Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Keime abtöten wie ein Zikadenflügel

13.06.2014

„Nanotechnology“: Bergmannsheil- und RUB-Forscher produzieren antibakterielle Titan-Oberfläche

Von der Natur lernen: Nach diesem Prinzip verfolgen Wissenschaftler des Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikums Bergmannsheil und der Ruhr-Universität Bochum einen neuen Ansatz, um antibakteriell wirkende Materialien für medizinische Implantate zu entwickeln.


Prof. Dr. Manfred Köller und Dr. Christina Sengstock zeigen die mikroskopisch vergrößerte Seitenansicht der nanostrukturierten Titanoberfläche.

Bild: V. Daum / Bergmannsheil

Vorbild ist die Zikade, ein Insekt, dessen Flügel aufgrund ihrer besonderen Struktur die Fähigkeit besitzen, Keime abzutöten. Den Wissenschaftlern unter Leitung von Prof. Dr. Manfred Köller (Chirurgische Forschung am Bergmannsheil) und Prof. Dr. Alfred Ludwig (RUB-Institut für Werkstoffe, Werkstoffe der Mikrotechnik) ist es jetzt erstmals gelungen, die spezifische, nur im Nanometerbereich sichtbare Säulenstruktur des Zikadenflügels mit dem Implantat-Metall Titan nachzubilden.

In Versuchsreihen bestätigte sich die Vermutung der Forscher, dass diese spezifische Oberfläche des Implantat-Metalls den gewünschten, keimtötenden Effekt hervorruft. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in „Nanotechnology“.

Winzige Säulen zerstören Bakterien

Beim Einbringen von Prothesen und Implantaten in den menschlichen Körper kann es selbst unter höchsten hygienischen Vorkehrungen zu Infektionen kommen. Die daraus folgenden Probleme lassen sich oft nur mit erheblichem Aufwand z. B. mittels einer Revisionsoperation korrigieren. Deshalb arbeiten Wissenschaftler der Chirurgischen Forschung im Bergmannsheil an neuen, antibakteriellen Implantatoberflächen, die das Infektionsrisiko reduzieren.

Zunutze machen sich die Forscher neuerdings eine Entdeckung australischer Wissenschaftler: Sie fanden heraus, dass die Flügel der Zikade eine antibakterielle Wirkung haben. Die Ursache für diesen in der Natur bisher einmaligen Prozess ist in der besonderen Struktur der Flügel begründet:

Die Oberfläche der Zikaden-Flügel besteht aus einem regelmäßigen Muster von winzigen Säulen, die nur etwa 200 Nanometer hoch sind (1 Nanometer, nm = 1 millionstel Millimeter, mm). Anhaftende Keime „sinken“ auf diesen Nanosäulen ein. Dadurch entstehen mechanische Spannungen und die bakterielle Zellwand des Keims wird so beschädigt, dass er schließlich abstirbt.

Titanoberflächen mit spezieller Nanostruktur

In Zusammenarbeit mit Materialwissenschaftlern der Ruhr-Universität Bochum (Prof. Dr. Alfred Ludwig, Institut für Werkstoffe, Werkstoffe der Mikrotechnik) gelang es, derartige Strukturen aus dem Implantat-Metall Titan nachzubilden. Dazu verwendeten die Werkstoffforscher ein spezielles Magnetron-Sputter-Verfahren (Glancing Angle Sputter Deposition, GLAD).

Dies ermöglichte es, Titan-Nanosäulen mit einer Höhe von ca. 80 nm zu generieren. Anschließend prüften die Forscher im Bergmannsheil, inwieweit diese speziellen Oberflächen eine antimikrobielle Aktivität im Vergleich zu einer komplett glatten Titanoberfläche entfalteten. Dazu wurden Testplättchen jeweils mit zwei Bakterientypen besiedelt (Staphylococcus aureus und Escherichia coli). Anschließend prüften die Wissenschaftler mit Fluoreszenz-Farbstoffen das Anhaften und die Überlebensfähigkeit der Bakterien auf den verschiedenen Oberflächen.

Keimtötender Effekt bei Escherichia coli

Die Arbeitsgruppe konnte einen selektiven antibakteriellen Effekt auf gram-negative Escherichia coli, einem verbreiteten Darmbakterium, nachweisen. Die Anzahl der Bakterien nahm signifikant im Zeitverlauf ab. Im Raster-Elektronenmikroskop (REM) wurde sichtbar, dass verbliebene Keime eine irreguläre Morphologie und eine Zerstörung der bakteriellen Zellwand aufwiesen. „Derzeit arbeiten wir daran, diese nanostrukturierten Titanoberflächen weiter zu entwickeln, sodass auch andere Bakterientypen angegriffen und bekämpft werden“, so Prof. Dr. Manfred Köller. Im Fokus der Forscher stehen insbesondere grampositive Keime wie z. B. Staphylococcus aureus.

Titelaufnahme:
Christina Sengstock, Michael Lopian, Yahya Motemani, Anna Borgmann, Chinmay Khare, Pio John S. Buenconsejo, Thomas A. Schildhauer, Alfred Ludwig and Manfred Köller: Structure-related antibacterial activity of a titanium nanostructured surface fabricated by glancing angle sputter deposition. In: Nanotechnology Vol. 25 (2014) Nr. 19.

Über das Bergmannsheil

Das Berufsgenossenschaftliche Universitätsklinikum Bergmannsheil repräsentiert den Strukturwandel im Ruhrgebiet wie kein anderes Krankenhaus: 1890 als erste Unfallklinik der Welt zur Versorgung von verunglückten Bergleuten gegründet, zählt es heute zu den modernsten und leistungsfähigsten Akutkliniken der Maximalversorgung und gehört zum Universitätsklinikum der Ruhr-Universität Bochum (UK RUB). In 23 Kliniken und Fachabteilungen mit insgesamt 622 Betten werden jährlich rund 20.000 Patienten stationär und 63.000 Patienten ambulant behandelt. Mehr als die Hälfte der Patienten kommen aus dem überregionalen Einzugsbereich. Weitere Informationen im Internet unter: www.bergmannsheil.de.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Manfred Köller
Leiter Chirurgische Forschung
Chirurgische Universitätsklinik und Poliklinik
Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bergmannsheil GmbH
Bürkle-de-la-Camp-Platz 1
44797 Bochum
Tel.: 0234/302-4750
E-Mail: manfred.koeller@bergmannsheil.de

Pressekontakt:

Robin Jopp
Referent Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bergmannsheil GmbH
Bürkle-de-la-Camp-Platz 1
44789 Bochum
Tel.: 0234/302-6125
E-Mail: robin.jopp@bergmannsheil.de

Weitere Informationen:

http://www.bergmannsheil.de - Website des Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikums Bergmannsheil

Robin Jopp | Bergmannsheil

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik