Fortschrittliche Beschichtungsysteme mit Doppelfunktion von mikrobieller Resistenz und verbesserter biozider Wirkung

Die Precursorgruppe des Lehrstuhls für Keramische Werkstoffe (CME) hat gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Bioprozesstechnik (BPT) erfolgreich ein neues Forschungsprojekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eingeworben.

Im Mittelpunkt des Projekts steht die Entwicklung innovativer multifunktionaler Beschichtungssysteme auf Basis von Polysilazanen und metallorganischen Verbindungen zur Verringerung mikrobieller Kontaminationen auf Oberflächen in hygienisch anspruchsvollen Umgebungen wie Krankenhäusern oder Pflegeeinrichtungen. Das zugrunde liegende Konzept basiert, wie in der Abbildung dargestellt auf einem zweischichtigen Aufbau mit zwei sich ergänzenden Schutzmechanismen: einer dichten superhydrophoben Deckschicht, welche die Anhaftung von Proteinen, Mikroorganismen und Biofilmen minimieren soll, sowie einer darunterliegenden bioziden Schicht mit antibakteriellen Metallionen wie Zink oder Kupfer. Im Falle mechanischer Belastung oder lokaler Beschädigungen der äußeren Schicht soll die untere biozide Schicht weiterhin antimikrobiell wirken und dadurch die Lebensdauer des Gesamtsystems verlängern.

Ein zentraler Bestandteil des Projekts ist der Einsatz neuartiger Polysilazan-basierter Hybridmaterialien. Aufgrund ihrer niedrigen Oberflächenenergie, ihres ausgezeichneten Filmbildungsverhaltens, ihrer guten Haftung auf metallischen Substraten sowie ihrer hohen chemischen und thermischen Stabilität stellen Polysilazane besonders attraktive Kandidaten für langlebige Schutzbeschichtungen dar. Durch ihre vielseitige chemische Funktionalität ermöglichen sie zudem die gezielte Modifikation und Integration metallhaltiger Verbindungen, wodurch robuste Hybridmaterialien mit einstellbaren mechanischen, oberflächenchemischen und antibakteriellen Eigenschaften entwickelt werden können.

Neben der Materialentwicklung und umfangreichen Charakterisierung umfasst das Projekt auch umfassende biologische Untersuchungen zur antibakteriellen Wirksamkeit, Fouling-Resistenz, mikrobiellen Adhäsion sowie zur Wirkungsweise verschiedener biozider Metallionen wie Zn, Cu und Ga. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Verständnis, wie die Kombination aus antiadhäsiven Oberflächeneigenschaften und kontrollierter Metallionenfreisetzung die mikrobielle Besiedlung, Biofilmbildung und mögliche Langzeit-Resistenzentwicklungen beeinflusst. Ergänzende Biokompatibilitätsstudien mit Säugetierzellen sollen zusätzlich die Eignung der Beschichtungssysteme für potenzielle Anwendungen in medizinisch und hygienisch sensiblen Bereichen bewerten.

Langfristiges Ziel des Projekts ist die Entwicklung langlebiger, fluorfreier und umweltfreundlicher antimikrobieller Beschichtungssysteme für technische und medizinische Anwendungen mit hohen hygienischen Anforderungen.

Laufzeit: 3 Jahre

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Projektpartner: Lehrstuhl Bioprozesstechnik

Ansprechpartner: Prof. Dr. rer. nat. Günter Motz