformt, entstehen an seiner Oberfläche elektrische Ladungen. Beim Putzen biegen sich die Borsten. Dabei werden Ladungen frei, die mit Wassermolekülen reagieren. Es entstehen reaktive Moleküle, die die Membranen von Bakterien angreifen.

Nach drei Monaten simulierter Nutzung blieben die PVDF-Borsten weitgehend intakt. Der Zahnschmelz wurde nicht rauer. Oberflächenpotenzial und Spannung blieben auch nach drei Monaten realer Nutzung stabil. Die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies ließ sich weiterhin nachweisen.

Die elektrischen Borsten töteten 52,8 Prozent der Kariesbakterien ab

Im Labor testeten die Forscher die Borsten gegen zwei wichtige Krankheitserreger im Mund. Streptococcus mutans gilt als Hauptverursacher von Karies. Porphyromonas gingivalis ist mit Parodontitis verbunden, einer chronischen Entzündung des Zahnhalteapparats.

Die Unterschiede waren deutlich: Die elektrischen Borsten töteten 52,8 Prozent der Kariesbakterien ab. Das Putzen mit herkömmlichen Borsten aus Nylon nur 9,3 Prozent. Bei den Parodontitisbakterien lag die Rate bei 78 Prozent – mit Nylon bei acht Prozent.

In einem Alltagstest ließen die Forschenden zudem benutzte Zahnbürsten einen Monat in einer Umgebung liegen, die einem feuchten Badezimmer entsprach. Auf den PVDF-Bürsten siedelten sich deutlich weniger Bakterien an.

Außerdem führte das Team eine Studie mit 115 Freiwilligen durch. Alle Teilnehmenden hatten Zahnfleischentzündungen oder Karies. Sie putzten drei Monate lang mit einer von vier Bürsten: zwei PVDF-Varianten und zwei Nylon‑Varianten. Dazu gab es fluoridfreie Zahnpasta.

In beiden PVDF-Gruppen gingen Plaque, Zahnfleischentzündung und Zahnfleischbluten deutlich zurück. Der Rückgang des Belags setzte schnell ein, vor allem im ersten Monat. Das Zahnfleisch erholte sich langsamer.

Grenzen der Zahnbürstenstudie

Die Autoren benennen selbst mehrere Einschränkungen. Die Laborversuche liefen über längere Zeit am Stück. Neun Stunden entsprechen der gesamten Putzzeit einer Bürste über drei Monate. Echtes Putzen besteht aber aus kurzen Intervallen, gefolgt von Speichel, Essen und neuem Belag. Hier sollen künftige Modelle nachbessern.

Zudem wurde nur gegen herkömmliche Nylonbürsten verglichen. Vergleiche mit elektrischen, Schall- oder antimikrobiell beschichteten Zahnbürsten stehen noch aus. Ob und wann es die Piezo-Zahnbürsten zu kaufen gibt, ist also noch völlig offen.