Nanosäulen aus Titan machen Implantate bakterienresistent
Wieder einmal ist die Natur das beste Vorbild: Winzige Nanosäulen töten auf Zikadenflügeln Keime ab. Diese antibakterielle Eigenschaft haben Wissenschaftler für Implantate nutzbar gemacht, indem sie Nanosäulen aus Titan erschaffen haben.
Prof. Dr. Manfred Köller und Dr. Christina Sengstock zeigen die mikroskopisch vergrößerte Seitenansicht der nanostrukturierten Titanoberfläche. Sie hat ähnlich wie der Zikadenflügel antibakterielle Eigenschaften.
Foto: Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bergmannsheil
Australische Wissenschaftler wissen es bereits seit einiger Zeit: Die Flügel der Zikade besitzen eine ganz besondere Struktur, die Keime abtötet. Gelangen Keime auf die Flügel des Insektes, bleiben sie an winzigen Nanosäulen haften. Es kommt zu mechanischen Spannungen und die bakterielle Zellwand des Keimes wird zerstört, so dass er schließlich abstirbt.
Wissenschaftler erschaffen Nanosäulen aus Titan
Wissenschaftler des Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikums Bergmannsheil und der Ruhr Universität Bochum bedienten sich nun dem Wissen der Australier und bildeten erstmals die Säulenstruktur des Zikadenflügels mit Titan nach, das oftmals für Implantate verwendet wird. In Tests konnten sie bereits den antibakteriellen Effekt nachweisen. Ihr Ziel: Patienten, die Prothesen oder Implantate eingesetzt bekommen, sollen Bakterieninfektionen und nachfolgende Revisionsoperationen erspart bleiben.
So sieht die nanostrukturierte Oberfläche unter dem Rasterelektronenmikroskop aus. Die spitzen Säulen zerstören Keime und machen Implantate somit sicherer für Patienten.
Quelle: Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bergmannsheil
Für die Nachbildung der Flügelstrukturen verwendeten die Wissenschaftler Prof. Manfred Köller von der chirurgischen Forschungsabteilung am Bergmannsheil und Prof. Alfred Ludwig von der Ruhr Universität das sogenannte Magnetron-Sputter-Verfahren. Dabei handelt es sich um einen Beschichtungsprozess für Softcoatings. Damit konnten die Forscher Titan-Nanosäulen mit einer Höhe von 80 Nanometern herstellen.
Nanosäulen zerstören E.Coli-Bakterien
Mit einem anschließenden Test zeigten sie den Unterschied zwischen einer nanostrukturierten Oberfläche mit antimikrobieller Aktivität und einer komplett glatten Titanoberfläche. Dafür besiedelten die Wissenschaftler Testplättchen mit den zwei Bakterientypen Staphylococcus aureus und Escherichia coli. Mit Fluoreszenz-Farbstoffen konnten sie dann die Überlebensfähigkeit auf den Oberflächen feststellen. Das Resultat war eindeutig: Die Bakterienzahl auf der nanostrukturierten Oberfläche nahm schnell ab, die verbliebenen Keime zeigten eine irreguläre Morphologie und wurden letztendlich auch zerstört.
„Derzeit arbeiten wir daran, diese nanostrukturierten Titanoberflächen weiter zu entwickeln, sodass auch andere Bakterientypen angegriffen und bekämpft werden“, erklärt Prof. Manfred Köller. Dabei denken die Forscher derzeit hauptsächlich an Keime wie Staphylococcus aureus, der im schlimmsten Fall eine Lungenentzündung hervorruft.
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