Kupfer antimikrobiell - Funktionelle Oberflächen und Toxizitätsfaktoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Mücklich
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247643033

Durch lokal genaues Maßschneidern der Oberflächenparameter Topographie und Chemie mithilfe der Laser-Interferenzstrukturierung wurden im Erstantrag auf Bakterienskala strukturierte Modelloberflächen erzeugt. An diesen wurden die Einflussparameter zur Steuerung des Benetzungsverhaltens, der Ionenabgabe und der bakteriellen Adhäsion auf metallischen Oberflächen ermittelt. Zusätzlich wurde das Oxidationsverhalten von Kupferoberflächen während Viabilitätstests mit Bakterien, sowie die Materialkombination von Kupfer und Silber durch Laser Cladding umgesetzt und untersucht. Die eingestellten Material- und Oberflächenparameter wiederum wurden in genaue Korrelation mit der antibakteriellen Effizienz der Oberflächen gebracht.Die Zielsetzung des hier beantragten Fortsetzungsantrags motiviert sich aus den teils überraschenden Ergebnissen des Erstantrags. Schwerpunktmäßig wird die Rolle des unmittelbaren Materialkontakts zum Bakterium sowie des elektrochemischen Einflusses verschiedener Potentialdifferenzen auf das Contact Killing erforscht. Da im Erstantrag qualitativ nachgewiesen wurde, dass der Kontakt zwischen Bakterium und metallischer Oberfläche das Abtötungsverhalten maßgeblich beeinflusst, werden im beantragten Projekt topographisch maßgeschneiderte Kupferoberflächen erzeugt. Auf diesen wird untersucht, ob und wie sich das Abtötungsverhalten durch die Variation der effektiven Kontaktfläche beeinflussen lässt. Im zweiten Arbeitspaket werden durch Laser-Interferenzlithographie und anschließende Beschichtung chemische Oberflächenpattern mit kontrollierten Potentialdifferenzen erzeugt. Anhand dieser Modelloberflächen wird der Einfluss von Potentialunterschieden durch Variation der Materialkombination und Größenskala erforscht. Parallel zu diesen Untersuchungen wird die bakterielle Adhäsion auf den untersuchten Oberflächen mikroskopisch quantitativ charakterisiert, um diese ebenfalls mit der antimikrobiellen Effizienz zu korrelieren. Diese Forschungsarbeiten stellen insbesondere mit Ausblick auf stark ansteigende Antibiotikaresistenzen bei gefährlichen Erregern und der Kontrolle von teils tödlichen Infektionskrankheiten mittels Einsatz antimikrobieller Materialien ein auf lange Sicht gesellschaftlich relevantes Thema dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Beteiligte Person: Professor Dr. Marc Solioz