INHOUDSOPGAVE

1. Waarom is het belangrijk om oppervlakken aan te pakken?

2.1. Medische en ziekenhuissector

2.2. De agrovoedingssector

2.3. Veehouderij

2.4. Transport

In ontwikkeling

3. De belangrijkste werkingsmechanismen van antibacteriële oppervlakken

3.1. Antiadhesieve oppervlakken

3.2. Bacteriedodende contactoppervlakken

3.3. Oppervlakken met gecontroleerde afgifte

3.4. Fotoactiveerbare of fotokatalytische oppervlakken.

3.5. Texturering en topografische effecten

3.6. Antibacteriële biotechnologieën: fagen, enzymen en bacteriolysinen

4. Preventie of behandeling: welke strategie verdient de voorkeur?

5. Beperkingen van conventionele oplossingen

5.1. Metallisch koper

5.2. Zilverdeeltjes

5.3. Op weg naar synergie?

6. Ontwikkeling van innovatieve oplossingen

6.1. Zinkoxide

6.2. Zinkoxide + titaandioxide

6.3. Antibacteriële textiel

6.4. Chitosan

6.5. Gedoteerd calciumfosfaat

6.6. Gedoteerde hydrogels

6.7. Endolysinen

7. Normalisatie en evaluatietests

7.1. Normalisatie

7.2. Validatietests

7.3. Specifieke tests volgens het EPA-referentiekader

8. Toepassingsgebieden - Metalen

8.1. Gezondheidszorg, biomedische sector en zorginstellingen

8.2. Voedingsmiddelenindustrie

8.3. Openbaar vervoer

8.4. Intensieve veeteelt

9. Toepassingsgebieden – Keramische materialen

9.1. Biomedische sector, implantaten en weefselengineering

9.2. Voedingsmiddelenindustrie en farmaceutische sector

9.3. Gezondheidszorg, gemeenschappen en verzorgingstehuizen

9.4. Openbaar vervoer en openbare infrastructuur

9.5. Intensieve veeteelt en vochtige omgevingen

10. Toepassingsgebieden – Polymeren, textiel

10.1. Gezondheidszorg, biomedische sector en verzorgingstehuizen

10.2. Technisch textiel en werkkleding

10.3. Agrovoedingssector

10.4. Openbaar vervoer

10.5. Intensieve veehouderij en bioveiligheid

11. Bijzonderheden van metalen oppervlakken

12. Bijzonderheden van keramische oppervlakken

12.1. Aluminiumoxide en zirkoniumoxide

12.2. Calciumfosfaten

12.3. Glas en glazen oppervlakken

12.4. Poreuze en macroporiënte keramiek

13. Kenmerken van polymeer-, composiet- en textieloppervlakken

13.1. Chemische en morfologische diversiteit

13.2. Lage verwerkingstemperaturen

13.3. Slijtage, wasbeurten en veroudering

13.4. Contact met de mens, comfort en veiligheid

13.5. Functionalisering in de massa of aan het oppervlak

14. Relevante technologische oplossingen voor metalen

14.1. Intrinsiek antimicrobiële metalen en functionele legeringen

14.2. Antibacteriële oxidelagen

14.3. Sol-gel en hybride organisch-anorganische lagen

14.4. Functionele hydrogels

14.5. Geïmmobiliseerde of vrijgekomen fagen en bacteriolysinen

14.6. Lasertexturering en micro-/nanostructurering

14.7. Antimicrobiële polymeercoatings op metaal

15. Relevante technologische oplossingen voor keramiek en glas

15.1. Antibacteriële dotering van keramiek

15.2. ZnO-coatings en functionele oxiden

15.3. Sol-gel en milde chemie

15.4. Lasertexturering en oppervlaktebehandeling

15.5. Bioactieve keramiek met gecontroleerde afgifte

15.6. Hydrogels en hybride lagen op keramiek

15.7. Fagen, bacteriolysinen en antibiofilm-enzymen

16. Relevante technologische oplossingen voor polymeren, composieten en textiel

16.1. Antimicrobiële extrusie en compoundering

16.2. Textielvouwproces

16.3. Textiel- of polymeercoating

16.4. Functionalisering met plasma

16.5. Chitosan-hydrogels

16.6. Fagen en bacteriolysinen

16.7. Commerciële oplossingen en benchmarks

17. Geïdentificeerde spelers – Metalen materialen

17.1. Leveranciers of ontwikkelaars van oplossingen

17.2. Gebruikers, voorschrijvers en demonstratoren

18. Geïdentificeerde spelers – Keramische materialen

18.1. Consortiumleden en technologische partners

18.2. Biomedische fabrikanten en demonstratiebedrijven

