Wie können nanostrukturierte und bio-inspirierte Oberflächen zur Bekämpfung von gefährlichen Keimen beitragen?

Abstract

Während langen Raumfahrtmissionen sind Astronauten sehr speziellen Umweltbedingungen ausgesetzt. Diese umfassen unter anderem Faktoren wie Schwerelosigkeit, Strahlung, Stress, aber auch Kontaminationen durch Mikroorganismen. Da Mikroorganismen fester Bestandteil des menschlichen Körpers sind z.B. auf der Haut und im Darm, ist die Schaffung einer sterilen Umgebung in der bemannten Raumfahrt unmöglich. Einige dieser Mikroorganismen sind opportunistisch pathogen und können Biofilme bilden, wodurch das Risiko für Infektionen erhöht wird. Dies kann insbesondere ein gesundheitliches Risiko für die Astronauten werden, da die Funktion des Immunsystems unter Weltraumbedingungen reduziert ist. Eine Methode zur Eindämmung der Ausbreitung solcher pathogenen Mikroorganismen in einer Raumstation könnte der Einsatz von antimikrobiellen Oberflächen sein. In dem geplanten ESA Weltraumexperiment BIOFILMS, geht es um die Evaluierung solcher antimikrobiellen Oberflächen. Die zu testenden Oberflächen beinhalten Kupfer, welches bekannterweise antimikrobielle Eigenschaften hat. Mittels des „Direct Laser Interference Patterning“-Verfahren können Nanostrukturen auf den kupferhaltigen Oberflächen generiert werden. Solche Nanostrukturen kommen auch in der Natur vor und verhindern mikrobielle Anheftung und Wachstum aufgrund ihrer besonderen Oberflächeneigenschaften. In den Vorversuchen zum BIOFILMS-Weltraumexperiment konnte nachgewiesen werden, dass kupferhaltige, nanostrukturierte Oberflächen das Wachstum und die Biofilmbildung von Staphylococcus capitis subsp. capitis hemmen.