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Photokatalytisch aktiv – antimikrobielle Beschichtungen im Praxistest
Im Rahmen eines öffentlich geförderten Projekts haben das Fraunhofer IPA gemeinsam mit den Partnern griwecolor GmbH, IBT Deutschland GmbH und dem Mikrobiologischen Labor Dr. Michael Lohmeyer GmbH photokatalytisch aktive Beschichtungen. Sie wirken antiviral und antimikrobiell, sind umweltfreundlich und geben keine aktiven Substanzen gab.
Der Wunsch nach hygienischeren Oberflächen ist nicht erst seit der Pandemie präsent. In medizinischen Einrichtungen, Kindergärten oder öffentlichen Gebäuden sind Keime auf Oberflächen allgegenwärtig – und damit auch die Gefahr von Ansteckung. Klassische antimikrobielle Beschichtungen setzen auf die Abgabe aktiver Substanzen wie Metallionen oder organische Wirkstoffe. Diese Technologien gelten zwar als wirksam, bringen jedoch ökologische Nachteile mit sich: Die Wirkstoffe werden verbraucht, sind nur begrenzt haltbar und oft umweltschädlich – insbesondere für Wasserorganismen.
Das Fraunhofer IPA hat gemeinsam mit den Partnern griwecolor GmbH, IBT Deutschland GmbH und dem Mikrobiologischen Labor Dr. Michael Lohmeyer GmbH im Rahmen des öffentlich geförderten Projekts „InVisiBL“ eine alternative Lösung entwickelt: photokatalytisch aktive Beschichtungen, die durch sichtbares Licht aktiviert werden – ganz ohne den Einsatz klassischer biozider Additive. Ziel ist es, Innenraumbeschichtungen zu entwickeln, die langfristig antiviral und antimikrobiell wirken, dabei aber umweltfreundlich sind und keine aktiven Substanzen an die Umgebung abgeben.
Photokatalytisch aktive Oberfläche
Die Idee: Eine photokatalytisch aktive Oberfläche erzeugt unter sichtbarem Licht reaktive Sauerstoffspezies, die Mikroorganismen auf der Oberfläche zersetzen. Als Photokatalysator kommt modifiziertes Titandioxid (Anatas) zum Einsatz – in zwei Varianten unterschiedlicher Hersteller. In Kombination mit neun wasserbasierten Bindemitteln wurden verschiedene Rezepturen untersucht. Dabei zeigte sich, dass ein Photokatalysator (KC) in den meisten Formulierungen eine deutlich höhere Aktivität aufwies als der Vergleichsstoff.
Getestet wurde u. a. nach einer modifizierten DIN ISO 22197-1, bei der Stickstoffmonoxid (NO) unter Licht im sichtbaren Bereich abgebaut wird. Neben den Labortests zur Stickoxidreduktion wurde auch der photokatalytische Abbau von Isopropanol (IPA) nachgewiesen. Eine Beschichtung zeigte eine besonders starke Adsorption des Alkohols und seiner Reaktionsprodukte. Daraus lässt sich schließen, dass Krankheitserreger mit ihren Proteinstrukturen gut an der porösen Beschichtung haften – ein Vorteil, wenn es um die effektive Zerstörung der Mikroorganismen geht.
Hohe antivirale Wirkung
Doch wie antiviral sind die Beschichtungen wirklich? Um dies zu testen, entwickelte das Projektteam einen neuen Versuchsaufbau mit Bakteriophagen (Pseudomonas Phage phi6) als Modellorganismus. Die Ermittlung der Plaque-bildenden Einheiten nach 24 Stunden Inkubation zeigte: Einige Beschichtungen konnten unter sichtbarem Licht eine hohe antivirale Wirkung entfalten. Dabei wurde in beiden Fällen eine Reduktion des Phagentiters um mehr als 4 Log-Stufen erreicht – ein deutlicher Beleg für die Wirksamkeit. Interessanterweise zeigten einige Beschichtungen auch im Dunkeln antivirale Effekte. Um den tatsächlichen Wirkmechanismus zu klären, setzten die Forscher die Elektronenspinresonanz-Spektroskopie (ESR) ein. Diese bestätigte, dass bereits im Dunkeln delokalisierte Elektronen im Photokatalysator vorliegen, die zur Bildung von Radikalen führen – ein weiterer Hinweis auf den antimikrobiellen Effekt der Beschichtung, unabhängig von Licht.
Auch hinsichtlich der Materialeigenschaften konnten die neu entwickelten Farben punkten. Die Oberflächenstruktur der photokatalytisch aktiven Beschichtungen ist deutlich poröser als die von Standardwandfarben – ein Vorteil für die Adsorption von Keimen. Die Wasserdampfdurchlässigkeit liegt auf dem Niveau von Silikatfarben, was sie für den Einsatz im Innenraum prädestiniert. Zudem zeigten die Beschichtungen eine gute Beständigkeit gegenüber Wasser, Reinigern und Desinfektionsmitteln – ebenso wie eine hohe Abriebbeständigkeit. Ein Selbstreinigungseffekt konnte ebenfalls nachgewiesen werden: Substanzen wie Blut, Kaffee oder Senf ließen sich selbst nach Tagen noch gut entfernen.
Erste Feldversuche
Die Laborergebnisse wurden durch erste Feldversuche untermauert. In einem Kindergarten sowie in zwei Kliniken wurden Testflächen über mehrere Monate hinweg untersucht. Die Abstriche zeigten in den meisten Fällen keinen Bakterien- oder Pilzbefall – ein deutliches Signal für die Wirksamkeit der Beschichtung unter realen Bedingungen.
Fazit
Die im Projekt InVisiBL entwickelten Innenraumbeschichtungen kombinieren antimikrobielle und antivirale Wirkung mit guter Umweltverträglichkeit und hoher Beständigkeit. Dank ihres photokatalytischen Wirkmechanismus kommen sie ohne biozide Additive aus – und könnten damit künftig in sensiblen Bereichen wie Kliniken, Pflegeeinrichtungen oder öffentlichen Gebäuden eine wirksame Maßnahme zur Infektionsprävention darstellen.
Zum Netzwerken:
Fraunhofer IPA, Stuttgart, Dr. Christina Bauder, Tel. +49 711 9703869, christina.bauder@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung
