Antibakterielle und antivirale Naturstoffe für Polymerfunktionalisierung
Projektleiter: Stefanie Griesheim
Projektnummer: BMWK / INNO-KOM, 49VF200051
Laufzeit: 01.01.2021 – 30.06.2023
Aufgabenstellung
Ziel des VF-Projektes war die Untersuchung spezieller Naturstoffe auf ihre antibakterielle und antivirale Wirkung, als auch ihre Biokompatibilität, um ihr Potential als mögliche Alternative zu bisher eingesetzten antibakteriellen Substanzen wie Antibiotika oder Metallionen zu ergründen. Zusätzlich dazu sollte die Einbringung in bzw. auf Kunststoffe mittels verschiedener Polymersysteme und Verarbeitungsverfahren erprobt werden.
Ergebnisse
Von den 4 ausgewählten Substanzen zeigten drei Stoffe eine gute bis sehr gute antibakterielle Wirksamkeit. Die Naturstoffe ließen sich in fast alle ausgewählten Polymersysteme einarbeiten, durch Beschichtung auf Folien, mittels Extrusion in Polyamid und LDPE (nur eine Substanz), mittels in-Situ-Polymerisation in PMMA, sowie dispergiert in Silikonen mit anschließender Vernetzung. Die so mit antibakteriellen Naturstoffen funktionalisierten Polymersysteme waren sehr gut antibakteriell wirksam. Es konnten auch Polymer-Naturstoff-Systeme entwickelt werden, die zugleich biokompatible Eigenschaften aufwiesen.
Ein Polyphenol zeigte sehr großes Potential bei gram-positiven Keimen wie S. aureus und war auch in sehr kleinen Konzentrationen von << 1 % in LDPE noch bakterizid wirksam. Aufgrund der sehr niedrigen Einsatzkonzentrationen zeigen sich zudem kaum Veränderungen in den mechanischen Eigenschaften bzw. kann das Eigenschaftsprofil des Polymers aufrechterhalten werden. Auch in Silikonen zeigten die Naturstoffe in relativ geringen Einsatzmengen sehr gute antibakterielle Wirkung. Speziell mit dem Peptid konnten hier Silikone funktionalisiert werden, die neben der sehr guten antibakteriellen Wirkung auch biokompatible Eigenschaften aufweisen.
Bei der Untersuchung der Langzeitwirkung zeigte sich eine sehr stabile starke antibakterielle Wirkung der mit Wirkstoff ausgerüsteten hydrophoben Matrixmaterialien wie PE und Silikon.
Anwendung
Die Applikationsmöglichkeiten sind vielfältig, da die erprobten Polymersysteme in Kombination mit den Naturstoffen unterschiedliche Einsatzbereiche repräsentieren (technische Kunststoffe bis hin zu Polymeren aus dem Medizintechnikbereich) und auch die erzielten Eigenschaftsprofile der Polymer-Wirkstoff-Kombinationen in verschiedenen Bereichen einsatzfähig sind. Speziell die entwickelten Polymer-Naturstoff-Kombinationen mit biokompatiblen Eigenschaften bieten Anwendungspotential im Medizintechnikbereich, so z. B. die Kombination von Silikonen mit Peptid (z. B. für verschiedene Arten von Schläuchen).
