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Fragestellung: Implantat-assoziierte Infektionen können zu schwerwiegenden klinischen Problemen führen. Die initiale bakterielle Adhärenz kann dabei zur therapieresistenten Biofilmbildung auf Implantaten führen. Auch aufgrund steigender Antibiotikaresistenzen besteht der Bedarf an zusätzlich antibakteriell aktiven Implantatoberflächen. Antibakterielles Silber ist bereits in verschiedensten Formen (z.B. als Nanosilber) verwendet worden. Um Partikel-induzierte Effekte zu vermeiden und die Gesamtmenge an Silber weiter zu reduzieren, haben wir ein Opferanoden-System für Silber durch Kombination mit noch edleren Metallen entwickelt, das noch wirksamer als reines Silber ist.

Das Ziel dieser Studie war die Etablierung und funktionelle Testung eines Platin/Silber-Opferanodensystems als ultradünne Nanoflecken.

Methodik: Platin(Pt)- und Silber(Ag)-Deposits (Nanoflecken) wurden mittels Kurzzeit-Magnetron-Sputter-Technik auf Titan (5 x 5 mm) hergestellt. Dabei wurden Einzel-Element-Flecken (Pt oder Ag) generiert, die nacheinander gesputtert (erst Pt dann Ag) oder gleichzeitig gesputterte Pt/Ag-Nanoflecken aufwiesen. Die Mikrostrukturanalysen erfolgten mittels HR-TEM (HAADF mode) und EDX-Mapping. Die antibakteriellen Analysen erfolgten an S.aureus mittels Tropfen-basiertem Assay. Keimadhärenz wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie und bakterizide Aktivität gegenüber planktonischen Keimen durch konventionellem Agar-Platten-Test erfasst. Statistische Auswertungen wurden mittels ANOVA mit Bonferroni post hoc-Test durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Mikrostrukturelle Analysen mittels HR-TEM zeigten fleckenförmige Pt und Ag-Deposits (Nanoflecken), die je nach Sputterzeit (10s bis 60s) 1.3 - 3.9 nm Dicke und 3-60 nm laterale Ausdehnung aufwiesen. Analysen der Elementverteilung (HAADF-STEM, EDX-Mapping) ergaben eine inhomogene Verteilung der Pt- und Ag-Areale mit sphäroiden Pt-reichen Spots (1-2 nm). Die antibakterielle Aktivität von Pt/Ag-Proben gegenüber S.aureus war signifikant höher als die von alleinigen Ag-Nanoflecken, wobei alleinige Pt-Nanoflecken keine antibakterielle Wirkung hatten. Ursächlich dafür wurde ein Opferanodeneffekt mittels Voltammetrie identifiziert, der eine erhöhte Silberionen-Freisetzung bei Pt/Ag-Nanoflecken induzierte. Nacheinander gesputterte Nanoflecken (erst Pt dann Ag) zeigten dabei höhere antibakterielle Aktivität als gleichzeitig gesputterte Elemente.

Durch ultradünne Pt/Ag-Abscheidungen (Nanoflecken) auf Titan mittels Kurzzeit-Sputterprozess konnte eine hochwirksame antimikrobielle Oberfläche generiert werden, deren Aktivität auf einem Opferanodenprinzip beruht. Vorteile dieser Beschichtung sind der Einsatz nur sehr geringer Edelmetall-Mengen und eine selbstlimitierende Wirkphase.