Funktionalisierte Polymeroberflächen für die Photodynamische Inaktivierung (PDI) von Mikroorganismen

Die Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen stellt ein zunehmendes gesundheitliches und gesellschaftliches Risiko dar. Alternative antimikrobielle Verfahren mit einem geringen Resistenzpotenzial, breiten Wirkspektrum und geringen Umweltrisiko gewinnen an Bedeutung. Ein solches Verfahren stellt die Photodynamische Inaktivierung (PDI) dar. Ihr Wirkmechanismus beruht auf der photosensibilisierten Anregung von Singulettsauerstoff (1O2), der durch oxidativen Stress zum Zelltod führt. Der für die katalytische Aktivierung des Sauerstoffs verantwortliche Photosensibilisator (PS), muss nicht in die Mikroorganismen eindringen und wird durch sichtbares Licht angeregt. Die Übertragung einer stationär vermittelten PDI auf Oberflächen erscheint daher besonders sinnvoll. In der vorliegenden Arbeit werden erstmalig zwei Ansätze untersucht, die sowohl kommerzielle Substrate als auch industrielle Standardverfahren zur Oberflächenveredelung verwenden: Eine Elektronenstrahl-Funktionalisierung von Mikrofiltrationsmembranen und eine textiltechnologische Funktionalisierung von Polyestergeweben, insbesondere Reinraumtextilien. Für die Charakterisierung der Polymeroberflächen werden neben Versuchen zur Zellviabilität, optisch-spektroskopische Methoden und erstmalig orts- sowie zeit-aufgelöste Messungen der 1O2-Lumineszenz herangezogen. Im Resultat erweisen sich beide Funktionalisierungsansätze als geeignet für eine stationär vermittelte PDI. Dabei sind die textiltechnologisch funktionalisierten Polyestergewebe besonders Wirkungsvoll und erzielen bereits nach kurzer Weißlichtbestrahlung von unter 30 Minuten eine antimikrobielle Wirkung. Die Messungen der 1O2-Lumineszenzkinetik erweisen sich als eine vielversprechende Methode eine mögliche PDI-Aktivität vorab zu bewerten und bei der Entwicklung wichtige Impulse für die Oberflächenfunktionalisierung zu setzen. Schließlich ist eine systematisierte Methodologie zur Bewertung PDI-aktiver Oberflächen ein wesentliches Resultat dieser Arbeit.The spread of antimicrobial resistance is an increasing health and social risk. Alternative antimicrobial methods with a low resistance potential, broad spectrum of activity and low environmental risk are gaining importance. Photodynamic inactivation (PDI) is one such method. Its mechanism of action is based on the photosensitised excitation of singlet oxygen (1O2), which leads to cell death through oxidative stress. The photosensitizer (PS), which is responsible for the catalytic activation of the oxygen, does not have to penetrate the microorganisms and is excited by visible light. The transfer of a stationary-mediated PDI to surfaces therefore seems particularly useful. In the present work, two approaches are investigated for the first time that use both commercial substrates and standard industrial processes for surface modification: An electron beam functionalisation of microfiltration membranes and a textile-technological functionalisation of polyester fabrics, especially cleanroom textiles. In addition to experiments on cell viability, optical spectroscopic methods and, for the first time, spatially and temporally resolved measurements of 1O2 luminescence are used to characterise the polymer surfaces. As a result, both functionalisation approaches prove to be suitable for a stationary-mediated PDI. The textile-technologically functionalised polyester fabrics are particularly effective and achieve an antimicrobial effect after only a short white light irradiation of less than 30 minutes. Measurements of 1O2 luminescence kinetics are proving to be a promising method of evaluating possible PDI activity in advance and providing important impetus for surface functionalisation during development. Finally, a systematised methodology for the evaluation of PDI-active surfaces is an essential result of this work