Antifoulingoberflächen mit räumlich alternierenden Grenzflächeneigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Hannig; Professor Dr. Matthias Hannig; Dr. Ralf Helbig
• Fachliche Zuordnung: Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ; Biomaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403577877

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die mikrobielle Besiedlung auf restaurativen zahnmedizinischen Materialien verringert die Haltbarkeit dieser Medizinprodukte und führt oft zu Folgeerkrankungen wie sekundärer Karies oder Periimplantitis. Daher besteht ein hoher Bedarf an neuartigen Materialien und Strategien, welche zu einer reduzierten mikrobiellen Besiedlung führen. Im Rahmen dieses Projekts wurden zum einen texturierte Oberflächen unterschiedlicher Dimensionsgrößen und Geometrien hergestellt. Zum anderen wurden biphasische Oberflächen mit einem Wechsel der Oberflächeneigenschaften im Nanomaßstab generiert. Diese Oberflächen wurden in der Mundhöhle für verschiedene Zeitpunkte exponiert und die mikrobielle Besiedlung evaluiert. Des Weiteren wurde die Ausbildung der oralen Pellikel elektronenmikroskopisch untersucht. Es zeigte sich, dass texturierte Oberflächen (Linien, Löcher, Säulen) mit einer Größe von 0,7- 4,5 µm und einem Abstand zwischen 0,7-130,5 µm aus Perfluorpolyether in diesem Habitat keinen wesentlichen Einfluss auf die mikrobielle Kolonisation im Vergleich zu glatten Oberflächen aufweisen. Eine Basalpellikel wurde auf allen Oberflächen unverändert ausgebildet, eine dickere globuläre Pellikelschicht wurde aber hauptsächlich in den Vertiefungen vorgefunden. Biphasische Oberflächen mit einem Wechsel zwischen hydrophilen und hydrophoben Oberflächeneigenschaften im Abstand von 50 nm zeigten dagegen eine Reduktion der Biofilmbildung nach 8-stündiger Exposition in der Mundhöhle verglichen mit den entsprechenden monophasischen Oberflächen. Ein stärkerer Kontrast der Oberflächenenergie zwischen den benutzten Oberflächen korrelierte mit einem stärkeren Einfluss auf die Biofilmbildung. Der Einfluss der biphasischen Oberflächen auf die Biofilmbildung verringerte sich jedoch nach längeren oralen Expositionszeiten (26 h). Zusammenfassend konnte damit aber ein Ansatz für die Herstellung von neuartigen Oberflächen in der Mundhöhle erarbeitet werden, welche die bakterielle Besiedlung über mehrere Stunden hemmen. Die Untersuchungen unterstreichen zudem die Relevanz von Insitu-Versuchen in der zahnmedizinischen Materialforschung.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Bioadhesion in the oral cavity and approaches for biofilm management by surface modifications. Clinical Oral Investigations, 24(12), 4237-4260.
  Sterzenbach, Torsten; Helbig, Ralf; Hannig, Christian & Hannig, Matthias
  
• Multicolor Patterning of 2D Semiconductor Nanoplatelets. ACS Nano, 15(11), 17623-17634.
  Samadi Khoshkhoo, Mahdi; Prudnikau, Anatol; Chashmejahanbin, Mohammad Reza; Helbig, Ralf; Lesnyak, Vladimir & Cuniberti, Gianaurelio
  
• Bioadhesion on Textured Interfaces in the Human Oral Cavity—An In Situ Study. International Journal of Molecular Sciences, 23(3), 1157.
  Helbig, Ralf; Hannig, Matthias; Basche, Sabine; Ortgies, Janis; Killge, Sebastian; Hannig, Christian & Sterzenbach, Torsten