Materialforscher wollen mit neuen Kupfer-Werkstoffen gefährliche Keime abtöten
Auf blank poliertem Kupfer sterben Bakterien nach kurzer Zeit ab. Diese Wirkung von Kupfer ist seit längerem bekannt und könnte helfen, gefährliche Infektionen zu stoppen. Doch reines Kupfer bildet auf der Oberfläche eine grünliche Schicht, die so genannte Patina, mit der die antibakterielle Wirkung verloren geht. Saarbrücker Materialforscher wollen jetzt Kupfer-Werkstoffe entwickeln, die diese Nachteile überwinden helfen. Durch spezielle Oberflächen und Kupferlegierungen sollen Materialen entstehen, die aktiv über einen langen Zeitraum Bakterien abtöten können. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Projekt, an dem auch Mikrobiologen beteiligt sind, mit 300.000 Euro.
Hier sieht man Bakterien auf einer linienstrukturierten Kupferoberfläche, die mit der Laser-Interferenztechnologie von Professor Frank Mücklich erzeugt wurde.
Universität des Saarlandes
„In Krankenhäusern verbreiten sich immer häufiger multiresistente Keime, die man selbst mit strengen Hygienemaßnahmen und häufigen Desinfektionen kaum mehr bekämpfen kann“, sagt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Saar-Uni und Direktor des Steinbeis-Zentrums für Werkstofftechnik. Hier könnten kupferhaltige Materialien zum Einsatz kommen, um zum Beispiel Lichtschalter oder Türgriffe zu beschichten. „Dazu muss man aber noch genauer erforschen, auf welche Weise Kupfer die Bakterien unschädlich macht und wie man diese Wirkung langfristig erhalten kann“, erläutert Mücklich. Der Materialforscher arbeitet hierfür mit dem internationalen Kupfer-Experten und Pharmakologen der Universität Bern, Marc Solioz, und den Mikrobiologen der Saar-Uni zusammen. Sie werden untersuchen, wie wirksam neuartige Kupfer-Werkstoffe die gefährlichen Keime abtöten können.
Um Materialoberflächen zu verändern, setzt das Forscher-Team um Frank Mücklich die so genannte Laserinterferenz-Technologie ein. Dabei werden mehrere gebündelte Laserstrahlen auf das Material gerichtet. Sie überlagern sich wie Wellen, die entstehen, wenn man Steine ins Wasser wirft. Physikalisch wird dieses Phänomen Interferenz genannt. In einem Schritt kann man dadurch auf der Fläche eines Quadratzentimeters äußerst präzise Muster in der Größenordnung von wenigen Mikro- bis Nanometern erzeugen. „Das Laserlicht wirkt mit extremer Hitze sehr punktuell auf die Oberfläche ein. Wir können auf einem Zehntel Haaresbreite praktisch alle Metalle schmelzen. Direkt daneben, also etwa fünf Tausendstel Millimeter weiter, bleibt das Material unverändert“, sagt Professor Mücklich. Durch die große Hitze des Laserstrahls kann die Oberfläche auch in ihrer Topographie verändert werden, es entstehen winzig kleine Vertiefungen oder Erhebungen. „Diese haben in etwa die Größe von einzelnen Bakterien. Es wäre also theoretisch möglich, geeignete Mulden zu erzeugen, in denen die Keime wie in eine Art Falle hineingeraten und von Kupfer umschlossen werden“, erläutert der Materialforscher.
Durch die Laserbehandlung wollen die Wissenschaftler außerdem Materialoberflächen erzeugen, die im Gegensatz zu reinem Kupfer keinen Belag, also keine Patina, bilden. „Die antibakterielle Wirkung der Materialien sollte möglichst lange bestehen bleiben und auch nicht durch Putz- und Desinfektionsmittel zerstört werden“, nennt Mücklich sein Ziel. Daher werde man die Laserstrahlen auch dazu benutzen, um die innere Struktur des Materials in einer hauchdünnen Schicht zu verändern. „Hierbei werden wir nicht nur mit Kupferlegierungen experimentieren, sondern auch winzige Silberpartikel verwenden. Denn Silber ist bekannt dafür, dass es Bakterien vernichten kann. Es wird daher auch für medizinische Implantate gerne verwendet“, erläutert der Saarbrücker Professor.
Silber könnte für den breiten Einsatz allerdings zu teuer werden. Die neuartigen Werkstoffe sollen nämlich nicht nur für Krankenhäuser entwickelt werden, sondern auch für Haltegriffe in öffentlichen Verkehrsmitteln, Türklinken in öffentlichen Gebäuden und andere Gegenstände, die von vielen verschiedenen Menschen angefasst werden. „An diesen Stellen setzen sich Viren und Bakterien gerne fest und werden über den direkten Hautkontakt verbreitet. Durch Materialoberflächen, die aktiv Bakterien hemmen, könnte man in Zukunft die gefährlichen Infektionen besser eindämmen“, hofft Frank Mücklich.
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Life-Science-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für Biotechnologie, Pharma und Life Sciences bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
