Antibakterielle Oberflächen

Gefahren durch Bakterien und Keime lauern überall, angefangen beim heimischen Kühlschrank, über Türgriffe und Angriffsflächen im Sportcenter, Computertastaturen und Spielzeugoberflächen im Kindergarten bis hin zu den superresistenten, gefährlichen Keimen in Kliniken und Krankenhäusern.

Die antiseptischen Eigenschaften von Kupfer, Silber, Emaille und funktionalisierten Sol-Gel-Systemen, also keimtötende Oberflächenbeschichtungen, werden eingesetzt, um in den vielfältigen Bereichen unseres Lebens mehr Sicherheit vor schädlichen Bakterien und Keimen zu erreichen.

So lassen sich mit Hilfe von Kupfer entsprechende Materialeigenschaften und Oberflächenbeschichtungen realisieren. Die Oligodynamie, die schädigenden Wirkungen von metallischen Kationen auf die Lebenskraft organischer Zellen, wird benutzt, um beispielsweise medizintechnische Kunststoffe sowie die Oberflächenbeschichtung von Kühlschränken keimabtötend zu gestalten. Glas, Metall, Plast oder diverse Naturmaterialien lassen sich mit Hilfe effektiver Nano-Technologien mit einer hochdichten Beschichtung versehen.

Neben der antiseptischen Wirkung des Kupfers wird diese Eigenschaft auch bei Silber benutzt. Antibakterielle / antimikrobielle Oberflächen realisiert man durch nanotechnologisches Beschichten oder die Beimischung von Silberpartikeln bei der Produktion verschiedenster Werkstoffen bis hin zu Textilien. Silberionen werden freigesetzt und entfalten ihre antibakterielle Wirkung kontinuierlich.

Die Ausstattung von Gegenständen mit keimtötenden Eigenschaften wird auch mit modernsten Emaillierungsverfahren erreicht. Speziell Aluminium oder Stahl werden mit effizienter moderner Technologie emailliert. Neben der antibakteriellen Beschichtung, die ihrer hohen Dichte wegen auch extrem kratzfest, korrosions, wetter- und temperaturbeständig sowie weitgehend chemisch resistent ist, lassen sich bei Emaille viele Einfärbungen realisieren.

Eine antibakterielle Beschichtung kann transparent und glasähnlich sein. Sie ist mittels verschiedener Verfahren applizierbar. Auch unterschiedlich matte bis hochglänzende und dekorative Oberflächenstrukturen lassen sich erzielen, beim Berühren können diese Oberflächen mit einer weichen, warmen Anmutung versehen werden.

Die nanotechnologischen Verfahren , beispielsweise das Sprühen oder Tauchen, sind flexibel und kostengünstig.

Hygienisch, sinnvoll und effektiv sind die erzielbaren antibakteriellen Materialeigenschaften und Oberflächenbeschichtungen in nahezu allen Bereichen unseres Lebens.

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig

Der Sage nach hat Heinrich der Löwe, Gründer Braunschweigs, 1172 von einer Pilgerreise aus Byzanz nicht nur einen Löwen, sondern auch die Technik mitgebracht, Schwerter zur Stahlhärtung in Misthaufen zu legen. Obwohl das Nibelungen-Lied einen Teil der Sage Lügen straft (denn die Härtung von Eisen durch das Anreichern der Oberfläche mit Stickstoff aus Dung ist schon länger bekannt), passt sie doch vorzüglich – so hat das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, kurz IST genannt, seit 1994 seinen Sitz in Braunschweig. Im Internet findet sich das Institut unter http://www.ist.fraunhofer.de

Mit den historischen Verfahren zur Oberflächenvergütung hat die heutige Schicht- und Oberflächentechnik jedoch wenig zu tun. Das Fraunhofer-Institut bietet mit seinen Publikationen einen Überblick über den aktuellen Stand der Entwicklung bei Beschichtungen, die Zusammenfassung der Publikationen findet sich hier: https://www.ist.fraunhofer.de/de/pressemitteilungen.html

Die Forschungstätigkeiten des Fraunhofer-Institutes liegen in den Bereichen Oberflächentechnik, Beschichtungen, neue Schichtsysteme, Schichtcharakterisierung und Plasmatechnik.

