Die Bundesregierung geht von etwa 400.000 bis 600.000 Fällen jährlich aus, in denen Patienten an Krankenhausinfektionen in Deutschland erkranken und von denen 7.500 bis 15.000 sterben. „Ein Teil der Infektionen und Todesfälle“, so heißt es im Gesetzentwurf zur besseren Krankenhaushygiene der Fraktionen von CDU/CSU und FDP, „ist durch geeignete Präventionsmaßnahmen vermeidbar“. Die Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH), Berlin, und andere Organisationen halten diese Zahl allerdings für viel zu niedrig. Klaus-Dieter Zastrow von der Deutschen Gesellschaft für Krankenhaushygiene rechnet mit noch höheren Zahlen: „Unserer Einschätzung nach infizieren sich von den etwa 18 Millionen Patienten in Deutschland mindestens vier Prozent, also 720.000 Menschen, im Krankenhaus mit Keimen. Wir vermuten, dass es sogar eher fünf Prozent sind. Das wären 900.000 Infektionen.“ Nach Schätzung des Instituts für Hygiene und Umweltmedizin der Charité Berlin könnten ausgehend von den offiziellen Zahlen letztlich etwa 1.500 bis 4.500 durch Krankenhausinfektionen ausgelöste Todesfälle in Deutschland vermieden werden.
Keime werden durch Kontakt übertragen
Bakterien, die insbesondere durch den falschen Einsatz von Antibiotika resistent geworden sind, stellen eines der größten Infektionsprobleme dar. Einer der häufigsten dieser Erreger ist das Bakterium Staphylococcus aureus. Durch einfachen Händekontakt, unsterile Medizinprodukte oder das Berühren von Oberflächen wie Schalter werden die Keime verbreitet. Neben dem Einhalten einer ausreichenden Klinikhygiene, wie sich zum Beispiel ausreichend die Hände zu desinfizieren, können auch Produkte aus antimikrobi-ellen Kunststoffen helfen, die Zahl der Infektionen zu reduzieren. Lichtschalter, Griffe, Gerätegehäuse, Verschlüsse, Katheder, Infusionsschläuche und -beutel aus antimikrobiellen thermoplastischen Kunststoff-Compounds sowie antimikrobiell beschichtete Verpackungsfolien und medizintechnische Produkte im Operationssaal helfen, die Übertragung von Infektionen durch Personal und Patienten im Krankenhaus zu minimieren oder zu vermeiden. Darüberhinaus finden diese auch Anwendung in Rehabilitationskliniken, in Praxen für ambulante Operationen oder bei der Versorgung von Patienten im häuslichen Umfeld.
Farbneutraler antimikrobieller Kunststoff mit Zinkoxid
Eingeflochten um ein Trägergarn dienen Silberfäden beispielsweise als antimikrobielle Ausrüstung für Socken. Thermoplaste lassen sich durch das Einbringen von Metallsalzen als Additive ebenfalls antimikrobiell ausstatten. Jedoch sind insbesondere Kupfer- und Silbersalze häufig lichtempfindlich. Werden sie einem Kunststoff zugesetzt, verändern sie allein durch ihre Eigenfarbe das Compound. Hinzu kommt, dass sie durch ihre besondere Elektronenkonfiguration in der Lage sind, Licht einzufangen. Sie katalysieren dadurch den Abbau oder das Altern der Kunststoffe. Die Folge: Das aus dem Kunststoff hergestellte Produkt verfärbt sich mit der Zeit und nimmt einen Gelbton an. Ihre Anwendung in Kunststoffen und Textilfasern, die im Sanitärbereich und in Kliniken eingesetzt werden, ist dadurch wenig attraktiv, denn nur reines Weiß wird als hygienisch und steril wahrgenommen.
Der Rohstoffhersteller Rowa Masterbatch, Pinneberg, setzt daher das farb- und nebenwirkungslose Zinkoxid als biozides Additiv in dem Compound Rowa Protect ein. Kunstfasern wie Polyester, Polyamid und Polypropylen-Gewebe lassen sich damit antibakteriell ausrüsten, ohne eine Verfärbung in Kauf nehmen zu müssen. Die mechanischen Eigenschaften des Zink-Compounds bei einem Prozent Wirkstoffgehalt zeigen nach simulierter Alterung von über 1.000 Stunden bei 80°C kaum eine Veränderung.
