Biofilminhibition durch Nano-Ceroxid-Komposite
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Die Natur nutzt die enzymatische Bromierung von bakteriellen Signalmolekülen als
Abwehrmechanismus gegen Biofouling. Durch die Halogenierung wird die Zersetzung der
Signalmoleküle ausgelöst und so die Bildung eines Biofilms verhindert. Die enzymatische
Bromierung kann mit Hilfe von Ceroxid-Nanopartikeln nachgeahmt werden. Der Schwerpunkt
dieser Arbeit liegt auf der Synthese-Entwicklung und -Optimierung von Ceroxid-Nanopartikeln
für die Herstellung biofilminhibierender Oberflächen.
Es wurden Nanopartikel-Synthesen optimiert, mit denen einfach große Mengen hergestellt
werden können, um reale Anwendungen zu ermöglichen. Ceroxid-Nanopartikel wurden zur
biofilminhibierenden Oberflächenausstattung von Lack- und Polymeroberflächen genutzt. Die
katalytische Aktivität von Ceroxid-Nanostäbchen konnte durch Austausch des Alkalikations,
des korrespondierenden Hydroxids, optimiert werden. Weiterhin wurden Polycarbonat-
Oberflächen mit Ceroxid-Nanostäbchen beschichtet und nanopartikelhaltige Formkörper 3Dgedruckt.
Zudem konnte eine neuartige, mikrowellenunterstützte Solvothermalsynthese von
CeO2-Nanopartikeln in Butylacetat entwickelt werden, welche sich besonders für die
Einbettung von Ceroxid-Nanopartikeln in Polyurethan-Lacke eignet. Die für die
Oberflächenausstattung maßgeschneiderten Nanopartikel wurden auf ihre katalytischen
Eigenschaften der oxidativen Bromierung von Phenolrot und die hergestellten Oberflächen
auf ihre Biofilminhibierende Wirkung untersucht. Die Zusammensetzung des Biofilms wurde
mit Hilfe von Lebend-/Tod-Färbung untersucht und seine Virulenz (Ansteckungsfähigkeit) mit
einem Pyocyanintest analysiert. Während sich das Verhältnis von toten zu lebenden Bakterien
innerhalb des Biofilms nicht änderte, sank die Gesamtzahl angefärbter Bakterien. Des
Weiteren sank die Virulenz des getesteten Biofilms. Mit Hilfe von Zytotoxizitätstests wurde
eine toxische Wirkung von CeO2-Nanopartikeln auf humane Zellen untersucht. Im Rahmen des
durchgeführten Tests konnte keine toxische Wirkung festgestellt werden. Die
haloperoxidasemimetische Wirkung der Nanopartikel wurde bewiesen, indem die oxidative
Bromierung von 3-oxo-C14-HSL mit Hilfe von Flüssigchromatographie mit
Massenspektrometrie-Kopplung nachgewiesen wurde.
Die entwickelten Methoden könnten zukünftig für die Herstellung kommerzieller,
biofilminhibierender Oberflächen genutzt werden.