Nanopartikel mit antimikrobiellen EigenschaftenCANdot Serie D: Bakteriostatika und Fungizide

Durch Nanopartikel mit antimikrobiellen Eigenschaften soll es ermöglicht werden, große Flächen, beispielsweise in Kliniken, mit einer Beschichtung zu versehen, auf der sich gefährliche Bakterien nicht vermehren können. So soll einer Infektion von Patienten mit Krankenhauskeimen wie Staphylococcus aureus oder Pseudomonas aeruginosa vorgebeugt werden.

Auch in anderen Bereichen, wie Rohrleitungen in der Lebensmittelindustrie in denen schädliche Biofilme eine Rolle spielen, können diese Nanopartikel von Nutzen sein.

Mikroorganismen und Biofilme stellen in vielen Bereichen ein ernstzunehmendes Problem dar. Sogenannte Krankenhauskeime wie Staphylococcus aureus oder Pseudomonas aeroginosa sorgen jährlich Europaweit für drei Millionen nosokomiale Infektionen, vovon 50.000 tödlich enden (Stand 2005). Ein großes Problem ist hierbei die zunehmende Antibiotikaresistenz der Bakterien. Durch die Beschichtungen von Oberflächen mit Produkten, die eine Vermehrung solcher Mikroorganismen erschweren oder verhindern, könnte die Zahl der Infektionen in Krankenhäusern deutlich verringert werden.

Ein weiteres Problem ist die Ansiedelung von Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Algen, Pilze, Protozoen) in Biofilmen. Diese bilden sich an Grenzflächen aus, an denen wässrige Flüssigkeiten mit Luft oder festen Phasen in Berührung kommen. Dieses sogenannte Biofouling stellt ein Problem in Rohrleitungen der Lebensmittel verarbeitenden Industrie, Wärmetauschern sowie auf Schiffs- und Bootsrümpfen dar.

Die CAN GmbH testet derzeit die Anwendbarkeit von Nanopartikeln mit antimikrobieller Wirkung auf diesen Gebieten.

Ein weiteres Einsatzgebiet für die CANdot ® Serie D ist der Bereich Personal Care.

Eine weitere Klasse von Partikeln stellen die oxidischen oder technischen Nanopartikel dar. Dazu gehört auch das Titandioxid (TiO2).

Titandioxid ist auch als Festkörper von hoher Bedeutung für die Industrie. Es findet heute Verwendung als Zusatz für Farben und Lacke, um eine weiße Farbe zu erzielen. Titanweiß hat die höchste Deckkraft aller Weißpigmente und ein hervorragendes Aufhellungsvermögen. Es ist chemisch stabil und wird unter der Kennzeichnung E 171 als Lebensmittelzusatzstoff beispielsweise in Zahnpasta und Hustenbonbons eingesetzt.

Außerdem wird es als UV-Blocker in Sonnencremes und Aufheller in Arzneimitteln (Tabletten) verwendet. Auf den Halbleitereigenschaften des Titandioxids basiert auch die Farbstoffsolarzelle (Grätzel-Zelle).

Der photokatalytische Effekt von TiO2-Nanopartikeln wird in Verbindung mit der UV-Aktivität für „selbstreinigende“ Oberflächen genutzt (photokatalytische Selbstreinigung).

Photokatalytische Selbstreinigung bezeichnet die Eigenschaft von Oberflächen, die mit Nanopartikeln aus Titandioxid beschichtet wurden. Durch Bestrahlung mit Sonnenlicht können organische Materialien auf Oberflächen zersetzt werden.

Grundlage des Verfahrens ist die Photokatalyse. Titandioxid ist ein Halbleiter; Licht erzeugt darin Elektron-Loch-Paare, wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke Eg ist (innerer photoelektrischer Effekt). Die Elektronen oder Löcher können im Titandioxid an die Oberfläche diffundieren und erzeugen dort Radikale, die zur Zersetzung organischer Substanzen führen können. Insbesondere die Löcher haben eine hohe oxidative Wirkung; aus Wasser werden OH-Radikale gebildet, die wiederum organische Moleküle zerstören können.

Solche Titandioxidoberflächen sind super-hydrophil. Diese Eigenschaft der Oberfläche kommt durch Sauerstoff-Leerstellen an der TiO2-Oberfläche zustande. An diesen Stellen werden OH-Gruppen gebunden, die zur guten Benetzung mit Wasser führen. Es bilden sich keine Tröpfchen, sondern ein dünner Film. Weswegen solche Beschichtungen auch als „anti-fogging coatings“ bezeichnet werden.

Dr. Christoph Gimmler

Dr. Christoph Gimmler