Desinfizieren von Oberflächen NIR an, Keim weg

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EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt

SIMAR GmbH

Empa-Forscher haben eine Kunststoffbeschichtung entwickelt, deren keimtötende Wirkung mittels Infrarotlicht aktivierbar ist. Erfahren Sie wie dies geht.

Bakterien, die gegen Antibiotika resistent sind, und neu auftretende Viren nehmen zu. So stehen jährlich rund 5 Mio. Todesfälle mit antibiotikaresistenten Keimen in Verbindung. Darum arbeiten Empa-Forscher an neuen, dringend benötigten Strategien, um derartige Krankheitserreger zu bekämpfen. Eines der Ziele: die Ausbreitung von resistenten Erregern und neuartigen Viren mit smarten Materialien und Technologien verhindern.

Ein besonders geeigneter Einsatzort für solche Materialien sind hierbei Oberflächen, die ständig mit Infektionserregern in Kontakt kommen wie Türklinken in Krankenhäusern oder Einrichtungsgegenstände in Operationssälen. Ein interdisziplinäres Team aus drei Empa-Labors hat nun gemeinsam mit der tschechischen Palacký-Universität Olmütz eine umweltfreundliche und bioverträgliche Oberflächenbeschichtung aus Kunststoff entwickelt, die Keime zuverlässig abtötet. Das Neue ist, dass die Wirkung sich immer wieder aufs Neue durch die Bestrahlung mit Licht aktivieren lässt.

NIR ermöglicht Doppelstrategie

"Das neue Material ist so konzipiert, dass Mikroorganismen lokal und schnell abgetötet werden", erklärt Empa-Forscher Giacomo Reina vom "Nanomaterials in Health" Labor in St. Gallen. Hierzu wurde ein Grundgerüst aus Polyvinylalkohol verwendet, einem bioverträglichen Kunststoff, der auch in der Lebensmittelmittelindustrie eingesetzt wird. Eingebettet in diese Matrix ist eigens synthetisierte Graphensäure, die aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften bestens als antimikrobielle Beschichtung geeignet ist. Ihr volles Potenzial lässt sich dabei durch den Einsatz von Nahinfrarot-Licht (NIR) ausschöpfen. Sobald das Compositematerial damit bestrahlt wird, wird die Doppelstrategie entfaltet: Zum einen absorbiert die Beschichtung die Energie des Infrarotlichts und wandelt sie in keimtötende Hitze um. Außerdem wird die Bildung von Sauerstoffradikalen angeregt, die den Krankheitserreger zusätzlichen Schaden zufügen.

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Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass diese Strategie sich komplett von den Wirkmechanismen herkömmlicher Antibiotika unterscheidet. Damit bietet das Material einen kontinuierlichen Schutz gegen ein breites Spektrum von Mikroorganismen, ohne zur Resistenzbildung beizutragen. "Unsere Laborexperimente konnten die Wirksamkeit des antimikrobiellen Materials gegen verschiedene Bakterien und Viren klar bestätigen", so der Empa-Forscher.

Für welche Anwendung die Beschichtung derzeit weiterentwickelt wird

Eine erste Anwendung für die antimikrobielle Beschichtung wird derzeit für die Zahnmedizin entwickelt. Hierzu arbeiten Empa-Forscher gemeinsam mit dem Zentrum für Zahnmedizin der Universität Zürich an einer Zahnschiene, die Mikroorganismen in der Mundhöhle abtötet.
Die Keimflora im Mund ist ein besonders unangenehmer Gegner im Kampf gegen Infektionserreger: Hier tummeln sich komplexe Gemeinschaften von Bakterien in unzugänglichen Nischen, eingebettet in eine selbst produzierte schleimige Matrix. Antibiotika und Desinfektionsmittel durchdringen diese widerstandsfähigen Biofilme kaum. So können die Keime ungehindert Zähne angreifen oder sogar zu ausgedehnten Infektionen im Körper führen. Das interdisziplinäre Team um Giacomo Reina arbeitet daher an einer Kunststoffschiene, in die Nanomaterialien wie Graphensäure stabil integriert werden. Da NIR das Gewebe einige Zentimeter tief durchdringen kann, kann die Schiene in der Mundhöhle platziert und von außen durch eine Lichtquelle aktiviert werden, und zwar immer wieder.

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So wird die Forschung finanziert

Das Projekt kann dank den großzügigen Zuwendungen der Eduard Aeberhardt-Stiftung und einer weiteren Stiftung durchgeführt werden. Klinikdirektor Ronald Jung vom Zentrum für Zahnmedizin der Universität Zürich schätzt diesen interdisziplinären Ansatz von Materialwissenschaft und klinischer Forschung.
Quelle: Empa