Strukturierte Kunststoffoberflächen mit antibakteriellen Eigenschaften für die Medizintechnik

Es besteht ein breites Interesse, selbstreinigende, antihaftende Oberflächeneigenschaften zur Verbesserung der Entleerbarkeit und der Reinigung von Behältern und Geräten zu schaffen und die Erzielung antimikrobieller Eigenschaften für hygienische und medizinische Anwendungen zu optimieren.

Es war das Ziel des Projektes, durch nano- und mikrostrukturierte Oberflächen, die minimierte Kontaktflächen zu anderen Materialien aufweisen, beschichtete und mit hydrophob bzw. antibakteriell wirkenden Additiven angereicherte biomimetische Materialien mit verbesserten Antiadhäsiv- und Biozideigenschaften herzustellen.

Die mikrobielle Besiedlung sollte sowohl passiv durch die Verhinderung des Anhaftens der Mikroorganismen an der strukturierten Oberfläche, wie auch aktiv durch die biozide Wirkung von Silberionen, die Mikroorganismen in der Erbsubstanz angreifen, vermindert werden.

Im  Rahmen  des  Forschungsvorhabens wurde die qualitative und wirtschaftliche Herstellung superhydrophober und antiadhäsiver Oberflächen auf Kunststoffprodukten durch den Spritzgießprozess und das Extrusionsprägen untersucht.

Ergebnisse

Die durchgeführten Versuche bestätigen, dass die verfahrenstechnische Umsetzung des Prozesses zur Mikrostrukturierung von Bauteiloberflächen im Spritzgießprozess realisiert werden kann und die gewünschte Oberflächentopographie herstellbar ist. Mit Hilfe der entwickelten Technologie gelingt es Strukturen im Größenbereich von 1 µm mit hohem Aspektverhältnis und hoher Strukturgüte herzustellen. Bereits ohne Additive und zusätzliche Beschichtungen wird dadurch eine enorme Reduzierung der Oberflächenspannung erzielt. Strukturierte Bauteile aus Polypropylen weisen gegenüber Wasser ein nahezu superhydrophobes Verhalten mit Kontaktwinkeln von über 150° auf.

Die Analysen zur Veränderung der biologischen Eigenschaften zeigen allerdings nur geringfügige Ansätze für bakterienhemmende Wirkung. Die nachweislich langanhaltende wasserabweisende Eigenschaft bewirkt auch in Verbindung mit den untersuchten strukturellen Veränderungen, Additiven und Beschichtungen nicht das gewünschte antibakterielle Verhalten.

Anwendungen

Die Forschungsergebnisse liefern notwendige Kenntnisse zum Eigenschaftspotenzial und Herstellungsverfahren mikrostrukturierter Oberflächen auf thermoplastischen Produkten. Durch Nutzung lithographischer Verfahren und galvanisch hergestellter Formeinsätze wurde ein breites Spektrum an komplexen Geometrien bis in den Nanometerbereich erschlossen. Die Verwendung abformender Verfahren ermöglicht die kostengünstige Fertigung für großflächig strukturierte Bauteile mit mittleren und großen Stückzahlen.