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28.12.2017 pte

Nanospieße auf Oberflächen töten Bakterien ab

Arbeitsflächen aus Edelstahl lassen sich ohne Desinfektionsmittel keimfrei halten. Julie Champion, Professorin für Chemie- und Biomolekular-Ingenieurswesen am Georgia Institute of Technology, gibt Oberflächen durch elektrochemisches Ätzen eine Struktur, die unsichtbar ist, weil sich die Maße im Nanometer-Bereich bewegen.

Behandelte (rechts) und unbehandelte Edelstahloberfläche.

Behandelte (rechts) und unbehandelte Edelstahloberfläche.

© Rob Felt / gatech.edu

Keimfreie Oberflächen auf Edelstahl - Nanotechnologie macht es möglich: Speziell behandelte Oberflächen töten Bakterien, sind für Säugetiere, einschließlich Menschen, aber ungefährlich. Julie Champion, Professorin für Chemie- und Biomolekular-Ingenieurswesen am Georgia Institute of Technology, gibt Oberflächen durch elektrochemisches Ätzen eine Struktur, die unsichtbar ist, weil sich die Maße im Nanometer-Bereich bewegen.

Zusätzlicher Korrosionsschutz
Die Wirkung ist durchschlagend. Winzige nadelartige Erhebungen auf der Oberfläche spießen die Bakterien förmlich auf und zerstören so ihre Membran. Säugetierzellen können diese Spieße nichts anhaben, weil sie viel größer sind. Die Nanostrukturierung hat noch einen weiteren Effekt: Sie schützt die Oberfläche vor Korrosion, gegen die auch Edelstahl nicht völlig gefeit ist.

"Diese Oberflächenbehandlung hat weitreichende Auswirkungen", sagt Champion. "Denn die Nutzung von Edelstahl ist so weit verbreitet, dass unzählige Anwendungen profitieren können. Die meisten antibakteriellen Beschichtungen, die heute genutzt werden, seien nicht von Dauer. Mit der Zeit lösen sie sich auf, sodass sich Bakterien wieder ansiedeln und zur Gefahr etwa für Kantinenbesucher werden können. "Weil wir den Stahl selbst modifizieren, also nicht beschichten, ist unsere antibakterielle Maßnahme dauerhaft", verdeutlicht Champion die Vorzüge der Lösung.

Mäusezellen bleiben in Test heil
Die Forscher haben die Wirkung der Oberfläche an Gram negativen und Gram positiven Bakterien getestet - an Escherichia coli und Staphylococcus aureus. Die Zellen von Mäusen blieben dagegen heil. Die Forscher begannen zunächst damit, Oberflächen extrem wasserabweisend zu machen. Die Überlegung: Wasser würde samt Bakterien einfach abperlen. Doch schnell war klar, dass das nicht ohne eine Beschichtung zu machen ist.

Genau das wollten die Wissenschaftler nicht. Da hatten die frisch promovierten Yeongseon Jang und Won Tae Choi die zündende Idee. Sie schlugen eine strukturierte Oberfläche vor, an der sich Bakterien nicht festhalten können. Sie versuchten das elektrochemische Ätzen mit unterschiedlichen Spannungen, um die Oberfläche gezielt aufzurauen, ein ungewöhnliches Unterfangen, denn das Verfahren wird normalerweise genutzt, um Oberflächen zu polieren.

Doch es ist den Forschern gelungen. Irgendwann war die Oberfläche mit Spießen übersät, die eine Größenordnung von 20 bis 25 Nanometern hatten. Da es sich um ein mechanisches Verfahren, eben das Zerstören der bakteriellen Membranen, handelt, können die Mikroorganismen keine Resistenzen entwickeln - gegen chemische Desinfektionsmittel bislang aber schon.

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