Innovative Funktionsbeschichtungen mit Übergangsmetalloxiden und ihre antimikrobiellen und katalytischen Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Cordt Zollfrank
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 186187002

Ziel des Projektes ist die Entwicklung funktionaler Schichten mit antimikrobieller Wirkung, die auf Substraten aus Keramiken, Gläsern und Metallen abgeschieden werden. Als antimikrobielle Werkstoffe sind verschiedene Übergangsmetallsäuren vorgesehen, insbesondere MoO3 und WO3. Die mikrobiozide Wirkung dieser Stoffe beruht dabei auf einer Absenkung des pH-Wertes im umgebenden Medium, bedingt durch die Bildung von Wasserstoff-Kationen (Protonenfreisetzung). Hierdurch werden für Bakterien und Pilzkulturen lebensfeindliche Bedingungen bei gleichzeitig minimaler Zytotoxizität erreicht. Bei den hier behandelten Materialien ist die vorliegende antimikrobielle Wirkweise auf die Grenzfläche beschränkt und führt bei an der Oberfläche haftenden Mikroorganismen zur Eiweißdenaturation und in der Folge zum raschen Keimtod. Der Vorteil dieser Technik beruht darauf, dass keine antimikrobiell wirksamen Substanzen in die Umgebung diffundieren. Dadurch wird die mikrobiozide Wirksamkeit nicht verbraucht, d.h. sie ist beständig. Da keine antimikrobiell wirksamen Substanzen in die Umgebung diffundieren, wird auch keine Zytotoxizität erwartet. Ein Fokus der Forschungsarbeiten liegt auf der Erzeugung eines adäquaten Beschichtungssystems auf Basis der Sol-Gel- und der Schlickertechnologie, wodurch eine Beschichtung bei Raumtemperatur ermöglicht wird. Zur Optimierung der Schichthaftung soll unter Berücksichtigung der Materialpaarung eine Temperaturnachbehandlung an den Beschichtungsprozess angeschlossen werden. Diese erfolgt in sauerstoffhaltiger Atmosphäre im Temperaturbereich zwischen 300 und 1200 °C. Dabei ist auch damit zu rechnen, dass es zu einer Veränderung der mikrobioziden Eigenschaften der Schicht kommt, da sich das Verhältnis von MoO3 bzw. WO3 zu MoOx bzw. WOx verschiebt. Dieser Vorgang spielt bei der Entwicklung der Beschichtungstechnologie und der Abstimmung der chemischen Eigenschaften der Schicht auf die gewünschten Anforderungen eine besondere Rolle und wird deshalb eingehend analysiert. Dabei wird die antimikrobielle Wirksamkeit als Funktion der chemischen Zusammensetzung untersucht. Um eine möglichst gute Wirkung der Beschichtung zu entfalten, sollen der Einfluss der Partikelgröße (< 1 μm) und der Porosität genau untersucht werden, um so eine gezielte Einstellung der Oberfläche vornehmen zu können. Die hier vorgestellte innovative Technologie bedarf allerdings neuer Untersuchungsmethoden. Eine geeignete Methode, welche die antimikrobielle Wirksamkeit am nächsten der realen Situation beschreibt, ist die Ausrollmethode. Als Anwendungsbereich der neuen Materialien bieten sich vor allem medizinische Gegenstände zur Behandlung und Pflege von hilfsbedürftigen Menschen, Teile von Armaturen in öffentlichen Verkehrssystemen und anderen häufig von Menschen frequentierten Orten an.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Josef Peter Guggenbichler; Professor Dr. Johann Plank