Aus Kupfer und Zink 19.05.2016, 08:59 Uhr

Nano-Lackierung verhütet Bakterienbefall von Metallteilen

Metallteile lassen sich bislang nur mit großem Aufwand kontinuierlich von Bakterienbefall freihalten. Das kostet Zeit und Geld. Und funktioniert nicht immer. Für Patienten mit Implantaten bedeutet es ein großes Risiko, wenn es nicht gelingt, den Bakterienbefall wirklich nachhaltig zu beseitigen. Ein israelisches Forscherteam glaubt jetzt, die Lösung gefunden zu haben: eine so genannte Nano-Lackierung.

Fluoreszenz-mikroskopische Aufnahme eines Biofilms auf rostfreiem Stahl.

Fluoreszenz-mikroskopische Aufnahme eines Biofilms auf rostfreiem Stahl.

Foto: Rodney Donan/Centers for Disease Control and Prevention

Metallteile, auf denen sich Bakterien ansiedeln können, lassen sich durch eine nano-dünne Metall-Lackierung dauerhaft gegen die Bildung eines so genannten Biofilms schützen. Forscher des Department of Biotechnology Engineering der Ben-Gurion-Universität in Israel haben diese Nano-Lackierung entwickelt, die eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten verspricht. Sie könnte nicht nur in der Medizin, sondern auch in der Nahrungsmittelproduktion oder der Schifffahrt zum Einsatz kommen.

Metalle ziehen normalerweise Bakterien an

Wenn Bakterien mit Wasser und Metallen in Berührung kommen, bildet sich meist schnell ein Biofilm. Dessen Entstehung verläuft stets nach dem gleichen Schema: Zuerst siedeln sich kleine Mengen von Bakterien an, die die Aufgabe haben, sich untereinander und mit der Metalloberfläche so fest wie möglich zu verbinden. Im Laufe der Zeit werden dann von ihnen auch die anfangs noch leeren Flächen zwischen diesen Ansiedlungen besiedelt. Wenn das geschehen ist, senden die den Biofilm bildenden Bakterien kleine Suchtrupps aus. Deren Aufgabe ist es, weitere Ansiedlungsmöglichkeiten zu entdecken und sich dort festzusetzen. 

Die oberste Bildreihe zeigt den unbehandelten Biofilm auf Metallflächen. Bei der zweiten Bildreihe sind dieselben Flächen nach der rein chemischen Behandlung zu sehen und darunter die Metallflächen nach der Nano-Lackierung auf der Basis chemisch behandelten Kupfers.

Die oberste Bildreihe zeigt den unbehandelten Biofilm auf Metallflächen. Bei der zweiten Bildreihe sind dieselben Flächen nach der rein chemischen Behandlung zu sehen und darunter die Metallflächen nach der Nano-Lackierung auf der Basis chemisch behandelten Kupfers.

Foto: Ben-Gurion University of the Negev

Je größer und älter die Biofilm-Flächen werden, desto schwieriger wird auch ihre Bekämpfung. Das gilt für die mechanische Bekämpfung durch Abwaschen mit einer Bürste genauso wie für die chemische Bekämpfung, etwa mit Antibiotika. Im Extremfall kann es notwendig werden, einen Patienten, dessen Metallimplantate – etwa ein Hüftgelenk aus Titan – durch Biofilme stark angegriffen sind, erneut zu operieren, um den gesundheitsgefährdenden Biofilm zu entfernen.

Nano-Lackierung arbeitet mit chemisch behandelten Metallen

Die neue nano-starke Lackierung besteht aus Metallen, die chemisch behandelt sind. Bei den in Israel auf ihre Eignung für die Nano-Lackierung hin speziell untersuchten Metallen handelt es sich vor allem um Kupfer und Zink. Am weitesten vorangekommen scheinen dabei die Arbeiten mit Zink zu sein. Dabei wird für die Nano-Lackierung von “Metal Complex Films” (MCFs) gesprochen.

Implantate aus Metall: Wenn Bakterien mit Wasser und Metallen in Berührung kommen, bildet sich meist schnell ein Biofilm. Das kann zu Komplikationen nach der OP führen.

Implantate aus Metall: Wenn Bakterien mit Wasser und Metallen in Berührung kommen, bildet sich meist schnell ein Biofilm. Das kann zu Komplikationen nach der OP führen.

Foto: Jens Büttner/dpa

Der chemische Wirkstoff, der in diese Nano-Schutzlackierung eingeht, ist ein Microalgal Polysaccharid. Wie die israelischen Forscher betonen, sind diese Nano-Lackierungen sowohl gegen Hitze wie auch gegen Druck unempfindlich und damit auch für den dauerhaften Gebrauch nutzbar.

Anwendung wohl zuerst in der Medizin

Der neue Lack dürfte zunächst “bei medizinischen Implantaten, Geräten und Operationseinrichtungen eingesetzt werden, bei denen ein Bakterienbefall zu chronischen Erkrankungen, einer dauerhaften Resistenz gegen Antibiotika und damit zu einer Gefährdung des menschlichen Immunsystems führen kann”, betont das israelische Forscherteam in einer gemeinsamen Erklärung.

Über die Nutzung in der Medizin hinaus erwarten die Wissenschaftler Anwendungen vor allem in der Nahrungsmittelindustrie, in der Schiffstechnik und zum Schutz von Brücken.

Bessere Heilungschancen für mit Bakterien infizierte Wunden verspricht ein neu entwickeltes Pflaster. Ultrakleine Polymerfäden ziehen die Bakterien aus der Verletzung und lassen dann die Wunde in Ruhe heilen. 

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