Neue Strategien zur Reduktion von Krankenhaus-Infektionen: Biologisch abbaubare antibakterielle Nanobeschichtungen

Krankenhausassoziierte Infektionen stellen weltweit weiterhin eine erhebliche Herausforderung dar. Pathogene Mikroorganismen können über längere Zeit auf häufig berührten Oberflächen überleben und so zur Weiterverbreitung von Infektionen beitragen. Klassische Reinigungs- und Desinfektionsmaßnahmen bieten häufig nur eine kurzfristige Wirkung, wodurch ein wachsendes Interesse an Materialien besteht, die eine dauerhafte antimikrobielle Aktivität direkt auf der Oberfläche ermöglichen.

Eine aktuelle Studie beschreibt hierfür einen innovativen Ansatz: nanostrukturierte, biologisch abbaubare Beschichtungen auf Basis von Chitosan und Poly(ε-Caprolacton) (PCL), die mit chlorhexidinbeladenem Zirkoniumphosphat kombiniert wurden. Ziel ist es, kontinuierliche antibakterielle Eigenschaften mit guter Biokompatibilität und ausreichender mechanischer Stabilität zu verbinden.

Wirkprinzip: Kombination aus Biopolymer und nanostrukturiertem Wirkstoffträger

Im Mittelpunkt der Entwicklung steht ein Hybrid-Nanofüllstoff aus Zirkoniumphosphat (ZrP), dessen lamellare Struktur zur Aufnahme und kontrollierten Freisetzung von Chlorhexidin genutzt wird. Die Interkalation des Wirkstoffs führt zu einer deutlichen Erweiterung des Schichtabstands und stabilisiert Chlorhexidin thermisch innerhalb der anorganischen Struktur.

Diese Architektur bietet mehrere Vorteile:

• Schutz und Stabilisierung des antimikrobiellen Wirkstoffs
• kontrollierte und verlängerte Freisetzung
• gute Kompatibilität mit polymeren Matrizen
• gleichmäßige Dispersion im Beschichtungssystem

Die nanostrukturierte Form erhöht zudem die aktive Oberfläche und damit die Wirksamkeit gegenüber Mikroorganismen.

Eingesetztes Chitosan - Eigenschaften und geeignete Varianten

In der Studie wurde Chitosan mittlerer Molekülmasse mit einem Deacetylierungsgrad von etwa 77 % eingesetzt. Diese Wahl ist aus funktioneller Sicht besonders sinnvoll, da sie ein ausgewogenes Verhältnis zwischen:

• Löslichkeit
• Filmbildung
• mechanischer Stabilität und
• intrinsischer antimikrobieller Aktivität ermöglicht

Welche Chitosan-Typen sich darüber hinaus anbieten

Für industrielle Anwendungen lassen sich je nach Zielsetzung verschiedene Chitosanqualitäten einsetzen:

Mittlere Molekülmasse (wie im Paper)
→ guter Kompromiss aus Verarbeitbarkeit und mechanischer Stabilität
→ geeignet für Beschichtungen und Sprühverfahren
Niedrige Molekülmasse
→ bessere Löslichkeit und gleichmäßigere Filmbildung
→ besonders interessant für dünne Funktionsschichten und Drug-Release-Systeme
Hohe Molekülmasse
→ höhere mechanische Festigkeit und Barrierewirkung
→ geeignet für robuste oder länger stabile Beschichtungen
Modifiziertes Chitosan (z. B. Carboxymethyl- oder quaternisiertes Chitosan)
→ verbesserte Wasserlöslichkeit
→ verstärkte antimikrobielle Aktivität
→ gezielte Oberflächenfunktionalisierung möglich

Die Auswahl sollte sich daher an der gewünschten Freisetzungscharakteristik, Haftung, Hydrophilie und mechanischen Stabilität orientieren.

Beschichtungsaufbau und Verarbeitung

Die aktiven Nanokomposite wurden in Polymerlösungen dispergiert und anschließend als selbsttragende Filme sowie als Beschichtungen auf Polypropylen aufgebracht. Für Chitosan kam ein Sprühverfahren zum Einsatz, während PCL-Systeme mittels Pinselauftrag appliziert wurden. Die resultierenden Beschichtungen zeigten eine gute Haftung sowie eine gleichmäßige Filmbildung im Mikrometerbereich.
Strukturelle Analysen belegen eine homogene Verteilung der Nanopartikel innerhalb der Polymermatrix sowie eine gezielte Veränderung der Oberflächeneigenschaften, insbesondere der Benetzbarkeit.

Antibakterielle Wirkung und Performance

Beide Beschichtungssysteme zeigten eine ausgeprägte antibakterielle Aktivität gegenüber klinisch relevanten Keimen, darunter auch multiresistente Vertreter der ESKAPE-Gruppe. Besonders PCL-basierte Beschichtungen wiesen eine sehr schnelle bakterizide Wirkung auf, während Chitosan-Systeme eine starke, jedoch leicht verzögerte Aktivität zeigten.
Die Kombination aus:

• intrinsischer antimikrobieller Aktivität von Chitosan
• kontrollierter Wirkstofffreisetzung aus dem Nanofüllstoff
• polymerbedingter Oberflächeninteraktion

führt zu einer nachhaltigen Reduktion der mikrobiellen Belastung.

Bedeutung für zukünftige Anwendungen

Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial biologisch abbaubarer, nanostrukturierter Beschichtungen als aktive Schutzschicht auf häufig berührten Oberflächen. Neben der Reduktion nosokomialer Infektionen bieten solche Systeme Vorteile hinsichtlich Nachhaltigkeit, Biokompatibilität und kontrollierter Erneuerbarkeit der Oberfläche.
Gerade Chitosan eröffnet dabei zusätzliche Möglichkeiten, da es nicht nur als funktionelle Matrix dient, sondern selbst zur antimikrobiellen Wirkung beiträgt und sich chemisch vielseitig modifizieren lässt.

Quelle
Stanzione, M., Improta, I., Raucci, M. G., Soriente, A., Lavorgna, M., Buonocore, G. G., Spogli, R., Marcelloni, A. M., Proietto, A. R., Amori, I., Mansi, A.: Biodegradable Antibacterial Nanostructured Coatings on Polypropylene Substrates for Reduction in Hospital Infections from High-Touch Surfaces. Nanomaterials 2026, 16(2), 80. Doi: 10.3390/nano16020080

Erstveröffentlichung: 12.03.2026

Letzte Revision: 12.03.2026