18.3. Leveranciers of aanbrengers van coatings

18.4. Eindgebruikers en voorschrijvers

19. Geïdentificeerde actoren – Polymeer- en textielmaterialen

19.1. Deelnemers aan het consortium en technologische partners

19.2. Leveranciers en ontwikkelaars van textiel- en polymeeroplossingen

19.3. Gebruikers, adviseurs en demonstrateurs

Bijlage — Overzicht van de betrokken partijen, oplossingen en bruikbare internetbronnen.

Overzicht van actoren en oplossingen

1)Biomedisch domein, implantaten, gezondheidszorg, verzorgingstehuizen en zorginstellingen

Actoren – bedrijven die actief zijn in de sector

Oplossingen

Dienstverleners

2)oedings- en agrovoedingssector

Spelers – bedrijven die actief zijn in de sector

3)Grote veehouderijen, bioveiligheid en landbouwgebouwen

Spelers – bedrijven die actief zijn in de sector

4)Sector openbaar vervoer

Coatings en antimicrobiële oplossingen voor het vervoer

Dienstverleners en exploitanten in het wegvervoer

Luchtvaart en luchthavens

5)Textiel, polymeren, composietmaterialen en flexibele oppervlakken

Spelers – bedrijven die actief zijn in deze sector

6)Antibacteriële coatings of functionaliseringen voor meerdere substraten

Institutionele toegangspunten, netwerken en clusters

Samenvatting

Antimicrobiële resistentie vormt vandaag de dag een groot probleem voor de volksgezondheid, de voedselveiligheid en het industriële concurrentievermogen. Hoewel antibiotica, desinfectiemiddelen en biociden onmisbaar blijven, stuit herhaald of onjuist gebruik ervan op beperkingen: het ontstaan van resistentie, soms onvoldoende effectiviteit tegen biofilms, regelgevende beperkingen, milieueffecten en verlies van effectiviteit na slijtage of herhaaldelijk reinigen.

Het ANTIRESI-project heeft tot doel innovatieve, duurzame en op de behoeften van bedrijven en gebruikers in de regio Frankrijk–Wallonië–Vlaanderen afgestemde antibacteriële oppervlakken te ontwikkelen. Werkmodule 3 richt zich op drie materiaalgroepen: metalen oppervlakken, keramische en glazen oppervlakken, en polymeer-, composiet- en textieloppervlakken.

Deze referentiegids biedt een overzicht van het thema antimicrobiële oppervlakken: de problemen die zich in diverse sectoren voordoen, de beschikbare oplossingen en hun werkingsmechanismen, hun doeltreffendheid en beperkingen, opkomende oplossingen die momenteel in ontwikkeling zijn, tests en normalisatie, de betrokken actoren en bestaande oplossingen.

Chapitre 1

1. Waarom is het belangrijk om oppervlakken te behandelen?

Bacteriële infecties en microbiologische besmettingen worden niet alleen overgedragen door direct contact tussen personen. Oppervlakken spelen een belangrijke rol bij het voortbestaan en de verspreiding van micro-organismen, met name in drukbezochte omgevingen of omgevingen met hoge hygiëne-eisen.

Kritieke oppervlakken kunnen zeer divers zijn: handgrepen, leuningen, werkbladen, instrumenten, transportbanden, tanks, meubilair, liftknoppen, handgrepen in het openbaar vervoer, stoelen, wanden, medische apparatuur, implantaten, katheters, kooien, drinkbakken of ventilatie-elementen. Afhankelijk van de sector worden deze oppervlakken blootgesteld aan zeer uiteenlopende belastingen: slijtage, herhaaldelijke chemische reiniging, vochtigheid, thermische cycli, contact met levensmiddelen, biologisch contact, sterilisatie, mechanische belastingen of wettelijke eisen.

Het probleem beperkt zich niet tot de incidentele aanwezigheid van bacteriën. In aanwezigheid van vocht, organisch materiaal, eiwitten, voedselresten, biologische vloeistoffen of minerale afzettingen kunnen micro-organismen zich op deze oppervlakken nestelen en biofilms of ‘Small Colony Variants’ (SCV, een ‘vertraagde’, persistente bacterievorm die beter bestand is tegen stress en antibiotica dan normale stammen) vormen.

