Meine Merkliste
my.bionity.com  
Login  

Bakterien einfach aufspießen

31.10.2019

© Damian Gorczany

Mittels Rasterelektronenmikroskopie kann die Interaktion zwischen biologischen Objekten wie Zellen und Bakterien mit den nanostrukturierten Oberflächen untersucht werden.

Nanosäulen auf der Oberfläche von Implantaten verhindern, dass sich Bakterien darauf vermehren können. Ein Team der Materialforschung lässt sie wachsen.

Tausende von Patienten müssen sich jedes Jahr Operationen und einer Antibiotikatherapie unterziehen, weil Keime ihr Implantat besiedelt haben. Ein Team aus Medizin und Materialforschung der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat einen Weg gefunden, die Anheftung von Bakterien an Implantate wie künstliche Gelenke zu verhindern: Sie lassen nanometerkleine Säulen auf der Oberfläche wachsen, die wie ein Nagelbrett dazu führen, dass die Bakterien zerreißen. Keime, die zu widerstandsfähig dafür sind, rücken sie mit Silberionen zuleibe.

Inspiriert von Zikaden

Inspiriert wurden die Forscher durch eine auf den Flügeln bestimmter Zikaden vorkommende Struktur mit antibakteriellen Eigenschaften: Die Flügel sind über und über mit winzigen Säulen aus wachsartigem Material besetzt, die nur rund 200 Nanometer klein sind und zur Beschädigung der Bakterienzellwand führen. „Bis dahin dachte man, Bakterien könnten in der Natur hauptsächlich über chemische Prozesse eliminiert werden“, erklärt Manfred Köller.

Einzelne Titanatome lagern sich zu Säulen zusammen

Die Beschichtung von Oberflächen mit Nanostrukturen ist eine Spezialität des Lehrstuhls Materials Discovery and Interfaces von Prof. Dr. Alfred Ludwig. Hier steht eine sogenannte Sputteranlage, mit der es gelang, die Nanosäulenstruktur der Zikaden fast identisch aus Metall zu generieren.

Nadine Ziegler arbeitet hier an ihrer Doktorarbeit. Sie nutzt ein besonderes Sputter-Verfahren namens Glancing Angle Deposition, kurz GLAD. „Dabei werden einzelne Titanatome durch ein Plasma aus einem Stück reinen Titans herausgelöst und in Richtung des Trägermaterials beschleunigt. Sie treffen schräg von der Seite auf“, erklärt sie. So entsteht eine Landschaft charakteristischer Nanosäulen aus Titanatomen. Tests mit Escherichia-coli-Bakterien zeigten, dass die Erreger sich auf so beschichteten Oberflächen nicht vermehren konnten.

Silberionen helfen, eine Infektion zu verhindern

Andere Arten von Bakterien mit dickerer Zellwand wie Staphylokokken zeigten sich allerdings unbeeindruckt. Um sie an der Anheftung zu hindern, entwickelten die Forscher eine Beschichtung der Nanosäulen mit noch viel kleineren Nanoflecken aus Silber und Platin. Die Anwesenheit des edleren Platins sorgt dafür, dass das Silber vermehrt korrodiert, sodass Silberionen freigesetzt werden. Diese wiederum schaden den Bakterien. „Dadurch, dass das Silber durch die Korrosion binnen dreier Tage verschwindet, haben wir ein selbstlimitierendes System, das in der ersten heiklen Phase nach der Operation eine Infektion verhindern soll“, fasst Manfred Köller zusammen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Oberflächenbeschichtungen
  • Nanostrukturen
  • Silberionen
Mehr über Ruhr-Universität Bochum
  • News

    Darm könnte an der Entstehung von Multipler Sklerose beteiligt sein

    Der Darm steht schon länger im Verdacht, eine Rolle bei der Autoimmunkrankheit zu spielen. Ein Forschungsteam hat nun Hinweise auf einen möglichen Mechanismus entdeckt. Welche Faktoren dazu führen, dass sich das Immunsystem bei Patienten mit Multipler Sklerose (MS) gegen körpereigene Zellen ... mehr

    Wie Sauerstoff das Herzstück wichtiger Enzyme zerstört

    Neue Erkenntnisse sollen helfen, Wasserstoff produzierende Enzyme künftig vor schädlichem Sauerstoff zu schützen – interessant für die Biotechnologie. Bestimmte Enzyme, wie die Wasserstoff produzierenden Hydrogenasen, sind in Anwesenheit von Sauerstoff instabil. Woran das liegt, haben Forsc ... mehr

    Warum es künstliche Intelligenz eigentlich noch nicht gibt

    Die Prozesse, die der künstlichen Intelligenz heute zugrunde liegen, sind eigentlich dumm. Bochumer Forscher arbeiten daran, sie schlauer zu machen. Umbruch, Revolution, Megatrend, vielleicht auch Gefahr: Das Thema künstliche Intelligenz durchdringt alle Branchen, beschäftigt sämtliche Medi ... mehr

  • Firmen

    Ruhr-Universität Bochum (RUB)

    Wir sind mit rund 100 Studiengängen in den Ingenieur-, Natur-, Geistes-, Sozialwissenschaften und der Medizin eine der vielseitigsten und mit ca. 35.000 Studierenden, 460 Professoren und 2.400 Wissenschaftlern eine der größten und leistungsstärksten Universitäten in Deutschland. mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.