Rutschige Oberfläche verhindert das Anlagern von Biofilmen

Cambridge (USA) – Lagern sich Bakterien oder andere Mikroorganismen in einem dünnen Film auf Oberflächen an, hat das meist negative Folgen. Haften sie zum Beispiel auf Schiffsrümpfen, setzen sich dort auch Muscheln oder Algen fest, was den Widerstand im Wasser und damit den Treibstoffbedarf erhöht. In der Medizin sind Biofilme ein Problem für Patienten, die Prothesen oder Katheter tragen, weil die Bakterien Entzündungen im Körper auslösen können. Da sich die Organismen auf einem festen Untergrund nur schwer bekämpfen lassen, haben Forscher nun eine mit Flüssigkeit durchdrungene Oberfläche entwickelt, auf der Biofilme erst gar keinen Halt finden. Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Team in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

Zwei Petrischalen nebeneinander, auf der mit SLIPS bezeichneten Schale ist nichts zu sehen, auf der Schale mit Teflon hat sich in der Mitte ein runder, gelblicher Fleck gebildet.
Wirkung der neuen Oberfläche

Die Basis für die Oberfläche bildet ein fein perforiertes Material, das entweder aus Polytetrafluoroethylen oder einer Siliziumverbindung besteht. Anschließend überzogen die Forscher das Material mit einer Flüssigkeit, die in die nanometergroßen Poren eindringt und so festgehalten wird.  „Das Ergebnis ist, dass sich die Biofilme nicht mehr anhaften können, und wenn sie es doch tun, fließen sie sanft ab“, erklärt Alexander Epstein von der Harvard University. Gemeinsam mit seinem Team hatte er bereits gezeigt, dass an der neuen Oberfläche sowohl wässrige als auch ölige Flüssigkeiten abperlen und keine Eiskristalle wachsen. Für ihre aktuelle Studie experimentierten Epstein und seine Kollegen mit Bakterienarten, die krankheitserregende Biofilme bilden, darunter das Darmbakterium Escherichia Coli. Über einen Zeitraum von sieben Tagen konnte das Team nachweisen, dass die Beschichtung das Wachstum der Bakterienfilme um über 95 Prozent reduziert.

Die getestete Oberfläche ist außerdem ungiftig, leicht anzubringen und durch ihre besonderen Eigenschaften reinigt sie sich selbst, berichten die Forscher. Auch extreme Bedingungen wie zum Beispiel einen hohen Salzgehalt oder UV-Einstrahlung könne sie aushalten. Die Wissenschaftler räumen allerdings ein, dass sie ihre Tests nur in einem Umfeld durchgeführt haben, in der die umgebende Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von einem Zentimeter pro Sekunde vorbeifloss. In Blutgefäßen oder bei Kathetern kann diese Geschwindigkeit um das Zehn- bis Hundertfache höher sein, in Rohrleitungen oder an Schiffen liegt sie sogar bei bis zu zehn Metern pro Sekunde. Wenn die Oberflächenstruktur in der Praxis eingesetzt werden soll, muss sie auch unter solchen Umständen stabil bleiben.