Implantate mit nanorauen Titanoberflächen sollen Infektionsgefahr senken
Jedes Jahr sterben in deutschen Krankenhäusern rund 15.000 Menschen, weil Mikroben an Implantaten Infektionen auslösen. Da viele Krankenhauskeime bereits gegen Antibiotika resistent sind, setzt ein neues Forschungsprojekt am Implantat selbst an: Auf nanorauen Titanoberflächen sollen Mikroben nicht mehr haften können.
Die Doktorandin Claudia Lüdecke untersucht Krankenhauskeime an einem Rasterelektronenmikroskop der Universität Jena. Diese sollen sich auf Titanoberflächen möglichst nicht mehr festhalten können. Doch dafür ist eine bestimmte Struktur im Nanobereich erforderlich.
Foto: Friedrich-Schiller-Universität Jena/Jan-Peter Kasper
In deutschen Krankenhäusern fangen sich jährlich rund eine halbe Million Menschen Infektionen ein. Meist handelt es sich um Patienten, denen Chirurgen Implantate einsetzen: Hüft- oder Knieprothesen, künstliche Herzklappen, Zahnimplantate oder Katheter. Setzen sich an diesen Implantaten Keime ab, kann es zur Infektion kommen. Die traurige Bilanz: fast 15.000 Menschen sterben jedes Jahr an den Folgen.
Immer mehr Krankenhauskeime sind gegen Antibiotika resistent
Um das Problem einzudämmen, verabreichen Ärzte den Patienten in der Regel Antibiotika. Das Problem: Immer mehr Krankenhauskeime entwickeln Resistenzen gegen den Wirkstoff. Am besten wäre es daher, wenn sich die Mikroben erst gar nicht auf den Implantaten ablagern und dort vermehren könnten, dachten sich Forscher der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU). Die Materialwissenschaftler um Prof. Klaus D. Jandt experimentierten deshalb mit nanorauen Titanoberflächen, auf denen sich Mikroben unwohl fühlen sollen.
Nanoraue Oberflächen entstehen im Elektronenstrahlverdampfer
Um nanoraue Oberflächen zu erzeugen, benutzen die Wissenschaftler einen Elektronenstrahlverdampfer. Im Inneren einer Vakuumkammer erwärmt eine elektrische Heizung Titan auf die Temperatur des Siedepunkts. Das Metall glüht, verdampft und kondensiert anschließend auf einer Glasschicht. Dabei entsteht eine Oberfläche mit winzig kleinen metallischen Erhebungen im Nanobereich. Im nächsten Schritt prüfen die Forscher die neue Oberfläche auf ihre antimikrobielle Eigenschaft.
Ein wichtiger Schritt, um die Wirksamkeit antimikrobieller Materialien zu prüfen, sind standardisierte Testsysteme. „Bisher gibt es eine ganze Reihe verschiedener, nicht vergleichbarer Tests zur Prüfung antimikrobieller Eigenschaften von Materialien“, erklärt Dr. Martin Roth vom Hans-Knöll-Institut in Jena (HKI). Die Forscher haben deswegen ein neues Testsystem entwickelt.
Mikroben können sich nicht mehr festhalten
Mit diesem neuen Testverfahren konnten die Wissenschaftler beweisen, dass Mikroben erhebliche Schwierigkeiten haben, auf nanorauen Titanoberflächen zu haften. Dabei gibt es eine interessante Korrelation: Je rauer die Oberfläche, desto einfacher können sich Mikroben festhalten. Erst ab einer bestimmten Feinstruktur im Nanobereich haben sie kaum noch eine Chance. Als mögliche Erklärung für dieses Phänomen vermuten die Jenaer Forscher eine Fehlpassung zwischen der Geometrie der Materialoberfläche und der Form der Keime.
„Wir werden noch weitere Forschungsarbeiten machen, haben aber schon ermutigende Ergebnisse“, sagte Prof. Klaus Jandt im Gespräch mit ingenieur.de. „In Zukunft könnten Implantate möglich werden, die Implantat-assoziierte Infektionen und den Einsatz von Antibiotika in Krankenhäusern reduzieren.“
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