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 PKW-Verglasung aus Plastik?
15.08.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

nachricht Ein Herz aus Spinnenseide
11.08.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten