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29.07.08 Beschichtung mit Silber-Nanopartikeln stoppt Bakterien

Beschichtete Folie als Bakterienkiller

Ein von Forschern der ETH Zürich entwickeltes Nanoprodukt aus Silber und Calciumphosphat wirkt auf Bakterien tödlich. Das Besondere daran ist, dass die Bakterien diese desinfizierende Wirkung selbst hervorrufen und dosieren.

Simone Uhler (ETHZ)

Das Schema zeigt die selbstdesinfizierende Wirkung der auf die Kunststofffolie aufgebrachten Silber- und Calciumphosphat-Nanopartikel.
Quelle: Arbeitsgruppe Wendelin Stark, ETHZ

Dass Silber antiseptisch und somit desinfizierend wirkt, ist seit rund 3000 Jahren bekannt. Wohlhabende Haushalte benutzten deshalb antibakteriell wirkendes Silbergeschirr, ärmere Leute Silbermünzen in der Milchkanne. Rund zweihundert Jahre wurde Silber medizinisch genutzt, bevor es durch Antibiotika verdrängt und lange Zeit fast nur noch in der Alternativmedizin eingesetzt wurde. Seit Beginn des Zeitalters der Nanotechnologie erlebt das Edelmetall in der Medizin eine Art Renaissance. Medizinische Geräte, Prothesen, Krankenhausmobiliar oder gar Krankenhauswäsche werden damit ausgekleidet, ummantelt oder angereichert.

Nährstoffsubstrat aktiviert Mechanismus

Bis anhin war es jedoch nicht möglich, das Edelmetall gezielt und dosiert einzusetzen. Nun hat die Forschergruppe von Wendelin Stark, Assistenzprofessor am Institut für Chemie und Bioingenieurwissenschaften der ETH Zürich, eine mit Silber und Calciumphosphat beschichtete Kunststofffolie entwickelt, die diese Bedingungen erfüllt und zudem selbstdesinfizierend wirkt. Die Kombination der beiden Stoffe ist beispielsweise für das Bakterium Escherichia coli bis zu 1000 Mal tödlicher als herkömmliche Silber-Präparate auf Siliziumbasis. Ein entscheidender Faktor scheint zu sein, dass die Bakterien den Trägerstoff Calcium für ihren Stoffwechsel nutzen. Die 20 bis 50 Nanometer grossen Calciumphosphat-Partikel werden von den Mikroorganismen als Nahrung aufgenommen und dadurch zersetzt. Dabei werden tausende von 1 bis 2 Nanometer kleinen Silberpartikeln, die von den Forschern auf die Calcium-Nahrung aufgetragen wurden, freigegeben.

Die Silber-Nanopartikel wirken nach heutigem Wissen vielfach auf die Bakterien ein: Sie unterbinden den Nährstofftransport der Zelle, greifen die Zellmembran an und stören die Zellteilung und somit die Vermehrung der Keime. Versuche mit den Trägerstoffen Calciumphosphat und Siliziumdioxid, die jeweils mit Silber beschichtet wurden, zeigten im Test unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Bakterienstämme. Der Trägerstoff Calciumphosphat hatte einen bis zu 1000 Mal stärkeren Wirkungsgrad als Siliziumdioxid. Innert 24 Stunden überlebte von 100'000 bis 1'000'000 Bakterien weniger als ein Bakterium. Da der Verzehr des organischen Calciumphosphats laut den Forschern aber auch die Bakterien ernährt – ohne die Wirkung des Silbers würden sie sich in 24 Stunden um das Tausendfache vermehren - muss das Silber nicht nur die bereits vorhandenen Bakterien bekämpfen, sondern auch solche, die sich neu bilden würden. „Daher ist der Effekt noch erstaunlicher“, sagt Wendelin Stark.

Senkung des Infektionsrisikos

Durch das neue Produkt gelang es der Gruppe von Stark, ein wirksames Präparat gegen eine Reihe krankmachender Bakterien zu entwickeln, das nur dann gezielt und in der richtigen Dosis aktiv wird, wenn ein Bakterium vorhanden ist. Das an Calciumphosphat anhaftende Silber wird nur entsprechend der Menge freigesetzt, die das Bakterium an Calciumphosphat konsumiert. Das spart Kosten, ist effizient und weniger belastend für den menschlichen Organismus. Das Produkt wird bereits von der an der Entwicklung beteiligten Firma Perlen Converting AG, in Perlen bei Luzern, hergestellt. Dabei wird eine Folie mit den Nanopartikeln aus Silber und Calciumphosphat beschichtet. Die Folie kann beispielsweise in Spitälern an den neuralgischen Punkten der Keimübertragung eingesetzt werden. Türklinken, Betten oder Sanitäranlagen, die mit der selbstdesinfizierenden Folie beklebt werden, könnten Patienten vor gefürchteten und gefährlichen Krankenhauskeimen schützen, die etwa nach operativen Eingriffen zu Komplikationen führen können. Sie muss von Zeit zu Zeit erneuert werden, da die Bakterien das Calcium konsumieren und aufbrauchen, und die Folie deshalb nicht unbegrenzt wirksam ist.

Quellen:

ETH Life

Micro-organism-Triggered Release of Silver Nanoparticles from Biodegradable Oxide Carriers Allows Preparation of Self-Sterilizing Polymer Surfaces
S. Loher, O. D. Schneider, T. Maienfisch, S. Bokorny, W. J. Stark, Small 2008, 4, 824-832. DOI: 10.1002/smll.200800047

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Beschichtung mit Silber-Nanopartikeln stoppt Bakterien
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2008jul/silberfolie.shtm)

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