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Forscher entwickeln antibakterielles Filament aus Pflanzen-Harzen

Unter Verwendung von natürlichen, pflanzenbasierten Harzen ist es Forschern nun gelungen ein antibakterielles 3D-Druck-Filament für medizinische Anwendungen im 3D-Druck zu entwickeln. Neben seinen sterilen Eigenschaften soll dieses Filament überdies Infektionen aktiv vorbeugen.

Krankenhausinfektionen kommen trotz großer Sicherheitsmaßnahmen immer wieder vor. Gerade deshalb ist es wichtig, eine Prävention zu finden, welche Bakterien daran hindert sich in deren Umgebung auszubreiten. Da additive Fertigung in der medizinischen Branche immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist es auch in diesem Bereich wichtig die richtigen Vorkehrungen zu treffen.

Aus diesem Grund schlossen sich nun einige Forscher zusammen, um gemeinsam an der Entwicklung eines antibakteriellen 3D-Druck-Filaments zu arbeiten. Im Rahmen dieser Arbeit führten die Forscher eine Studie über bioaktive Filamente mit antimikrobiellen und antimykotischen Eigenschaften durch. Diese wurde bereits unter dem Titel “Bioactive Potential of 3D-Printed Oleo-Gum-Resin Disks: B. papyrifera , C.myrrha , and S. benzoin Loading Nanooxides—TiO2 , P25, Cu2O, and MoO3” publiziert.

In diesem Bericht weisen Forscher auf die hohe Zahl der Bakterien hin, welche bereits eine Resistenz gegenüber Antibiotika entwickelt haben. Im Gegensatz dazu betont das Forscherteam jedoch auch, dass es viele natürliche Antibiotika gibt, gegen die noch keine Resistenz entwickelt wurde. Auf Basis dieser Erkenntnis extrahierten sie Oleo-Gummi-Harze aus Benzoin sowie Myrrha und Olibanum-Pflanzen, um diese mit 10% Metall-Nanooxid-Teilchen zu kombinieren. In Folge dessen stellten die Forscher ein 3D-Druckerfilament aus besagten Metall-Teilchen und Harzen her, welches in Scheiben gedruckt und getestet wurde.

Die Forscher erklären:

“Platten, die Harze in reinem Zustand enthalten, verhindern aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften meist ein oberflächennahes Wachstum; Scheiben, die mit 10% Oxiden beladen sind, verhindern das Planktonwachstum von Mikroorganismen im Suszeptibilitätsassay.”

Weiters fügten sie hinzu:

“Die Mikroskopie-Analyse zeigte, dass ein Teil der Nanopartikel von der biopolymeren Harzmatrix verkapselt war und in den meisten Fällen ungeordnet über die Oberfläche der Harze verteilt blieb. Die thermische Analyse zeigt, dass Pflanzenharze spezifische Eigenschaften mit einem ähnlichen thermischen Verhalten wie kommerziell erhältliche semikristalline Polymere aufweisen, obwohl ihre Struktur aus einer Mischung organischer Verbindungen besteht. Die aus den natürlichen Materialien 3D-gedruckten Scheiben hemmten in den meisten Fällen das Wachstum der klinischen Pathogene. Wenn Nanooxidpartikel hinzugefügt wurden, waren die Materialien noch effektiver.”

Überdies kamen die Forscher zu der Erkenntnis, dass diese Materialien das gleiche Verhalten wie Polymere aufweisen:

“[Die Harze] zeigten thermisches Verhalten, das semikristallinen Polymeren wie Polyester und Polyharnstoff inhärent ist; zu einem bestimmten Zeitpunkt erhalten die in amorpher Matrix angeordneten Moleküle genügend Bewegungsfreiheit, um sich spontan in kristalline Formen umzuordnen. Dieser Übergang von amorphem Feststoff zu kristallinem Feststoff wurde durch unterschiedliche exotherme Peaks nachgewiesen, wenn die Temperatur auf Proben mit 500 ° C anstieg und schließlich ihren Schmelzpunkt erreichte.”

Die Gleichheit im Verhalten von den neuen, natürlichen Materialien im Vergleich zu Polymeren lässt darauf schließen, dass sich das neue, antibakterielle 3D-Druck-Filament ebenso gut verarbeiten lässt. Denkbare Anwendungsbereiche für dieses natürliche Filament wären die Herstellung von medizinischen Werkzeugen, Implantaten oder auch Prothesen.

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