Atlanta – Forscher des Georgia Institute of Technology (GaTech) haben eine Oberfläche entwickelt, gegen die die dicke, mehrschichtige Zellmembran resistenter Bakterien nicht schützt. Den Rest besorgen Kupferionen, die die Zellkerne angreifen und zerstören. Gegen dieses Verfahren können Bakterien keine Resistenzen entwickeln; sie werden sozusagen aufgespiesst. Gefährliche Bakterien wie Escherichia coli und Staphylokokken haben keine Chance mehr. Die Edelstahlspitzen sind so klein, dass sie beispielsweise bei Menschen keine Verletzungen hervorrufen.
Weniger Chemie und Antibiotika
Das Verfahren könnte den Bedarf an Chemikalien und Antibiotika in Krankenhäusern, Küchen und anderen Bereichen verringern, in denen Oberflächenverunreinigungen oft zu schweren Krankheiten führen. Es könnte auch Leben retten: Eine weltweite Studie über arzneimittelresistente Infektionen hat ergeben, dass diese im Jahr 2019 rund 1,27 Mio. Menschen direkt töteten und zu fast fünf Mio. weiteren Todesfällen beitrugen. Seitdem ist die Gefahr eher noch grösser geworden. Damit sind diese Infektionen eine der häufigsten Todesursachen in jeder Altersgruppe.
«Mein Ziel war es, eine antibiotikafreie bakterizide Oberfläche zu entwickeln, die gegen gramnegative und grampositive Bakterien wirksam ist», sagt GaTech-Postdoktorandin Anuja Tripathi von der School of Chemical and Biomolecular Engineering. Gemeinsam mit Julie Champion und weiteren Kollegen hat sie eine elektrochemische Methode entwickelt, um die Oberfläche von Edelstahl zu ätzen, wodurch nadelartige Strukturen in Nanogrösse auf der Oberfläche entstehen, die die Zellmembranen von Bakterien durchstechen. Mit einem zweiten elektrochemischen Verfahren brachten die Forscher dann Kupferionen auf der Stahloberfläche an, die den Bakterien den Rest geben.
Kupfer verbessert Wirksamkeit
Die extrem spitzen Edelstahlstrukturen reichen bereits, um die dicken Zellmembranen zu schädigen, doch die Forscher wollten auf Nummer Sicher gehen und setzten zusätzlich Kupfer ein. Obwohl die antibakteriellen Eigenschaften von Kupfer bekannt sind, wird es nicht häufig zur Bekämpfung von Oberflächenverunreinigungen eingesetzt, da es teuer ist. Bei Tripathis Ansatz wird nur eine extrem dünne Schicht von Kupferionen auf den Edelstahl aufgebracht, sodass es kostengünstig ist, ohne die antibakterielle Wirkung des Materials zu beeinträchtigen.
Die neue strukturierte Oberfläche reduziert die Zahl der gramnegativen E.-coli-Bakterien um 97 und der grampositiven Staphylococcus-epidermis-Bakterien um 99 Prozent. Der nanostrukturierte Edelstahl lässt sich für gängige Werkzeuge im medizinischen Bereich verwenden, die leicht verschmutzen, wie Scheren oder Pinzetten, so Tripathi. Er könne auch für Türgriffe, Treppengeländer und vielleicht sogar Waschbecken verwendet werden, an denen Oberflächenbakterien häufig vorkommen, insbesondere in Krankenhäusern oder anderen Gemeinschaftseinrichtungen. (pte/mc/ps)