Modifizierung von Titanimplantatoberflächen mit antimikrobiellen Polymerbeschichtungen für die Anwendung bei Extremitätenprothesen

Sluszniak, Magdalena

Um die Biofilmbildung am Hautdurchtritt bei Extremitätenprothesen zu verhindern, können antimikrobielle Polymerbeschichtungen zur Modifizierung von Implantatoberflächen einge¬setzt werden. Antimikrobielle Oberflächen können durch Beschichtung mit amphiphilen Polymeren, die quartäre Ammoniumverbindungen tragen, erreicht werden. Es gibt nur wenig selektiv wirkende Systeme, die neben antimikrobiellen auch biokompatible Eigenschaften aufweisen. Hier wurde der Ansatz gewählt, Copolymere bestehend aus einer antibakteriellen und einer oberflächenaktiven Gruppe herzustellen. Mit dem Ziel einer selektiven Wirkung wurden unterschiedliche funktionelle Gruppen im Copolymer getestet. Als antibakterielle Gruppe wurde quartärnisiertes 2-Dimethylaminoethyl¬methacrylat eingesetzt. Zur Anbindung an die Titan(oxid)schicht wurden als oberflächenaktive Komponente Phosphonatester oder ein primäres Amin verwendet. Über freie radikalische Copolymerisation konnten verschiedene Copolymere mit unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt werden. Mittels Spin-Coating und anschließendem Tempern konnten bei der Anbindung über Phosphonatestergruppen ultradünne Polymerfilme weniger Nanometer Schichtdicke, über primäre Amine stabile Polymerfilme mit 10fach höheren Schichtdicken erzielt werden. Anhand der Untersuchungen zur antimikrobiellen Wirksamkeit und Biokompatibilität konnten deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Copolymeren beobachtet werden. Ein Zusammenhang zwischen der Zusammen¬setzung im Copolymer und der Reduktion der Bakterienadhäsion wurde beobachtet. Der Einbau des Amins in einem weiteren Copolymersystem bewirkte eine Erhöhung der Biokompatiblität gegenüber humanen Dermisfibroblasten. Die Beschichtung von Poly(DMMEP-co-methylDMAEMA) mit den Zusammensetzungen 68:32 und 81:19 lieferte neben der gewünschten antibakteriellen Wirkung eine zugleich akzeptable Biokompatibilität und stellt einen vielversprechenden Ansatz für eine selektiv wirkende Polymerbeschichtung dar.

In order to prevent biofilm formation at the percutaneous passage of extremity prostheses an antimicrobial finishing of the implant surfaces is desirable. Such antimicrobal surfaces can be achieved by coating with amphiphilic polymers carrying quaternary ammonium groups. However, there are just a few active systems which are selective i.e. have antimicrobial properties while being biocompatible at the same time. This work is pursuing the approach of synthesizing copolymers to combine antibacterial and surface active groups in one material and different functional groups in the copolymer are investigated to achieve selectivity. Quaternized 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate is used as antibacterial group. Phosphonate esters or primary amines are used as surface active groups to bind the copolymer onto titanium oxide surfaces. Several copolymers with different composition are synthesized via free radical copolymerization. Using spin-coating and subsequent annealing ultra-thin polymer films with few nanometers film thickness are formed for copolymers having phosphonate ester groups, utilization of primary amines results in stable polymer films with up to tenfold higher film thickness. There are significant differences between the copolymers in their antimicrobial effect and biocompatibility. A correlation between copolymer composition and reduction of bacterial adhesion is observed. The integration of amines in further copolymer system improves biocompatibility with human fibroblasts. Poly(DMMEP-co-methylDMAEMA) with compositions of 68:32 or 81:19 as coating give the required antibacterial effect and simultaneously have sufficient biocompatibility. These copolymers therefore are promising materials for a selective polymer coating.

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Sluszniak, Magdalena: Modifizierung von Titanimplantatoberflächen mit antimikrobiellen Polymerbeschichtungen für die Anwendung bei Extremitätenprothesen. 2012.

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