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Hierarchische, bioinspirierte Anti-Fomite-Beschichtungen aus 3D-gedruckten „Dragon Flower“-Mikrostrukturen und Kupfer-Nanokompositen
Forschende entwickeln eine hybride, bioinspirierte Beschichtung, die mikrostrukturierte, 3D-gedruckte Oberflächen mit einem kupferbasierten Nanokomposit kombiniert. Der Ansatz erzeugt definierte Benetzungszustände und soll die Interaktion kontaminierter Tropfen mit der antiviralen Oberfläche verstärken.
Bioinspirierte Beschichtungen sind ein wichtiger Baustein zur Reduktion mikrobieller Belastungen durch Pilze, Bakterien und Viren. Die vorgestellte Studie erweitert diesen Ansatz, indem sie hochauflösendes Additive Manufacturing – konkret MSLA-3D-Druck – nutzt, um funktionale Hybridoberflächen zu erzeugen, die sowohl passive (mikrostrukturierte Topografie) als auch aktive (kupferbasierte Nanokomposite) Schutzmechanismen vereinen.
Als biologisches Vorbild dient die innere Oberfläche der Blüte Huernia penzigii, deren Mikropapillen für die Entwicklung definierter Mikrostrukturen herangezogen wurden. Die Forschenden untersuchten, wie unterschiedliche Höhen und Aspektverhältnisse der Mikropapillen die Benetzbarkeit der Oberfläche beeinflussen.
Lesetipp: Funktionelle Beschichtungen
Beschichtungen werden auf Oberflächen hauptsächlich zu dekorativen, funktionellen oder Schutzzwecken angewandt, doch in den meisten Fällen ist es eine Kombination aus all diesen. Das Buch „Funktionelle Beschichtungen“ gibt einen tiefen Einblick in neue Entwicklungen funktioneller Überzüge mit dem Fokus auf organisch-basierten Materialien. Auch hebt es die letzten Entwicklungen der verschiedenen Technologien und neuartigen Oberflächenfunktionen hervor, die Dekoration, Korrosionsschutz und Oberflächenschutz betreffen.
Steigerung der Tropfeninteraktion durch Benetzungssteuerung
Die Untersuchungen ergaben eine klare Korrelation zwischen dem Aspektverhältnis der Mikrostrukturen und dem Kontaktwinkel: Bei einer Höhe von 400 µm sank der Kontaktwinkel auf 38 °. Dieser hydrophile Bereich begünstigt, dass kontaminierte Tropfen stärker mit der aktiven kupferhaltigen Oberfläche interagieren – ein Mechanismus, der potenziell die antivirale Wirksamkeit erhöht und die Weitergabe von Erregern über Oberflächen (Fomites) reduziert.
Der verwendete kupferhaltige Photopolymerwerkstoff wurde mithilfe von FTIR-, UV-Vis-, XRD- und REM-Analysen untersucht. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass die Kombination aus topografie-induzierter Tropfenlenkung und bioaktiven Nanokompositen eine vielversprechende Strategie zur Entwicklung hochwirksamer antiinfektiöser Beschichtungen darstellt.
Quelle: da Silva Lima, T., Vieira, A. G., Makiyama, L. A., de Albuquerque, A. S. & Santa-Cruz, P., Hierarchical anti-fomite coatings based on bioinspiration in 3D-printed Dragon Flower microstructures with copper nanocomposites. Journal of Coatings Technology and Research 22, 2387–2399 (2025).