Biozide Wirkung in Testverfahren nachgewiesen
Die biozide Wirksamkeit wurde nach einer Prüfmethode für nicht auswaschende, antibakterielle Kunststoffoberflächen nachgewiesen. Dazu hat sich der japanische Standard JIS Z 2801 aus dem Jahr 2000 etabliert. Er wurde 2007 in der ISO 22196 übernommen. Im ersten Schritt wird dabei 400 µl einer Bakteriensuspension mit definierter Konzentration – meist 105 KBE – auf eine zirka 5 mal 5 cm große, möglichst ebene Oberfläche des Kunststoffs aufgebracht. Im zweiten Schritt werden dann nach 24 Stunden Proben von der Oberfläche entnommen, kultiviert und die überlebenden Stämme ausgezählt. Die antibakterielle Wirksamkeit wird als Reduktionsfaktor gegen eine gleich behandelte, unausgerüstete Probe oder in Prozent angegeben. Dabei ist zu beachten, dass der Test nach JIS – obschon heute Standard – ein Modell darstellt, das die Praxis nur eingeschränkt abbildet.
Die Proben werden nach dieser Untersuchungsmethodik im Brutschrank bei 37,5°C und konstanter Feuchtigkeit mit isolierten Bakterienstämmen durchgeführt. Für das Wachstum der Bakterienstämme sind das ideale Zustände. Eine realistische Bedingung wäre aber eine Raumtemperatur von etwa 20°C und das partielle Austrocknen der Probe. Um definierte Bedingungen zu erzeugen, wird das zu prüfende Material zudem vor den Tests desinfiziert. Die Vorgeschichte der Oberfläche, also der Umstand, dass sich Bakterien und Pilze gegenseitig in ihrem Wachstum beeinflussen, bleibt dabei unberücksichtigt.
Neben der Farbneutralität ist Zink auch wirtschaftlich: Das Metall unterliegt in weniger als Silber und Kupfer den Schwankungen der Rohstoffpreise am Weltmarkt und stellt häufig die preisgünstigere Alternative dar. Die antibakterielle Wirksamkeit indes steht der von Edelmetallen nur wenig nach. So führte das Nürnberger Quality Labs Untersuchungen an reinweißen, mit Rowa Protect ausgerüsteten, PP-, PA6- und PET-Fasern durch. Innerhalb von fünf Stunden wurden Reduktionsfaktoren größer vier gemessen.
Das Material ist für die Teileherstellung sowohl im Spritzguss-Verfahren als auch per Extrusion geeignet und bietet sich für das Herstellen einer Vielzahl von Erzeugnissen an, wie medizinischer Stützstrümpfe aus Kunststoff-Fasern bis hin zu Lichtschaltern oder Türklinken aus PA6.
Keimreduzierende Polymere für das Spritzgussverfahren
Auf der Messe Compamed in Düsseldorf stellte BASF, Ludwigshafen, im November unter anderem zwei neue Varianten des antimikrobiellen Hygentic Produktportfolios vor. Das neu entwickelte Hygentic SBC ist ein transparentes, für den Spritzguss einsetzbares Styrol-Butadien-Blockcopolymer-Granulat, das antimikrobiell wirkende Silberionen enthält. Das Granulat kann direkt zur Herstellung von medizinischen Geräten wie zum Beispiel Inhalatoren oder Ventilationsfiltern eingesetzt werden.
Die zweite Variante Hygentic PA ist ein antimikrobielles, mit Glasfasern verstärktes, spritzgießfähiges Polyamid-Granulat, das sich besonders zum Fertigen von Bedienelementen medizintechnischer Geräte eignet. „Diese Materialien zeichnen sich durch ihre hohe Wirksamkeit gegen eine Vielzahl an Pilzen und Bakterien aus“, erklärt Edgar Eichholz, Business Development Manager Medical Device Materials: „Damit hergestellte Medizintechnik-Produkte lassen sich zudem mit herkömmlichen Verfahren desinfizieren.“ Der Rohstoffhersteller arbeitet an einem breiten Spektrum von Lösungen für medizintechnische Produkte, deren Oberflächen die Ansiedlung potenziell gefährlicher Mikroben langfristig unterbinden.
