Intelligente Kunststoffschichten vertreiben Bakterien

Foto: Aufnahme einer Aluminiumschicht

Metalle werden dabei mit Ultraschall behandelt und erhalten anschließend eine intelligente Kunststoffschicht, die eine maßgeschneiderte Reaktionsfähigkeit besitzt. Die Beschichtung verhindert, dass sich spezielle Bakterien oder Zellen auf der Oberfläche festsetzen können.
Zusammen mit Forschern der Universität Bayreuth waren auch Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kolloide und Grenzflächen in Golm an dieser innovativen Entwicklung beteiligt. Deren Anwendungspotenziale sind vielversprechend. In der Medizin beispielsweise werden häufig Implantate aus Metall bevorzugt. Diese sollen von den körpereigenen Gewebezellen akzeptiert werden, doch Bakterien dürfen sich darin nicht festsetzen. Im Schiffbau wiederum würde man gern vermeiden, dass Bakterien und Algen sich unter Wasser in großer Zahl auf dem Schiffsrumpf ansiedeln. Denn ein solcher Biofilm erhöht den Strömungswiderstand und lässt die Transportkosten steigen.

Die polymeren Beschichtungen, die in den Bayreuther Laboratorien bereits erfolgreich erprobt wurden, bestehen aus speziellen kugelförmigen Strukturen, sog. Mizellen, die auf den Säuregrad der Umgebung reagieren. Lassen sich nun bestimmte Bakterien auf den Oberflächen nieder, so ändert sich der Säuregrad infolge des bakteriellen Stoffwechsels. Die Mizellen quellen auf und stoßen so die Bakterien ab. Das Besondere an diesen Beschichtungen ist also die Tatsache, dass die Bakterien selbst die Energie für den Abwehrmechanismus (das Aufquellen der Schicht) liefern.

„Beim Design einer derart intelligenten Kunststoffschicht ist zu berücksichtigen, dass verschiedene Bakterienarten – und ebenso verschiedene Arten von lebenden Zellen – den Säuregrad ihrer Umgebung unterschiedlich beeinflussen“, erklärt Fery. „Aufgrund unserer langjährigen Forschungserfahrungen haben wir in Bayreuth das erforderliche Know-how zum Design von Beschichtungen, die sich zielgenau gegen spezielle Bakterienarten richten. Wir können metallische Oberflächen so beschichten, dass sie auf genau diejenigen Umgebungsänderungen reagieren, die für bestimmte Bakterienarten typisch sind."

Damit eine derart intelligente Kunststoffschicht auf einer metallischen Oberfläche aufgetragen werden kann, muss diese zuvor aktiviert werden. Dies geschieht mithilfe eines hochleistungsfähigen und kostengünstigen Ultraschall-Verfahrens, das von Andreeva-Bäumler zusammen mit internationalen Partnern entwickelt wurde. Dabei werden Metalle in einer wässrigen Lösung mit Ultraschall so bearbeitet, dass Hohlräume von wenigen Nanometern entstehen – und zwar in präzise definierten Abständen. Erst diese hochpräzise Nanostruktuierung von Metallen macht es möglich, deren Wechselwirkungen mit Bakterien oder lebenden Zellen mithilfe intelligenter Kunststoffschichten zu steuern.


COMPAMED.de; Quelle: Universität Bayreuth