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ePaper created 2013-09-23, 14:05:17 | version 1.25.20
8 4 Unerwünschte Biofilme Bakterien und Pilze leben bevorzugt in Biofilmen. Diese beste- hen aus miteinander agierenden Mikroorganismen, umgeben von einer selbst produzierten Schleimschicht zum Schutz vor äußeren Angriffen. An natürlichen und technischen Grenz- flächen in feuchter oder wässriger Umgebung sind sie allge- genwärtig. Biofilme mit pathogenen Organismen oder am fal- schen Ort können eine Gefahr für die Gesundheit darstellen, Materialschäden verursachen oder den Energieaufwand im Anlagenbetrieb stark erhöhen (Abb. 1). Daher werden in vie- len Bereichen Biozide eingesetzt. Ihre Zulassung und Anwen- dung ist durch eine Reihe von Gesetzen, Verordnungen und europäische Regularien geregelt. Mit zunehmenden gesetz- lichen Beschränkungen für ihren Einsatz steigt der Bedarf an biozidfreien, antimikrobiell wirksamen Ausrüstungen für tech- nische Oberflächen. Zur Entwicklung geeigneter Systeme ar- beiten am Fraunhofer IGB abteilungsübergreifend Materialwis- senschaftler, Mikro-, Molekular- und Zellbiologen zusammen. Schichtsysteme für antimikrobielle Verbindungen Zur Vermeidung der Biofilmbildung untersuchen wir die Wir- kung natürlich vorkommender antimikrobiell aktiver Ver- bindungen wie Pflanzenextrakte, kationische Peptide und Enzyme. Da es für eine technische Nutzung notwendig ist, Wirkstoffe in einer geeigneten Darreichungsform zu applizie- ren, entwickeln wir Schichtsysteme zur längerfristigen und ge- zielten Freisetzung und, besonders im Fall von Biomolekülen, zur längerfristigen Erhaltung ihrer Funktion. Die Applikations- art der Wirkstoffe hängt dabei vom Einsatzbereich, der Art und Geometrie der Oberfläche und dem zu immobilisierenden Wirkstoff ab. Immobilisierung in polymerer Matrix Eine Möglichkeit zur Immobilisierung aktiver Biomoleküle ist die Einbettung in eine polymere Matrix als Beschichtung eines Bauteils. Aus dieser wird der Wirkstoff über einen bestimmten Zeitraum freigesetzt. Wir realisierten aktive Schichten mit Ly- sozym, DNAse und LL-37. Lysozyme sind Enzyme des angebo- renen Immunsystems und beschädigen die Bakterienzellwand. Das humane antimikrobielle Peptid LL-37 wird auch vom Im- munsystem gebildet und zerstört die Zellwände zahlreicher Gram-positiver und Gram-negativer Bakterien. Zudem ist es sehr proteolysestabil. Das Enzym DNAse spaltet DNA. Da Bio- filme zu einem großen Anteil aus der freigesetzten DNA ab- gestorbener Mikroorganismen bestehen, können DNAsen den Biofilm reduzieren. Die polymere Matrix wurde aus kurzkettigen Poly(ethylen- glykol)-Diacrylaten durch UV-Bestrahlung aufgebaut. Dazu wurde der Wirkstoff mit Additiven in die wässrige Polymer- lösung gegeben, auf die gewünschte Oberfläche gebracht und für 3 Sekunden bestrahlt (Abb. 2). Durch die Bestrahlung vernetzen die Polymerketten und der Wirkstoff wird so im Hydrogel eingebettet. Wir wiesen nach, dass die angewand- te Bestrahlungsdauer zur Netzwerkbildung ausreicht und das Biomolekül nicht wesentlich in seiner Sekundärstruktur oder Aktivität verändert wird. Steuerung der Freisetzung und antimikrobielle Wirkung Das Freisetzungsverhalten wurde bei Raumtemperatur in einer phosphatgepufferten Salzlösung untersucht, welche regel- mäßig gewechselt wurde. Abb. 3 zeigt die freigesetzte Men- ge Lysozym über 100 Tage in Abhängigkeit unterschiedlicher ANTIMIKROBIELLE OBERFLÄCHEN DURCH EINSATZ NATÜRLICHER WIRKSTOFFE Dr. rer. nat. Michaela Müller, Dipl.-Ing. Christina Weber CHEMIE 21