„Die mit unseren Additiven ausgestatteten Polymere und Elastomere unterstützen die Maßnahmen einer professionellen Krankenhaushygiene“, so Eichholz. Das Risiko, dass daraus hergestellte medizintechnische Geräte zur Verbreitung von Mikroben beitragen, wird somit minimiert.
Eine gezielte Kombination von organischen und anorganischen antimikrobiellen Wirkstoffen erhöht die Effizienz der einzelnen Komponenten. In den so entstandenen Formulierungen entfalten die Einzelkomponenten ihre Wirkung dauerhafter oder schneller. Ein eigenes Mikrobiologieteam kontrolliert die Wirksamkeit der verschiedenen Formulierungen gegen relevante Mikroorganismen, unter anderem auch multi-resistente Erreger wie MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus).
Masterbatch mit antibakterieller Wirkung
Auch das Unternehmen Albis Plastic, Hamburg, hat den Krankheitserregern, Keimen und Bakterien den Kampf angesagt und das Masterbatch Albis Hygienic Material auf den Markt gebracht. Neu entwickelte Additive auf der Basis von Silber und unter anderem auch von Kupfer als Wirksubstanz ermöglichen das antimikrobielle Ausrüsten von Kunststoffen ohne zusätzliche Beschichtung.
„Durch den Einsatz von Albis Hygienic Material ist der Anwender in der Lage, jeden Kunststoff in nahezu allen Farbvarianten mit einem antimikrobiellen Schutz auszustatten“, erläutert Marcel Wiesner, Produktspezialist im Bereich Masterbatch. „Für alle wichtigen Polymere liegen inzwischen Lösungen auf der Basis der neuentwickelten Wirksubstanzen vor. Hierbei handelt es sich sowohl um reine Additivlösungen, als auch um farbgestellte Einstellungen sowie Compounds.“
Katheter mit antiseptischer Wirkung
Das Thüringische Institut für Textil-und Kunststoff-Forschung (TITK), Rudolstadt, hat zusammen mit dem Unternehmen Christoph Miethke, Potsdam, eine antimikrobielle Ausrüstung von Kathetern entworfen. Um postoperative Shuntinfektionen bei Implantaten zu verhindern, sind die Katheter mit Silber ausgerüstet, basierend auf einer am Institut entwickelten, patentierten Verfahrenstechnologie. Dendritisch hochverzweigte Polymere (hyperbranched polymers – hbp) als Träger für Silberpartikel eignen sich als Agenzien mit dosierter Wirkung zur Ausrüstung von Polymerwerkstoffen für Katheterapplikationen.
Zudem bieten derartige Hybridstrukturen die Möglichkeit, Grenzflächeneigenschaften gezielt zu modifizieren. Die antimikrobiellen Eigenschaften ließen sich durch eine nachträgliches Imprägnieren der Silikonoberfläche als auch durch direktes Einbringen des Additivs im Materialvolumen (TPE) bei der Extrusion erreichen. Dabei sind nur geringe Silbergehalte notwendig, um das Infektionsrisiko zu minimieren.
Antibakterielle Oberflächen durch Fluorierung
Eine weitere Möglichkeit der antimikrobiellen Beschichtung nahezu aller Kunststoff-Typen haben Forscher des Unternehmens Innovent, Jena, entwickelt. Sie verwenden hierfür das im Vergleich zu Silberoberflächen kostengünstige Verfahren der Fluorierung. Die Technologie wird angewendet, um Kunststoffbehälter undurchlässig für Lösungsmittel zu machen oder um die Benetzbarkeit von Kunstoffen mit Flüssigkeiten sowie die Festigkeit von Verklebungen und Bedruckungen auf Kunststoffen zu verbessern. Diese Methode kann bei praktisch allen Kunststoffen eingesetzt werden, um eine stark antibakterielle Oberfläche zu erzeugen. Durch Tests nach ISO Norm 22196 ließ sich die Wirksamkeit gegen eine Vielzahl von Keimen, darunter auch Staphylococcus aureus, nachweisen.
Hygienemarkt mit Potenzial
Egal ob Compounds mit eingebrachten keimtötenden Additiven oder antimikrobielle Beschichtungsverfahren – der Markt hierfür wächst. Denn nicht nur in der Medizintechnik sind solche Produkte von Interesse, auch die Verpackungs- und Lebensmittelindustrie wird Abnehmer solcher funktionalen Kunststoffe sein. So bleiben mit antibakteriellen Folien verpackte Lebensmittel beispielsweise länger haltbar. Aber auch in den Bereichen Elektronik, Haushalt und Gastronomie finden solche Kunststoff-Compounds bereits im Computertastaturen, Gehäusen und in Schneidbrettern für den Küchenbereich Anwendung. Es bleibt den Produktentwicklern überlassen, weitere Anwendungen zur Marktreife zu bringen. Aber trotz aller Vorteile der antimikrobiellen Wirkung der Produkte: Einer Infektion kann damit niemand generell entgehen.
Antimikrobielle Kunststoffe im Detail
- Sanitized, Burgdorf, Schweiz, erreicht mit den silberbasierten Additiven Sanitized Silver bereits bei niedriger Wirkstoffkonzentration eine antimikrobielle Wirkung. Die patentierte Technologie basiert auf dem Einsatz kleiner Silberpartikel, die in einem glaskeramischen Material eingeschlossen sind. Diese Kombination ergibt eine hohe Transparenz, wie sie für optisch ansprechende Beschichtungen notwendig ist. Das Material ist wirksam gegen zahlreiche Bakterien und temperaturstabil bis zu 500°C – also deutlich höher einsetzbar als jeder andere organische Wirkstoff.
- Rowa Masterbatch, Pinneberg, setzt das farb- und nebenwirkungslose Zinkoxid als biozides Additiv in dem Compound Rowa Protect ein. Kunstfasern wie Polyester, Polyamid und Polypropylen-Gewebe können damit antibakteriell ausgerüstet werden, ohne eine Verfärbung in Kauf nehmen zu müssen. Die mechanischen Eigenschaften des Zink-Compounds bei einem Prozent Wirkstoffgehalt weisen nach einer simulierten Alterung von über 1.000 Stunden bei 80°C kaum eine Veränderung auf.
- BASF, Ludwigshafen, hat zwei neue Varianten der Hygentic-Werkstoffe auf dem Markt: Hygentic SBC ist ein transparentes, für den Spritzguss einsetzbares Styrol-Butadien-Blockcopolymer-Granulat, das antimikrobiell wirkende Silberionen enthält. Die Variante Hygentic PA ist ein antimikrobielles, mit Glasfasern verstärktes, spritzgießfähiges Polyamid-Granulat. Beide Werkstoffe sind laut Anbieter hoch wirksam gegen eine Vielzahl an Pilzen und Bakterien. Daraus hergestellte Medizintechnikprodukte lassen sich zudem mit herkömmlichen Verfahren desinfizieren.
- Albis Plastic, Hamburg, nutzt Additive auf der Basis von Silber und Kupfer als Wirksubstanzen für das antimikrobielle Ausrüsten von Kunststoffen ohne zusätzliche Beschichtung. Inzwischen liegen für alle wichtigen Polymere Lösungen auf der Basis der neuentwickelten Wirksubstanzen vor.
- Auch wenn es keine direkte antimikrobielle Wirkung hat, mit dem TPE-Compound Provamed 1158 von Actega DS, Bremen, können die Qualitätsstandards hinsichtlich Reinheit, Hygiene, Biokompatibilität und Sicherheit eingehalten werden. Geprüft und zertifiziert ist laut Unternehmen die Eignung der Materialien nach USP VI / ISO 10993. Bei der Entwicklung dieser TPE-Rezeptur wurden die möglichen Auswirkungen der für die Sterilisation notwendigen hochenergetischen Gammabestrahlung berücksichtigt. So können ein Verspröden, Verfärben, Verändern mechanischer Eigenschaften und Erhöhen der Steifigkeit vermieden und die Festigkeit auf hohem Niveau erhalten werden.
