TITK: Antimikrobielles, dendritisches Kupfer-Hybrid-Polymer

Spritzgussplatten mit unterschiedlichem Additivgehalt (von links nach rechts: 2,5 Ma%, 1Ma%, 0,5Ma%, reines Matrixmaterial).

Schon seit mehreren Jahren beschäftigen sich die Wissenschaftler des TITK e.V. mit der Thematik der bioaktiven Kunststoffe. So wurden mit dem silberhaltigen PolyXenia bioactivepower und dem zinkhaltigen PolyXenia bioactivesensitive zwei metallorganische Hybridpolymere als "experimental product" etabliert, welche sich durch ihre hohe antimikrobielle Wirksamkeit bei gleichzeitiger Biokompatibilität auszeichnen. Deren Basis bildet das speziell für diese Anwendung entwickelte, nanoskalige, dendritische Trägerpolymer PEImC16, ein modifiziertes, amphiphiles Polyethylenimin, welches durch seine Struktur die Einbettung in eine Polymermatrix und eine kontrollierte Freisetzung der antimikrobiellen Wirksubstanz über einen längeren Zeitraum gewährleistet.

Doch neben den bereits etablierten silber- und zinkhaltigen Hybridpolymeren wurde ein weiteres dendritisches, metallorganisches Hybridpolymer entwickelt und umfassend analysiert. Als bioaktive / antimikrobielle Komponente wurde Kupfer eingesetzt. Dieses liegt in Form von metallischen Nanopartikeln, welche in dem Trägerpolymer eingelagert sind, vor. Wie seine silber- und zinkhaltigen Pendants kann dieses Hybridpolymer zur antimikrobiellen Ausstattung von Oberflächen und Vollmaterialien verwendet werden.

So konnte man in Dünnschichtapplikationen bereits mit geringem Gehalt an Kupfer-Hybridpolymer ein breites Spektrum antimikrobieller Wirksamkeit gegen Pathogene wie Klebsiella pneuminiae, MRSA oder Candida albicans nachweislich generieren.

Weiterhin war es möglich dieses antimikrobielle Additiv mit den für die Medizintechnik relevanten Kunststoffen PA6, PE-LD, PP und TPE-S zu antimikrobiellen Compounds mittels Extrusion zu verarbeiten. Durch die haftvermittelnde und dispergierende Wirkung des Additivs und die hohe antimikrobielle Wirkung bei geringem Additivgehalt kommt es zu keiner signifikanten Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Compounds im Vergleich zu deren Referenzmaterialien.

Diagramm 1: Antimikrobielle Wirksamkeitsuntersuchung an Spritzgussplatten gegen den gram-positiven Bakterienstamm Staphylococcus aureus in Anlehnung an ISO 22196.

Im hauseigenen Biologielabor des TITK e.V. wurden die Tests zum Nachweis der antimikrobiellen Wirksamkeit der Kupfer-Hybridpolymerhaltigen Compounds an unterschiedlichen Pathogenen nachgewiesen. So konnte beispielsweise durch Wirksamkeitsuntersuchungen gegen den gram-positiven Bakterienstamm Staphylococcus aureus nachgewiesen werden, dass unabhängig von der Matrix nur 1 Ma% Additiv nötig ist, um einen Kunststoff mit stark antibakteriellen Eigenschaften bzw. 2,5 Ma% an Additiv nötig sind, um einen Kunststoff mit bakteriziden Eigenschaften auszustatten (Diagramm 1).

Diagramm 2: Antimikrobielle Wirksamkeitsuntersuchung an Spritzgussplatten gegen den Hefepilz Candida albicans in Anlehnung an ISO 22196.

Anhand der Wirksamkeitsuntersuchungen gegen den Hefepilz Candida albicans konnte nachgewiesen werden, dass man in einer PE-LD Matrix mit 1 Ma% Additiv bereits eine stark antimykotische Wirksamkeit generieren kann. Bei den PA6-Compounds erreichte man diesen Effekt mit 2,5 Ma% Additiv. Zur Generierung einer fungiziden Wirksamkeit werden in der PA6-Matrix 5 Ma% kupferhaltiges Hybridpolymer benötigt (Diagramm 2).

Die Entwicklung und Untersuchungen wurden im Rahmen des Forschungsprojektes "Aktive antimikrobielle Kunststoffmodifizierung basierend auf, durch Mikrowellenstrahlung synthetisierter, dendritischer Polymer-Nanokupfer-Verbindung" durchgeführt, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen INNO-KOM-Ost-Projektes MF 120047 gefördert wurde.

Weitere Forschungsergebnisse des TITK sowie das Dienstleitungsangebot der Ostthüringischen Materialprüfgesellschaft für Textil- und Kunststoffe mbH (OMPG) werden auf der Fakuma 2014 am Messestand der OMPG vorgestellt.

Weitere Informationen: www.ompg.de, www.titk.de

Fakuma 2014, Friedrichshafen, 14.-18.10.2014, Halle B3, Stand 3201

Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK e.V.), Rudolstadt

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