Entwicklung antimikrobieller Oberflächen für die zahnmedizinische Anwendung

Pfaffenroth, Cornelia

Ansätze für die Entwicklung selektiv wirkender bakterizider Beschichtungen, die eine Biofilmbildung auf Implantatoberflächen mit Hautdurchtrittsregion verhindern und sich durch eine für die klinische Praxis zufrieden stellende Biokompatibilität auszeichnen, wurden untersucht. Dabei wurde die Fähigkeit von amphiphilen Polymeren zur Schädigung bakterieller Zellmembran sowie die antiseptische Wirksamkeit von Silberionen bei gleichzeitig geringer Toxizität genutzt. Ein möglicher Lösungsansatz beinhaltete die Verwendung von 4-Vinyl-N-hexyl-pyridiniumbromid als antimikrobiell aktive und das Phosphonat Dimethyl(2-methacryloyloxyethyl)phosphonat als oberflächenaktive Komponente. Durch freie radikalische Copolymerisation gelang zunächst die Synthese von Vinylpyridin-haltigen Präpolymeren mit definierten Abstufungen in der Zusammensetzung. Durch polymeranaloge Umsetzung im Rahmen einer N-Alkylierungsreaktion erfolgte die Einführung antimikrobiell aktiver quartärer Ammoniumgruppen. In Abhängigkeit des Beschichtungsmaterials wurden Ausmaß der N-Alkylierung und eingesetztes N-Alkylierungsreagenz variiert. In als Matrices für Kompositmaterialien dienende Copolymere konnte in einem weiteren Schritt durch in-situ Fällungsreaktion die Einlagerung von Silberbromid-Nanopartikeln erreicht werden. Die Anbindung der phosphonathaltigen Polymere und Komposite an Titan(oxid) in Form von ultradünnen Filmen konnte aufgrund ihrer Oberflächenaktivität in einem einfachen Spin Coating-Prozess mit anschließendem Tempern erzielt werden. Die Evaluierung der antimikrobiellen Wirksamkeit der modifizierten Oberflächen und die Evaluierung der Kompatibilität gegenüber humanen Gingivafibroblasten identifizierten die Polymerbeschichtung mit einer Zusammensetzung von (hexyl VP)0.24-co-(DMMEP)0.76 als am besten für die zahnmedizinische Anwendung geeignet. Es wurde ein signifikant antimikrobieller Effekt bei gleichzeitig akzeptabler Biokompatibilität erzielt.

Approaches for the development of selective antimicrobial coatings that suppress biofilm formation on implant surfaces passing through human skin and showing sufficient biocompatibility for clinical application were investigated. Therefore the ability of amphiphillic polymers to damage bacterial cell membrane as well as the antiseptic action of silver ions exhibiting low toxicity at the same time was utilized. A possible route comprised the use of 4-vinyl-N-hexylpyridinium bromide exhibiting antimicrobial action and the use of the phosphonate dimethyl 2-methacryloyloxyethyl phosphonate being surface active. Initially synthesis of vinylpyridine based prepolymers by free radical copolymerization showing distinct variation in copolymer composition was achived. Introduction of quarternary ammonium groups showing antimicrobial action was carried out by polymer-analogous reaction in terms of N-alkylation. Depending on the coating material the extend of N-alkylation as well as the N-alkylating reagent applied were varried. In a next step incorporation of silver bromide nanoparticles into polymers serving as matrices for composite materials was achieved via in-situ precipitation reaction. Binding of phophonate containing polymers and composites onto titanium oxide surfaces by formation of ultrathin films could be achieved in a simple spin coating process followed by annealing taking advantage of the surface activity of phophonates. Evaluation of antimicrobial activity of modified surfaces and evaluation of compatibility with human gingival fibroblasts revealed a polymer coating consisting of hexyl VP0.24-co-DMMEP 0.76 as being most suitable for dental application. Significant antimicrobial effect and sufficient biocompatibility could be realized at the same time.

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Pfaffenroth, Cornelia: Entwicklung antimikrobieller Oberflächen für die zahnmedizinische Anwendung. 2011.

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