Photodynamik

Die antimikrobielle Wirksamkeit von Dyphox® beruht auf dem Prinzip der Photodynamik, welches schon Ende des 19. Jahrhunderts von den deutschen Wissenschaftlern Oskar Raab und Hermann von Tappeiner entdeckt wurde. Die Photodynamik nutzt spezielle, ungiftige Photokatalysatoren, die Licht im Bereich des sichtbaren Lichts (400–700 nm) absorbieren und dieses effizient in die Erzeugung von entweder Sauerstoffradikalen oder Singulett-Sauerstoff umsetzen. Die oxidative Wirkung dieser reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) kann genutzt werden, um Bakterien, Viren, Pilze, Biofilme und Sporen effizient abzutöten. Die Photodynamik wird schon seit Jahren erfolgreich in der Tumortherapie, der Zahn- und Augenheilkunde und bei der Desinfektion von Blutkonserven eingesetzt.

Durch die erfolgreiche Modifikation von Gewürz- und Pflanzeninhaltstoffen konnten wir Photokatalysatoren identifizieren, welche Licht des sichtbaren Bereichs (400–700 nm) absorbieren und mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99 % Singulett-Sauerstoff erzeugen. Die Reichweite des kurzlebigen, gasförmigen Singulett-Sauerstoffs ist mit ca. 1 mm groß genug, um alle Keime auf der Oberfläche zu erreichen, jedoch auch klein genug, um nicht unkontrolliert in den Raum abgegeben zu werden.

Sichtbares Licht 400–700nm
Aktivierung des Photokatalysators
Entstehung von Singulett-Sauerstoff

Die antimikrobielle Photodynamik

Singulett-Sauerstoff ist ein mildes Oxidationsmittel. Einerseits tötet er durch oxidative Degeneration effektiv Bakterien, Viren, Pilze und Sporen ab, andererseits induziert Singulett-Sauerstoff im Gegensatz zu anderen reaktiven Sauerstoffspezies wie Sauerstoffradikalen keine frühzeitige Materialalterung. Im Vergleich zu anderen Technologien wird außerdem keine Feuchtigkeit benötigt um einen effiziente Abtötung der Keime zu erreichen – Dyphox® wirkt auch auf trockenen Oberflächen. Somit eignet sich die Photodynamik im Allgemeinen und unsere speziellen Photokatalysatoren im Besonderen sehr gut für die antimikrobielle Ausstattung von Oberflächen, welche meist trocken vorliegen.
Hinzu kommt, dass bis dato keine Resistenzbildungen gegen Singulett-Sauerstoff bekannt sind und auf Grund des unspezifischen Wirkmechanismus auch nicht zu erwarten sind. Das ist besonders in Hinblick auf die Zunahme von multiresistenten Bakterienstämmen in den letzten Jahren ein wichtiger Punkt.

Oxidative Degeneration von Staphylococcus aureus

  • null
    Vorher

    Das grampositive kokkenförmige Bakterium Staphylococcus aureus ist von einer stabilen Zellwand umgeben.

  • null
    Nachher

    Der photodynamische Effekt der Dyphox® Technologie führt zur schnellen und effizienten oxidativen Degeneration der bakteriellen Zellwand und tötet das Bakterium so effektiv ab.

Oberflächenentkeimung im Überblick

Wischdesinfektion versus Dyphox® Beschichtung

Durch die permanent wirksame antimikrobielle Retrofit Beschichtung können Hygienelücken geschlossen werden. So sinkt das relative Risiko hoher Keimlasten bei Verwendung von Dyphox® Universal nachweislich um bis zu 67% gegenüber der konventionellen Wischdesinfektion. Somit wird durch unsere Retrofit Beschichtung das Risiko der Verbreitung von Keimen über Oberflächen deutlich reduziert.

Entkeimung von Oberflächen im Vergleich

Silber/Kupfer/Zink dotierte Oberflächen­beschichtungen

Silber-, Kupfer- und Zinkionen haben antimikrobielle Eigenschaften. Anwendung findet Silber z.B. bei der antimikrobiellen Ausstattung von Wundauflagen oder Blasenkathetern. Das macht Sinn, da die Anwendung unter feuchten Bedingungen stattfindet. Erst Flüssigkeit ermöglich den effizienten Transport der Ionen zu den Keimen und damit die antimikrobielle Wirksamkeit. Zur Oberflächenanwendung sind Metallionen und -partikel weniger geeignet, da die Wirksamkeit unter trockenen Bedingungen sehr stark verringert ist. Zudem werden kontinuierlich Partikel an die Umwelt abgegeben und auch die Entwicklung von Resistenzen wurde mehrfach beschrieben.

Titandioxid dotierte Oberflächen­beschichtungen

Die antimikrobielle Wirksamkeit von Titandioxid beruht auf dem photokatalytischen Effekt des Titandioxid. Durch Aktivierung von Titandioxid mittels UV-A (315–380 nm) Bestrahlung, werden radikalische Sauerstoffspezies wie das Hydroxyl und Superoxidradikal gebildet. Diese reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) können Keime effizient inaktivieren. Allerdings werden durch die höhere Reaktivität der radikalischen Sauerstoffspezies langfristig auch Kunststoffoberflächen angegriffen. Außerdem dringt UV-A Strahlung in die Gewebsschichten der Haut und des Auges ein und schädigt diese. Deshalb ist eine Anwendung in der Oberflächentechnik nur unter Sicherheitsauflagen möglich.

Oberflächen­entkeimung durch Biozide

Die antimikrobielle Wirkung von Bioziden wie Benzalkoniumchlorid, Triclosan, Isothiazolinonen oder Chlorhexidin ist auf eine „Vergiftung“ der Keime zurückzuführen. Eine Aufkonzentration dieser toxischen Stoffe im Ökosystem oder menschlichen Körper sollte möglichst vermieden werden. Deshalb ist eine permanente Ausstattung von Oberflächen mit klassischen Bioziden bedenklich. Außerdem ist nur eine eingeschränkte Wirksamkeit auf trockenen Oberflächen gegeben. Auch das RKI rät dringend vom großflächigen Einsatz biozider Wirkstoffe wie Triclosan, Chlorhexidin und Benzalkoniumchlorid ab, da klinisch relevante Keime nachgewiesenermaßen starke und stabile Resistenzen gegen diese Wirkstoffe bilden. Auch die Entwicklung von Kreuzresistenzen gegen Antibiotika ist bekannt und sehr bedenklich.

Oberflächen­entkeimung mittels UV-C Bestrahlung

Die antimikrobielle Wirkung von UV-C Strahlung beruht auf der Schädigung der Erbinformation von Bakterien und Viren. Das energiereiche, kurzwellige Licht induziert Strangbrüche in den Nukleinsäureketten und bewirkt so einen bakteriostatischen bzw. virustatischen Effekt. UV-C Bestrahlung kann z.B. zur chemikalienfreien Entkeimung von Wassersystemen eingesetzt werden. Analog zum Einsatz von Titandioxid ist eine Anwendung von UV-C Bestrahlung zur Entkeimung von Oberflächen nur unter bestimmten Sicherheitsauflagen möglich.