Physikochemische und biologische Charakterisierung dünner Oberflächenfilme auf Tetraetherlipidbasis als biomimetisches Antifoulingkonzept

(gefördert durch das BMBF)

Projektpartner

• 4-H-JENA Engineering GmbH, Jena
  
• IOM GmbH, Berlin
  
• Sensortechnik Meinsberg GmbH
  
• Institut für Physiologische Chemie, Martin-Luther-Universität Halle
  

Projektinhalt

Das zentrale Anliegen des Vorhabens besteht in der theoretischen und experimentiellen Validierung eines biomimetischen Oberflächencoatings auf der Basis archaebakterieller Tetraetherlipide, das aufgrund seiner spezifischen Wechselwirkungen als hochwirksames Antifoulingkonzept auf sensorischen Funktionsflächen eingesetzt werden soll.

Zur Zeit ist der kontinuierliche Einsatz optischer und elektrochemischer Meßsysteme und Sensoren über längere Zeiträume in natürlichen Gewässern und Abwässern wegen ungenügender Resistenz der Oberflächen mit sensorischen Funktionen gegenüber chemischer Korrosion, Ablagerungen sowie bakteriellem, pflanzlichem und tierischem Bewuchs (Fouling) nicht möglich.

Im Projekt sollen Techniken und Technologien zur Oberflächenmodifizierung entwickelt und ange-wendet werden, die im Zusammenspiel mit neuartigen Bauelemente- und Sensorkonstruktionen im erforderlichen Umfang Antifouling und Funktionssicherheit bei hoher Standzeit gewährleisten. Die Grundstrategie zur Reduzierung von Fouling und Biofilmbildung besteht daher in der Kombination von zwei wesentlichen Ansätzen:

1. Einführung von Lipid-Coatings zur physiko-chemischen Oberflächenmodifikation. Diesem Ansatz liegt die Tatsache zugrunde, dass insbesondere die initiale Biofilmbildung thermodynamisch kontrolliert ist und demzufolge durch Anpassung der energetischen Interaktion zwischen Sensoroberfläche und mikrobiell belasteten Wasser wirksam unterdrückt werden kann.
   
2. Funktionalisierung der monomolekularen Lipid-Coatings durch kovalente Anbindung von antimikrobiellen und antiadhäsiven Substanzen zur Generierung einer wirksamen Biofilmresistenz bei Erhaltung der sensorischen Funktion.

Dazu wird im iba Heiligenstadt eine umfassende physikochemische und biologische Charakterisierung der Lipid-Coatings realisiert, um den molekularen Mechanismus für das Antifouling aufzuklären und auf der Basis von thermodynamischen Modellvorstellungen für die verschiedenen Sensorwerkstoffe zu optimieren. Weiterhin werden im iba Heiligenstadt alle Laborprüfungen zur Testung des Antifoulingverhaltens der Tetraetherlipid-Systeme unter simulierten biologischen Milieubedingungen ausgeführt. Hierzu werden in Anlehnung an die natürlichen Gegebenheiten entsprechende mikrobiologische Modelle aufgebaut und getestet.

Die resultierenden theoretischen und experimentellen Ergebnisse entscheiden direkt über das Design und die Auswahl geeigneter Tetraetherlipid-Konfigurationen für die Etablierung substratoptimierter Antifoulingkonzepte.