Fortschrittliche Beschichtungssysteme mit Doppelfunktion für mikrobielle Resistenz und verbesserter biozider Wirkung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ruth Freitag; Dr. Günter Motz
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578416343

Infektionen durch multiresistente pathogene Krankenhauskeime stellen eine zunehmend größere Bedrohung für Patienten und Krankenhauspersonal dar. Die Entwicklung von multiresistenten „Superbugs“ durch übermäßigen Antibiotikaeinsatz hat erheblich zu diesem Problem beigetragen. Oberflächen und medizinische Instrumente spielen bei der Übertragung eine wichtige Rolle, so dass zunehmend auch die Wirksamkeit der üblichen Desinfektionspraktiken infrage gestellt wird. Die Entwicklung von neuartigen, möglichst langlebigen, antimikrobiellen Beschichtungen ist daher von großer Bedeutung. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen bifunktionellen, robusten, antibakteriellen Beschichtungssystems insbesondere für den Einsatz im Gesundheitswesen. Die Doppelschicht besteht aus einer dichten oberen superhydrophoben Schicht auf Basis von Polysilazanen. Diese verhindert die Biofilmbildung und unterstützt die einfache Reinigung und Dekontamination. Füllstoffe wie Glas und Keramik, ermöglichen die Feinabstimmung der funktionellen und mechanischen Eigenschaften. Die darunterliegende biozide Schicht basiert auf metallmodifizierten (Zn2+, Cu2+ und Ga3+) Polysilazanen und eliminiert die Bakterien bei Defekten in der oberen Deckschicht. Es ist davon auszugehen, dass diese innovative Kombination die Funktionsdauer und Zuverlässigkeit von antibakteriellen Beschichtungen signifikant verbessert. In der Vergangenheit wurden antibakterielle Eigenschaften oft durch Zufall oder einfaches Ausprobieren entdeckt, ohne dass die zugrunde liegenden Mechanismen oder die Rolle verschiedener bakterieller Spezies berücksichtigt wurden. Dies erschwert eine systematische Weiterentwicklung, insbesondere im Hinblick auf die Verhinderung von Resistenzen. Wirksame antibakterielle Beschichtungen müssen sich in der Praxis zudem gegenüber bakteriellen Konsortien bewähren. Ihre Entwicklung sollte daher nicht ausschließlich mit reinen Stämmen validiert werden und über die Ermittlung von Absterberaten wie z.B. der LD50 hinausgehen. Untersuchungen verschiedener Bakterienarten, einschließlich solcher, die schützende Biofilme bilden, sollen wertvolle Erkenntnisse für die iterative Verbesserung der Beschichtungseigenschaften liefern. Hierbei ist die Untersuchung der zellulären Reaktion auf Transkriptom- und Proteomebene von größter Bedeutung, um gezielte Angriffspunkte zu identifizieren, die für eine präzise antimikrobielle Wirkung genutzt werden können. Der interdisziplinäre Ansatz des Projektes, der Materialwissenschaften und Bioverfahrenstechnik kombiniert, ermöglicht eine systematische Bewertung der Beschichtungsfunktionen unter Berücksichtigung des Potenzials für bakterielle Resistenz. Letztendlich soll dieses Projekt entscheidende Erkenntnisse für die Entwicklung langlebiger, antibakterieller Beschichtungen für den Einsatz im Gesundheitswesen liefern und unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Bakterien und antibakteriellen Materialien erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen