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Untersuchungen zur Wirkungsweise antimikrobieller Kupferoberflächen

Kupfer wurde schon im Altertum als Desinfektionsmittel oder zur Behandlung von Infektionen genutzt. Es gibt aus dem Jahre 2400 v. Chr. Anhaltspunkte für diese Art von Verwendung. So wurde im altägyptischen Smith Papyrus, welches die älteste bekannte Sammlung medizinischen Wissens ist, bereits von der Wirkung Kupfers als Desinfektionsmittel für Wasser und Wunden berichtet. Ebenso gibt es aztekische Überlieferungen zur Verwendung von Kupfer bei Rachen- und Wundinfektionen [Emmart 1949]. Vom Gründer der Medizin, Hippokrates, wurde Kupfer zur Behandlung von Infektionen verwendet. Seit der Verwendung von Kupfer, wurde dieses immer wieder zur Desinfektion, vor allem von Trinkwasser, genutzt, obwohl zum damaligen Zeitpunkt noch gar nicht bekannt war, dass es Mikroorganismen, wie Bakterien oder Viren, gibt. Während der großen Cholera-Epidemien wurde festgestellt, dass Kupfer- Minenarbeiter resistent gegenüber Vibrio cholerae waren. Folglich wurden Kupfer und seine Salze bis ins 20. Jahrhundert als Heilmittel gegen Infektionen verwendet.

In der Vergangenheit wurde die antimikrobielle Wirkung von massiven metallischen Kupferflächen sowohl durch die nasse, als auch durch die trockene Methode gegen eine Vielzahl von Erreger der Biosicherheitsstufe (BSL) 1, wie z. B. nicht-pathogene Staphylococci Escherichia coli oder Enterococcus hirae nachgewiesen. Ebenso konnte die Wirksamkeit von massivem Kupfer gegen eine Vielzahl von BSL-2 Erregern gezeigt werden. Hierbei wurden nicht nur Bakterien, wie zum Beispiel der Methicillin-resistente Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa und Salmonella enterica untersucht, sondern auch Viren, wie das behüllte ssRNA 6 Virus Influenza A und das unbehüllte ssRNA Norovirus. Die Inaktivierung der Mikroorganismen durch metallisches Kupfer erfolgt multifaktoriell  Der Vorgang wird zum einem durch Kupferionen, die vom metallischen Körper gelöst werden, initiiert, wobei hier ein großer Unterschied zwischen der nassen und der trockenen Methode besteht. Die Konzentration gelösten Kupfers steigt bei der trockenen Methode innerhalb von wenigen Sekunden auf bis zu 109 Kupfer-Atome/Zelle an, was zur Inaktivierung der Erreger innerhalb weniger Minuten führt. Im nassen Milieu steigt die Konzentration gelösten Kupfers jedoch deutlich langsamer an. Die Inaktivierung dauert bis zu mehrere Stunden. Die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) spielt bei der Inaktivierung ebenfalls eine gewisse Rolle. Dies konnte indirekt durch die Zugabe von Chelatoren und ROS-Quenchern gezeigt werden: durch die Schädigung der Membran wird deren Semipermeabilität gestört, was zur Aufhebung des Konzentrationsgradienten und der Atmungskette führt. Die Unterdrückung von ROS durch Antioxidantien wie Glutathion (gshA) ist ebenfalls ein wichtiger Mechanismus zum Schutz des Zytoplasmas und der DNA, weshalb E. coli gshA Mutanten wesentlich schneller als Wildtyp-Zellen durch massives Kupfer inaktiviert werden. Aber auch die Laborbedingungen sind für die Geschwindigkeit der Inaktivierung relevant. So steigt die Inaktivierungsgeschwindigkeit thermodynamisch proportional zur Umgebungstemperatur. Allerdings verhält sich die Inaktivierungs-geschwindigkeit umgekehrt proportional zur Raumfeuchte. (...)

Die komplette Dissertation gibt es hier als PDF zum Nachlesen: 
Untersuchungen zur Wirkungsweise antimikrobieller Kupferoberflächen. Dissertation von Frau Pauline Bleichert

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