Die Ingenieurin

Neue antibakterielle Oberflächen könnten durch die Nachbildung der Oberfläche eines Schmetterlingsflügels ermöglicht werden, berichteten EPSRC-finanzierte Wissenschaftler der Bradford University.

Die Technologie könnte auf Hüft- und andere Gelenkersatzprodukte, kosmetische und kieferorthopädische Produkte sowie in der Automobilindustrie angewendet werden.

Das Team hat eine Reihe lasertexturierter Nanoformen erstellt, um das Schmetterlingsflügelmuster nachzubilden. Unter dem Mikroskop betrachtet weisen Schmetterlingsflügel ein einzigartiges „Leiter“-Design auf, das verhindert, dass Bakterien Kolonien bilden und sich ausbreiten.

In einer Erklärung sagte Dr. Maria Katsikogianni, Assistenzprofessorin für Biomaterialchemie an der Bradford University: „Wir untersuchen Muster mit selbstreinigenden Eigenschaften, die in der Natur zu finden sind. Eines davon findet sich auf Schmetterlingsflügeln, die eine dichte Anhäufung aufweisen.“ Zellen, die eng aneinander liegenden Leitern ähneln.

„Diese erzeugen nicht nur die leuchtenden Farbmuster … sondern die Leiterstruktur verhindert auch, dass Wasser ihre Flügel belastet. Noch interessanter ist, dass die Struktur es Bakterien erschwert, sich auf der Flügeloberfläche anzusiedeln und Gemeinschaften zu bilden.“

Dr. Katsikogianni sagte, das Team habe mehrere verschiedene antibakterielle Oberflächen untersucht, darunter ein Gecko-Hautmuster, aber die mikroskopischen Designs auf Schmetterlingsflügeln seien einfacher zu reproduzieren und dürften länger halten.

Sie sagte: „Es wurden auch andere natürliche, selbstreinigende Oberflächenmuster wie Geckohaut ausprobiert. Geckohaut ist jedoch keine dauerhafte Lösung, da sich das Muster genauso abnutzt wie beim Gecko, weshalb es sich von Zeit zu Zeit ablöst.“ .

„Wenn wir versuchen würden, so etwas wie das Gecko-Hautmuster im Labor nachzubilden, wäre das mit Polymeren eine Herausforderung. Es wäre ziemlich zerbrechlich und würde nicht lange genug halten. Also begannen wir, mehr über Muster mit einem niedrigen Seitenverhältnis nachzudenken. Da stieß ich auf das Oberflächenmuster der Schmetterlingsflügel.“

Wissenschaftler sind derzeit dabei, zu testen, ob das Design der „Schmetterlingsleiter“ für orthopädische Anwendungen auf Oberflächen reproduziert werden kann, und um herauszufinden, ob das Design die Anlagerung von Knochenzellen und die Integration in den menschlichen Körper beeinflusst, ohne dass sich Bakterien ansammeln.

Professor Ben Whiteside, Direktor des Center for Polymer Micro and Nano Technology an der Bradford University, arbeitet mit Dr. Katsikogianni an der Entwicklung von Herstellungsmethoden, um die funktionalen Oberflächen auf reale Produkte anzuwenden.

In Zusammenarbeit mit Professor Stefan Dimov von der Universität Birmingham hat die Gruppe eine Methode zur Integration der Schmetterlingsflügelmuster in Formeinsätze entwickelt und dabei laserbasierte Module zur funktionalen Oberflächenstrukturierung und -texturierung eingesetzt.

Dadurch können die Formeneinsatzmuster von Professor Whiteside mithilfe von Spritzguss an der Bradford University auf Polymerkomponenten repliziert werden, um medizinische Geräte, chirurgische Implantate oder sogar eine Reihe von Konsumgütern herzustellen und die zusätzlichen Funktionen bereitzustellen, ohne dass Beschichtungen oder Chemikalien erforderlich sind könnte die Kosten erhöhen und die Recyclingmöglichkeiten verringern.

Professor Whiteside sagte, Versuche mit den Kunststoffmustern hätten gezeigt, dass sie die Ansammlung von Bakterien auf Oberflächen erfolgreich reduzieren und gleichzeitig das Wachstum von Gewebezellen ermöglichen könnten.

Er sagte: „Technologien in den Bereichen Laserstrukturierung, digitale Fertigungsprozesse und Mikroskopie haben einen Punkt erreicht, an dem wir jetzt in der Lage sind, ein von einer natürlichen Oberfläche gemessenes 3D-Muster im Nanomaßstab zu nehmen und es direkt auf künstliche Objekte anzuwenden, was wirklich aufregend ist.“ .

„Diese von der Natur inspirierten Hinweise eröffnen Wege zur Leistungssteigerung und Minimierung von Infektionen, während gleichzeitig Kosten, Plastikmüll und die Umweltauswirkungen sowohl von Medizingeräten als auch Konsumgütern reduziert werden.“

Prof. Whiteside sagte, dass die Technologie eine viel breitere Anwendung finden könnte, etwa als antimikrobielle, selbstreinigende, kratzfeste, quietschende und ästhetische Oberflächen für den Einsatz in der Automobilindustrie, bei Kosmetikverpackungen und in der Kieferorthopädie.