Besondere Forschungsschwerpunkte konzentrieren sich in den Kompetenzfeldern:

Elektrische und optische Funktionsschichten
– Optische Schichten
– Transparente leitfähige Schichten
– Diamant-Elektroden

Reibungsminderung und Verschleißschutz – DLC-basierte Schichten
– Hartstoffschichten
– Plasmadiffusion
– Hochtemperaturschutzschichten
– Trockenschmierstoffschichten

Superharte Schichten
– Diamanttechnologie
– Diamond like carbon (DLC)
– Kubisches Bornitrid

Mikro- und Nanotechnologie
– Grenzflächenfunktionalisierung
– Mikro- und Sensortechnologie

Atmosphärendruckverfahren
– Galvanische Mehrkomponentensysteme
– Elektrochemie
– Atmosphärendruckplasmaverfahren

Niederdruckverfahren
– Hohlkathodenverfahren
– PACVD-Verfahren
– HF-CVD-Verfahren
– Transparente und leitfähige Oxide (TCOs)
– Magnetron-Sputtern

Kunststoffmetallisierung

Analytik und Prüftechnik

Folgende Forschungsaktivitäten sind besonders hervorzuheben:

  • Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik ist in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin weltweit die erste Einrichtung, die neue Möglichkeiten zur Herstellung Si-basierter Dünnschicht-Solarzellen aufzeigt.
  • Gemeinsam mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU Berlin hat das IST einen Arbeitskreis initiiert, der sämtliche Forschungsaktivitäten im Bereich Kohlenstoffschichten zusammenführt und auswertet.
  • Arbeiten auf dem Gebiet der Verschleißminderung durch tribologische Schichten zeigen völlig neue Wege bei Beschichtungen.

Das IST präsentiert sich vom 04. bis 08. April 2011 auf der Hannover Messe. Hier besteht die Möglichkeit Kontakt aufzunehmen und über die Forschungsschwerpunkte und Aktivitäten zu diskutieren.

Metallisierung von Kunststoffen

Die Metallisierung von Kunststoffen kann zweckmäßig sein für funktionale oder auch ästhetische Gründe. Die Eigenschaften von Kunststoffen, wie z.B. ihr geringes Gewicht oder die Flexibilität, werden durch die Metallisierung und die damit verbundenen Eigenschaften der Metalle ergänzt. Dazu gehören unter anderem die Leitfähigkeit von elektrischem Strom oder auch dekorative Strukturen der Oberflächen. Im Grunde kann jede Art von Kunststoff eine Metallisierung seiner Oberflächen erfahren, jedoch ist der Erfolg der Beschichtung auch abhängig von der richtigen Auswahl der Materialien sowie der Technologie und einer exakten Kontrolle des Vorganges bei der Metallisierung.

Eine typische Anwendung für die Metallisierung von Kunststoffen, bei der die Beschichtung hinsichtlich ihrer Ästhetik oder Funktion optimiert werden soll, sind z.B. Bad- und Sanitäreinrichtungen oder auch Haushaltsgeräte.

Es gibt verschiedene Arten, um den Kunststoff zu metallisieren. Es gibt einmal die indirekte Variante, bei der eine Metallschicht, durch Verwendung eines vormetalliserten Materials, indirekt aufgetragen wird. Der eigentliche Metallisierungsprozess der Trägerschicht erfolgt dann in den meisten Fällen durch ein Vakuum. Aufgebracht wird die Trägerschicht dann durch eine Einlegeschicht oder durch Heißfolienprägung.

Eine weitere Anwendung ist das Plattieren. Hier wird der Kunststoff zunächst chemisch vorbehandelt. Danach werden Metallschichten aufgebracht, die elektrostatisch und ladungslos sind. Die Adhäsion erfolgt hier mechanisch oder chemisch und durch die geeigneten Chemikalien wird auf dem Kunststoff dann das Metall abgelagert.

Eine dritte Möglichkeit stellt das Lackieren dar. Hierbei wird Lack mit Metallpartikeln vermengt und auf dem Kunststoff aufgetragen. Dadurch können Lackierungen erzeugt werden, die metallähnliche Eigenschaften besitzen.

