Ziel der Entwicklung
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung einer innovativen Sol-Gel-basierenden Beschichtungstechnologie zur Ausrüstung von Substraten wie etwa Metall, Glas, Keramik, Hochleistungskunststoffen oder Naturstoffen (z. B. Holz) mit vorwiegend anorganischen Depotschichten für organische sowie anorganische Wirkstoffe. Durch die gezielte Einstellung der Aufnahmegeschwindigkeit und vor allem der Freisetzungsgeschwindigkeit sollte eine optimale Wirkstoffnutzung ohne Überdosierung ermöglicht werden. Des Weiteren war eine wiederbeladbare Beschichtung geplant, wodurch aufwendige Neubeschichtungen entfallen sollten. Für eine möglichst große Wirkstoffaufnahme sollten die zu entwickelnden Schichtdicken dabei im zweistelligen μm-Bereich liegen. Die entwickelten Beschichtungen sollten neben ihrer Eignung zur Wirkstofffreisetzung auch hinsichtlich einiger Materialeigenschaften wie Abrieb- oder Witterungsbeständigkeit untersucht werden.
Vorteile und Lösungen
Im Sol-Gel- Prozess können durch die Aushärtung und die Entfernung von Lösemittel, Wasser und anderen flüchtigen Verbindungen Poren in den Schichten erzeugt werden. Durch die Steuerung der Reaktionsbedingungen, wie Temperaturführung, pH-Wert und Druck sollte auf die zu optimierendende Anzahl und Größe der Poren in der Beschichtung Einfluss genommen werden. Durch die Zugabe von Netzwerkwandlern sollte die Freisetzungsgeschwindigkeit der Wirkstoffe gesteuert werden. Eine Kombination dieser beiden Ansätze mit hochporösen festen Füllmaterialen sollte es außerdem ermöglichen, eine möglichst große Menge an Wirkstoff aufzunehmen und auch kontrolliert freizusetzen. Dazu wurden verschiedene Sol-Gel-Rezepturen mit und ohne Füllstoffen getestet. Erstes Kriterium war dabei die Haftfestigkeit und Homogenität der Beschichtungen. Von den vielversprechendsten Beschichtungen wurden zunächst Aufnahme- und Freisetzungsversuche mit Kristallviolett als Farbstoff zur einfacheren Verfolgbarkeit durchgeführt. Dabei zeigten in der Chromatografie verwendete Kieselgele die höchsten Aufnahme- und Freisetzungsraten. Die verwendeten Schichtdicken lagen dabei im zweistelligen μm-Bereich und damit über den für Sol-Gel-Beschichtungen typischen einstelligen μm-Bereich. Die so optimierten Beschichtungen wurden dann in den Anwendungsfeldern „antimikrobielle Beschichtungen“ und „reibungsmindernde Beschichtungen“ auf ihre Wirksamkeit getestet. Es zeigte sich, dass die Beschichtungen auch ohne Wirkstoff antimikrobiell gegen E. coli wirksam waren, ein antimikrobieller Wirkstoff in der Beschichtung erhöhte die Wirksamkeit nicht. Im Anwendungsszenario „reibungsmindernde Beschichtungen“ konnten für die Materialpaarung Glas/PET reibungsmindernde Effekte gefunden werden, die aber nicht von der Konzentration der Wirkstoffe abhingen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der Zielmarkt für antimikrobielle Beschichtungen ist ein Wachstumsmarkt aufgrund gestiegener Hygieneanforderungen in Krankenhäusern, einem Wachstum in der Kühlkettenlogistik und einem gesteigerten Bewusstsein für Hygieneanforderungen in der Bevölkerung. Durch verschärfte Regulierungen von Wirkstoffen wird vor allem auf langzeitstabile Lösungen gesetzt. Dieser Trend läuft dem in diesem Projekt untersuchten Wirkprinzip zugegen, da explizit wirkstofffreisetzende Beschichtungen gesucht wurden. Allerdings zeigten auch die wirkstofffreien Beschichtungen exzellente antimikrobielle Eigenschaften gegen E. coli, sodass der Zielmarkt antimikrobielle Beschichtungen durchaus verfolgt werden kann. Der Zielmarkt für reibungsmindernde Beschichtungen wird vor allem durch die Automobil-, die Luftfahrts- und Raumfahrtsbranche geprägt. Im Zuge der PFAS-Diskussionen in der EU ist zu erwarten, dass die Nachfrage nach fluorfreien reibungsmindernden Beschichtungen deutlich steigen wird. Die entwickelten Schichten bieten dabei einen Ansatzpunkt und werden bei entsprechenden Anfragen berücksichtigt und vermarktet. Neben den konkreten Anwendungsmärkten ist auch die Vermarktung der Technologie zur Einbringung von festen Partikeln in die Schichten vorgesehen. Diese in diesem Projekt entwickelte Technologie beschränkt sich nicht nur auf poröse Füllstoffe, sondern kann auf feste Füllstoffe allgemein erweitert werden. Alle Ergebnisse des Projekts werden potenziellen Interessenten aktiv vorgestellt.