Biozidfreie Anstriche mit antimikrobieller Wirkung
Biozidfreie Anstriche mit antimikrobieller Wirkung

Programm zur Förderung von Forschung, Innovationen und Technologien - Pro FIT – Der Investitionsbank Berlin

Siebkörbe mit AGXX®-Raschigringen

Gefördertes Projekt: "GOX-AGXX-Filter"

Mikroorganismen können durch die Verwendung geeigneter Filter aus Flüssigkeiten oder Gasen/Luft abgetrennt werden. Zum Anwendungsbereich zählen u.a. die Herstellung von keimfreiem Wasser für die Lebensmittelindustrie oder medizinische Anwendungen. Filterelemente für die Luftfiltration werden in Bioreaktoren sowie in raumlufttechnischen Anlagen z.B. in Krankenhäusern eingesetzt. Nach ihrem Aufbau lassen sich diese Filter in Oberflächen- und Tiefenfilter kategorisieren. Oberflächenfilter bestehen aus einer Membran, die in Abhängigkeit von der Porengröße anströmende Mikroorganismen durch den Siebeffekt zurückhält. Um Bakterien, Pilze oder Hefen abzutrennen, sind Porenweiten von 0,45 - 5 µm erforderlich. Für die meisten Anwendungen, wie z.B. für mobile Trinkwasserfilter, werden Membranen aus Kunststoffen oder Keramik mit 0,2 µm großen Poren verwendet. An der Oberfläche des Filters bildet sich durch die angesammelten Mikroorganismen im Laufe der Filtration ein Biofilm. Dieser Biofilm besteht aus einer Schleimschicht, in der Mikroorganismen (z.B. Bakterien oder Pilze) eingebettet sind, die sich weiter vermehren. Die Biofilmbildung verringert den Durchfluss im Laufe der Filtration, bis es zur Verstopfung der Filtermembran kommt. Die Filtrationsdauer ist somit auf wenige Tage oder Wochen begrenzt und erfolgt üblicherweise unter einmaliger Verwendung des Filtermediums. Ein weiteres Problem von Oberflächen-Mikro-Filtern sind Organismen wie z.B. Mykoplasmen, die in der Lage sind sich zu deformieren, so dass sie eine Porenweite von 0,2 µm durchdringen können. Im Gegensatz zu Oberflächenfiltern, dringen Partikel bzw. Mikroorganismen bei Tiefenfiltern in das Filtermedium ein und werden dort zurückgehalten. Tiefenfilter werden meist in der Raumlufttechnik eingesetzt, da Verunreinigungen in diesem Anwendungsbereich in geringerer Konzentration vorliegen. Bei der Filtration von Luft oder Gasen kann die Einsatzdauer des Filters bei raumlufttechnischen Anlagen mehrere Monate betragen. Hier werden Bakterien und andere Mikroorganismen im Inneren des Filtermediums angereichert, in welchem sie sich zusätzlich vermehren und damit zusätzlich Keime an die gefilterte Luft abgeben. In der Folge können sich durch das Filtermedium wachsende Biofilme ausbilden, so dass neben Mikroorganismen zusätzlich erhöhte Mengen an Geruchsstoffen und Endotoxinen freigesetzt werden. Die mikrobielle Biofilmbildung am Oberflächen- oder im Tiefenfilter und die daraus resultierenden Nachteile führen bei der Wasser- wie auch der Luftfiltration nach kurzer Zeit zum Leistungsabfall oder gar zu einem Filterdurchbruch. Es fehlt an Filtersystemen, die einen langfristigen Einsatz bei voller Funktionsfähigkeit ohne Verstopfen, Druckabfall, Geruch o.ä. gewährleisten. Ziel dieses Projektes ist es, einen universellen Filtermechanismus für die Keimreduktion in Flüssigkeiten und Gasen zu entwickeln. Hierbei sollen Keime durch Adsorption statt durch den Siebeffekt zurückgehalten werden. Zudem soll das Durchwachsen von Mikroorganismen durch das Filterelement wirkungsvoll verhindert werden, um somit eine deutlich längere Nutzungsdauer zu ermöglichen. Der zu entwickelnde Filter ist als Tiefenfilter konzipiert und besteht aus zwei verschiedenen Komponenten (Abb. 1). Komponente I besteht aus funktionalisiertem Graphenoxid (GOX), das freie Mikroorganismen (Stufe I) und Endotoxine bindet, so dass sie an der Oberfläche von Komponente 1 abgefangen werden (Stufe II). Die Adsorption von Mikroorganismen wird durch Modifikation der Graphenschichten mit ionischen Gruppen gewährleistet. Komponente 2 besteht aus einem Trägermaterial, das mit der antimikrobiell wirksamen Oberfläche AGXX beschichtet ist. An dieser Komponente werden über die katalytische Reaktion von Wasser und Sauerstoff reaktive Sauerstoffspezies (ROS) gebildet, die die in der Umgebung befindlichen Mikroorganismen vollständig abtöten (Stufe III). Für diesen Prozess an der AGXX Oberfläche ist eine Verweildauer der Mikroorganismen von mehreren Minuten oder gar Stunden erforderlich, die wiederum durch die Immobilisierung der Mikroorganismen auf Komponente 1 realisiert wird. Anschließend wird die Zellstruktur der Mikroorganismen zerstört, so dass diese teilweise von der Oberfläche des Graphens entfernt werden (Stufe IV). Durch diese Regeneration kann sich die Kapazität bzw. die Lebensdauer des Filters entsprechend verlängern.

"Dieses Projekt wird kofinanziert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)."

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