STOP-Projekt: Übertragung von Krankheitserregern verhindern

Das EU-geförderte STOP-Projekt entwickelt langlebige, auf­sprühbare, antimikrobielle und antivirale Nanobeschichtungen für stark beanspruchte Oberflächen, die anorganische Nano­partikel, antimikrobielle Peptide und laserinduzierte Oberflä­chenstrukturierung kombinieren [1]. Diese Beschichtungen sol­len Resistenzen minimieren, Infektionen verringern, Gesund­heitskosten senken, die Umweltverschmutzung durch Desin­fektionsmittel reduzieren und die Pandemievorbereitung ver­bessern. Das Fraunhofer IKTS in Forchheim unterstützt das Pro­jekt durch detaillierte Oberflächencharakterisierung variierter Nanobeschichtungen mittels fortschrittlicher Mikroskopie- und Spektroskopietechniken.

Abbildung 1 zeigt ein REM-Bild einer sprühbaren Nanokompo­sit-Beschichtung auf Edelstahl, bei der TiO₂-Nanopartikel in einer Darvan-Matrix dispergiert und mittels Raman-Spektros­kopie identifiziert wurden (Abb. 2). Die TiO₂-Darvan-Mischung gewährleistet eine stabile Suspension, bessere Haftung, me-chanische Stabilität und verstärkte antimikrobielle Eigenschaf­ten für reale Bedingungen. Später im Projekt wird Helium- Ionen-Mikroskopie (HIM) eingesetzt, um Bakterien und Viren auf verschiedenen Oberflächen zu visualisieren und die Wirk­samkeit der Beschichtungen zu bewerten. HIM bietet qualitativ hochwertigere Bilder biologischer Proben mit minimalen Schä­den und Aufladungen.

Die Laserstrukturierung von Oberflächen zur Erzeugung nanoskaliger Rauheiten (sogenannte laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen – LIPSS [1]) ist ein effektiver Ansatz, um die Anhaftung von Bakterien und Viren zu verhindern, indem die Pathogene gestört und/oder die Hydrophobizität erhöht wird. Die Topographie der gelaserten Oberflächen kann mit Rasterkraftmikroskopie (AFM) und optischer Profilometrie analysiert werden. AFM erfasst feine nanoskalige Details auf kleineren Bereichen, während die optische Profilometrie schnellere Messungen über größere Flächen liefert, jedoch mit geringerer lateraler Auflösung. Abbildung 3 zeigt 3D-AFM- (links) und 3D-Optische Profilometrie-Aufnahmen (rechts) eines gelaserten Glassubstrats. Diese Techniken liefern Rauheitsdaten auf einer Nano- bis Makroskala, die wichtig sind für statistische Korrelationen der Besiedlung von Krankheitserregern auf großen, stark frequentierten Oberflächen, wie in Krankenhäusern.

Im STOP-Projekt nutzt das Fraunhofer IKTS die nanoGPS-Technologie, um die gleiche Probenregion über verschiedene Instrumente hinweg zu relokalisieren [2]. So können Morphologie-, Topographie- und Kompositionsdaten desselben Objekts (Nanopartikel, Bakterien, Viren) erfasst und in einen korrelativen Analyse-Workflow mit maschinellem Lernen integriert werden.