Analyse antimikrobieller Kunststoffe
Dr. Christine SchröderLabor für Ökotoxikologie und MikrobiologieChempark Leverkusen, Q 18Telefon: +49 214 30 33303
E-Mail: [email protected]
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EINSATZGEBIETE VON KUNSTSTOFF
� Verpackung umfasst vielschichtige Bereiche von Lebensmittelbranche bis zum Medizinbereich
� „Sonstige“ umfasst Haushaltswaren, Möbel, Landwirtschaft, Medizin, Spielwaren etc.
� Keine signifikante Veränderung über die letzten Jahre
http://www.plasticseurope.org/documents/document/20120508141857-grafiken_wpk_2012.pdf
Einsatzgebiete von Kunststoff in Deutschland:
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MIKROBIOLOGISCHES WACHSTUM• Besiedlungen und Ausbreitungen von Bakterien auf Oberflächen , wie
z.B. Rohrleitungen, Behältern, Medizinprodukten oder Verpackungen, stellen ein großes Problem dar.
• Ausbreitung von infektiösen Krankheiten durch stark frequentierte Oberflächen:
• Das Wachstum pathogener Keime auf Kunststoffprodukten birgt ein hohes Gesundheitsrisiko. Viele Polymere, wie Polyester, Polypropylen oder Polyamide bieten eine geeignete Oberfläche für mikrobielles Wachstum.
• Oberflächen mit antibakterieller Wirkung könnten einen entscheidenden Beitrag zur Lösung dieser Probleme leisten.
Türgriffe Lichtschalter Böden
Tastatur Telefone Kühlschrank
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MÖGLICHKEITEN FÜR ANTIMIKROBIELLE OBERFLÄCHEN• Mikroorganismen lassen sich in drei Hauptgruppen un terteilen:
Bakterien Pilze / Schimmelpilze Algensowie Hefen
• Grundsätzlich lassen sich zwei Wirkmechanismen bzw. Wirkintensitäten unterscheiden :
• Verhinderung der Ansiedlung
• Negativ geladene Oberflächen • niedrige Oberflächenenergie
(Lotus Effekt)
• Abtötung der Mikroorganismen
• Wachstumshemmende Wirkung• Biozide/ abtötende Wirkung
Abbildung verändert nach Siedenbindel et al. (2012)
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VERWENDUNG VON BIOZIDEN IN KUNSTSTOFFEN UND BESCHICHTUNGEN Klassische Biozide:
• Biozide werden eingesetzt, um Polymere vor negativen Einflüssen durch Mikroorganismenbefall zu schützen.
• die aktive Substanz wird nach und nach freigegeben und migriert an die Oberfläche zur gezielten Abtötung von Mikroorganismen
• Biostabilisatoren (z.B. Arsen-basierte Verbindungen oder Isothiazole)• Antimikrobielle Wirkstoffe (z.B. Silber)• Antifouling-Farben (u.a. in der Schifffahrt z.B. Kupferthiocyanat)
Intrinsisch antimikrobielle Polymere• Biozide werden nicht freigesetzt, sondern sind als biozide Gruppen fest
ans Polymer gebunden• Beispielsweise quaternäre Ammonium- oder Phosphoniumverbindungen• die tensidartige Wirkung unterstützt die Entfernung der Mikroorganismen
von Oberflächen und wirkt bakterizid
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ANALYTISCHER NACHWEIS ANTIMIKROBIELLER SUBSTANZEN
Spektroskopische Analyse Oberflächen- und Festkörperanalytik
Nachweis von BiozidenHPLCGC –(MS)LC – (MS)
Chromatographie
Nachweis von Gesamt-ChlorNachweis z.B. von Silber/ KupferICP-MSGFAASICP-OESRFA
ElementaranalytikElementanalytik
Ang
ebot
dur
ch C
UR
RE
NTA
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• Hemmhof Test
• Cytotoxizitätstest (DIN EN ISO 10993)
• Suspensionstest (DIN EN 1040, EN 1276)
• Sprühtest
NACHWEIS DER ANTIMIKROBIELLEN WIRKUNG
Es gibt eine Vielzahl von Methoden zum Nachweis antimikrobieller Wirkung
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• Der JIS (Japanese Industrial Standard) Z 2801-Test wurde 2000 für Kunststoffe entwickelt. 2007 wurde die Methode als ISO 22196 international normiert.
NACHWEIS DER ANTIMIKROBIELLEN WIRKUNG
5 x 5 cm große Proben (flüssige Proben wie Farben und Lacke werden auf Probenkörper aufgebracht)
Bakterienanzucht (spezifische Bakterienstämme) und Einstellen einer best. Zellzahl
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5 x 5 cm große Proben (flüssige Proben wie Farben und Lacke werden auf Probenkörper aufgebracht)
Keimlösung wird auf das Probenplättchen gegeben
Bakterienanzucht (spezifische Bakterienstämme) und Einstellen einer best. Zellzahl
JIS Z 2801/ ISO 22196 – MESSUNG ANTIBAKTERIELLER AKT IVITÄT AUF KUNSTSTOFFOBERFLÄCHEN
Bestimmung der Keimkonzentration der Nullprobe zum Zeitpunkt t-Null
Bestimmung der Keimkonzentration
Ermittlung der Differenz der Keimzahlen der Proben im Vergleich zu den Kontrollproben
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Ermittlung der Differenz der Keimzahlen der Proben im Vergleich zu den Kontrollproben
BEISPIEL: NACHWEIS EINER ANTIMIKROBIELLEN WIRKUNG
Parallele Untersuchung per Transmissionselektronenmikroskopie
Oberflächen- und Festkörperanalytik
Kunststoff mit Silberpartikeln Vergr.: 35000:1
Antimikrobielle Wirkung z.B. durch Silberpartikel
Beschichtungen,Farben und Lacke,
unterschiedlichste Oberflächen
Zusätzliche Untersuchung per ICP-MS, GFAAS, ICP-OES, RFA
Elementanalytik
Konzentrationvon Silber
Nachweis bis in den ppt-Bereich
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BEISPIEL: NACHWEIS EINER ANTIMIKROBIELLEN WIRKUNG
Antimikrobielle Wirkung z.B. durch eine UV-Lampe
Ermittlung der Differenz der Keimzahlen der Proben im Vergleich zu den Kontrollproben
Untersuchung der antimikrobiellen Wirkung
Bakterien-kultur
Parallele Untersuchung der UV-Wirkung
Oberflächen- und Festkörperanalytik
UV-C-Bereich
253nm bis 255nm
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ANTIBAKTERIELLE WIRKSAMKEIT
KontrolleAntimikrobielle Oberfläche
Test-Beginn
Inkubation24 h
Kei
mge
halt
Log
[KB
E/m
l]
Staphylococcus aureus
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ZUSAMMENFASSUNG• Stark frequentierte Oberflächen begünstigen die Ausbreitung von infektiösen
Krankheiten
• Oberflächen mit antibakterieller Wirkung liefern einen entscheidenden Beitrag zur Eingrenzung mikrobiellen Wachstums
• Additive, wie Biozide, verleihen Kunststoffen eine antimikrobielle Wirkung.
• Der Nachweis antimikrobieller Additive erfolgt durch chemische oder bildgebende Laboruntersuchungen.
• Der Nachweis einer antimikrobiellen Wirksamkeit wird durch mikrobiologische Laboruntersuchungen bestimmt.
Vielen Dank!