Eine Großzahl der Kunststoffkomponenten wird metallisiert im Zusammenhang mit elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) oder um die elektromagnetische Einstrahlung (EME) zu verhindern. Die EMV beschreibt, wie verträglich ein Sender bzw. Empfänger für elektromagnetische Strahlung ist. Es kann sehr wichtig sein, dass eine oder mehrere elektronische Komponenten gegenüber dieser Strahlung sehr störfest ist, um optimal zu funktionieren. Ebenfalls ist es wichtig, dass sich verschiedene elektronische Geräte durch ihre Emissionen gegenseitig stören. Dies ist auch durch die Europäische Gemeinschaft festgelegt. So dürfen bestimmte Komponenten nur eine gewisse Menge der elektromagnetischen Strahlung emittieren oder müssen eine gewisse Menge davon störungsfrei empfangen können.

Chromatografie

Chromatografie ist die Bezeichnung für eine Gruppe physikalisch-chemischer Trennverfahren, bei denen sich die zu trennenden Probenbestandteile zwischen zwei Phasen verteilen. } Die eine, die stationäre Phase, liegt dabei fest. Die andere, die mobile Phase, durchströmt die stationäre Phase oder wird an dieser vorbeigeführt. Apparativ wird dies meist in Säulen mit Innendurchmessern von einigen Mikrometern bis zu wenigen Zentimetern realisiert. Die stationäre Phase ist in solche Säulen »gepackt«; die Probelösung wird hinzugegeben, die Analyten lagern sich dabei an der stationären Phase an. Mit der mobilen Phase wird anschließend eluiert, d. h., der Analyt wird wieder abgelöst (Elution). Als stationäre Phase kann man Flüssigkeiten, Feststoffe oder Gele verwenden. Die Einzelkomponenten des Probengemischs haften in unterschiedlicher Weise an der stationären Phase und werden deshalb mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zum Detektor transportiert und auf diese Weise getrennt. Das im Detektor aufgezeichnete Ergebnis wird als Chromatogramm bezeichnet. Nach Art des Trennprinzips oder des Trägermaterials unterscheidet man u. a. Ionenaustausch- und Papierchromatografie, nach der experimentellen Anordnung Säulen- und Dünnschichtchromatografie. Manche Trennungen werden in der Gasphase (Gaschromatografie) oder unter erhöhtem Druck (Hochdruckflüssigchromatografie, HPLC) durchgeführt. Mit einem Gel als stationärer Phase werden die Moleküle nach ihrer Größe getrennt (Gelchromatografie).

Stammzelltransplantation

Stammzelltransplantation ist Übertragung blutbildender Stammzellen zu therapeutischen Zwecken; unreife und nur gering geprägte Vorläuferzellen des Blutes werden aus dem Knochenmark (Knochenmarktransplantation) oder dem peripheren Blut (Blutstammzelltransplantation) gewonnen und auf den Empfänger durch Infusion übertragen. Ziel ist es, die Blutbildung und das Immunsystem des Patienten durch Zellen des Transplantats zu ersetzen. Die Stammzelltransplantation dient v. a. zur Behandlung angeborener Immundefekte, Leukämien, bösartiger Lymphome oder bestimmter Tumoren. Es gibt zwei Formen der Stammzelltransplantation: Die autologe Stammzelltransplantation wird meist bei festen Krebstumoren angewendet. Hier wird zur Kontrolle der Krebszellen eine zytostatische Behandlung so hoch dosiert eingesetzt, dass die normale Blutbildung zerstört wird. Damit trotzdem eine normale Blutbildung wiederhergestellt werden kann, müssen vor der Hochdosischemotherapie Blutstammzellen des Patienten gewonnen werden. Die allogene Stammzelltransplantation wird besonders bei mit normal dosierter Chemotherapie nicht beherrschbaren akuten oder chronischen Leukämien oder der aplastischen Anämie angewendet. Da die eigenen Blutzellen mit Leukämiezellen prinzipiell vermischt sind oder bei der aplastischen Anämie sich nicht mehr bilden können, werden Blutstammzellen von einem in den Gewebemerkmalen identischen Geschwister- oder Fremdspender verwendet. Bei allen Patienten besteht eine Gefährdung durch Infektionskrankheiten besonders in den ersten Wochen nach der Transplantation, da das Immunsystem erst allmählich wieder funktionstüchtig wird. Die Immunschwäche erfordert in dieser Zeit die Isolierung in sterilen Räumen; Infektionen müssen mit Antibiotika behandelt werden.