Entwicklung antiviraler Eloxaloberflächen

Motivation

In der heutigen globalisierten Gesellschaft können sich Krankheiten rasch und leicht grenzüberschreitend verbreiten, mit katastrophalen Auswirkungen auf die Gesundheit der Bevölkerung und den Zustand der Volkswirtschaft. Aufgrund verschiedener Wege der Infektionsübertragung (Aerosol- oder Tröpfcheninfektion, Schmierinfektionen durch Berührung kontaminierter Oberflächen) existiert keine Einzellösung, mit der die Ausbreitung von Virusinfektionen verhindert werden kann. Somit sind mehrere Ansätze vonnöten, um die Übertragung von Viren effektiv zu reduzieren. Dazu werden zukünftig auch vermehrt antivirale Oberflächen gerade in öffentlichen Einrichtungen, wie bspw. Schulen, Gesundheitszentren, öffentlichen Verkehrsmitteln oder Flughäfen eingesetzt werden. Solche Anwendungen erfordern den Einsatz langlebiger Materialien mit einer langfristigen (Wochen oder Monate) antiviralen Wirksamkeit. Anodisierte Aluminiumwerkstoffe stellen in diesem Kontext ein hoch interessantes Substratmaterial dar, da sich die Meso- und Makroporosität der Oberfläche für die Funktionalisierung mit einer zusätzlichen viruziden bzw. bakteriziden Eigenschaft besonders eignet. Des Weiteren ist Aluminium bereits heute in vielen potentiellen Anwendungsbereichen im Einsatz bzw. kann dort bisher verwendete Materialien für bestimmte Bauteile problemlos ersetzen (z.B. Handläufe, Haltegriffe, Türklinken, Sanitäreinrichtung etc.).

Projektziel

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die inhärente Porenstruktur anodisch oxidierter Aluminiumsubstrate zu nutzen, um diese mit antiviralen und antibakteriellen Eigenschaften auszustatten. Dies soll durch die Einlagerung metallischer sowie photokatalytisch aktiver Nanopartikel in die offene Porenstruktur des Eloxals realisiert werden. Die technische Herausforderung bei der Entwicklung der Schichten besteht darin, diese so zu gestalten, dass die Einlagerung der Partikel gelingt, ohne die wesentlichen Eigenschaften der Eloxalschicht zu beeinflussen. Dazu muss die antivirale Funktion gewährleistet werden und ein fester Verbund zwischen Substrat und den Nanopartikeln vorhanden sein. Das soll durch die elektrophoretische Einlagerung der Nanopartikel gelingen.

Das geplante Projekt beinhaltet drei grundsätzliche Schritte, (1) die gezielte Strukturierung eines Mehrschicht-Eloxal-Systems zur nachfolgenden Einlagerung von Nanopartikeln, (2) die Synthese viruzid und bakterizid wirkender Nanopartikel sowie (3) deren Einlagerung in die Eloxalporen. Dazu zählt auch der Nachweis der Wirkungsweise insbesondere im Hinblick auf die Zertifizierung späterer Produkte (Biozidverordnung). Entscheidend für den Projekterfolg ist die Herstellung möglichst kleiner, antiviraler Nanopartikeln (ideal: Partikelgrößen ≤20 nm) sowie das Einlagerungsverhalten der unterschiedlichen Nanopartikelsysteme. Ein synergistischer Effekt in der antiviralen Wirkung soll dabei durch die Kombination der Wirkmechanismen (direkte + indirekte Desinfektion) durch Einlagerung von Metall-Nanopartikeln und Photokatalysatoren erzielt werden.

Abbildung: Schematische Darstellung der verschiedenen Arbeitsschritte.

Denkbare Anwendungen finden sich u.a. für Oberflächen aus dem Bereich der Hygiene-, Sanitär- und Medizintechnik oder auch im Bereich der Mobilität, insbesondere den öffentlichen Verkehrsmitteln, die im Rahmen der Klimapolitik einen wesentlichen Beitrag zur CO₂ Reduktion beitragen werden. Um die finanzielle Belastung der KMUs bei der Umsetzung der Projektergebnisse so gering wie möglich zu gestalten, ist das Verfahren in die bestehenden Anodisationslinien integrierbar.

Das IGF-Vorhaben Nr. 01IF22658 N der Forschungsvereinigungen Verein für das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie e.V. (fem) und DECHEMA e.V. wird über das DLR im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.