Een biofilm is een georganiseerde microbiële gemeenschap die zich aan een oppervlak hecht en wordt beschermd door een extracellulaire matrix. Deze structuur kan bacteriën minder gevoelig maken voor desinfectiemiddelen, antibiotica en omgevingsfactoren. Ze bemoeilijkt ook de mechanische verwijdering tijdens reinigingswerkzaamheden.

De ANTIRESI-aanpak is daarom gebaseerd op een preventieve logica: het voorkomen of vertragen van bacteriële hechting, het beperken van microbiële groei, het verstoren van de biofilmvorming of het verlenen van een duurzame antibacteriële werking aan oppervlakken. Deze aanpak is geen vervanging voor hygiëneprotocollen, maar kan deze versterken door de microbiële belasting tussen twee reinigingsbeurten te verminderen of door de vorming van hardnekkige niches te beperken.

Chapitre 2

2. Sectorgebonden uitdagingen

2.1 Secteur médical et hospitalier

In kaart brengen van milieurisico’s in de zorgomgeving – Identificatie van kritieke oppervlakken en risicogebieden

In ziekenhuizen fungeren de handen van zorgverleners en patiënten als belangrijkste vectoren voor kruisbesmetting via de handen. Kritieke oppervlakken worden daarom bepaald op basis van de frequentie van direct contact. Een studie heeft een kwantitatieve analyse gemaakt van de directe omgeving van de patiënt en maakt het mogelijk om de meest besmette oppervlakken te rangschikken op basis van de contactfrequentie[1] . Tot de zones met frequent contact behoren: de omgeving van het bed met de bedhekken, het bedtafeltje, de infuuspompen, de slangen,…

Op deze inerte oppervlakken vertonen opportunistische pathogenen een zeer hoge persistentie in de omgeving, variërend van enkele weken tot enkele maanden, waardoor het risico op zorggerelateerde infecties (ZGI) constant blijft[2] ondanks reinigingsmaatregelen, en deze vormen de oorzaak van ziekenhuisinfecties.

Hoewel de meest blootgestelde zones zich in de directe omgeving van de patiënt bevinden, waar een groot risico bestaat op overdracht van ziektekiemen via de handen, worden de ziekenhuislocaties en -afdelingen waar de kwetsbaarheid van de patiënten en de aard van de zorg maximale hygiëne vereisen, ingedeeld in vier categorieën op basis van het risiconiveau voor de patiënt[3] . De zones met het hoogste risico (categorie 4) bevinden zich voornamelijk in operatiekamers, afdelingen voor ernstige brandwonden en bacteriologische en virologische laboratoria.

Het probleem van biofilms

Ondanks de dagelijkse schoonmaakbeurten door schoonmaakteams is een langdurige aanwezigheid van bacteriën waargenomen, ook op droge oppervlakken. Dit is te verklaren door de vorming van bacteriële biofilms die resistent zijn tegen conventionele reinigingsmethoden[4] . In tegenstelling tot klassieke biofilms die zich in een waterige omgeving ontwikkelen, vestigen biofilms in droge omgevingen zich op harde en droge oppervlakken na een initiële toevoer van biologische vloeistoffen (zweet, afscheidingen, microdruppeltjes)[4], [5]

Bacteriën nestelen zich in een matrix van extracellulaire polymeren. Deze matrix fungeert als een heus fysiek schild, waardoor de verspreiding van chemische desinfectiemiddelen wordt beperkt en de micro-organismen tot 1500 keer resistenter worden tegen standaard biociden dan hun tegenhangers in geïsoleerde toestand [4]. Uit klinische analyses blijkt dat op alle onderzochte oppervlakken op de intensive care levensvatbare biofilms aanwezig waren, ongeacht of het ziekenhuis één of twee keer per dag werd schoongemaakt en ongeacht het type desinfectiemiddel dat werd gebruikt. Ook werden ESKAPE-micro-organismen aangetroffen in 52 % van de monsters, die aanwezig bleven na toepassing van de voorgeschreven reinigingsprotocollen[5].

Microbiologische profielen van de doelpathogenen (ESKAPE-groep)

De ESKAPE-groep omvat bacteriën die klinisch prioriteit hebben vanwege hun doorslaggevende rol bij het ontstaan van ziekenhuisinfecties, hun resistentie tegen antibiotica en hun grotere vermogen om zich op harde oppervlakken te nestelen[6] . De ESKAPE-bacteriën zijn geëvolueerd onder de druk van de in de geneeskunde gebruikte antibiotica, waardoor de meest resistente bacteriën het beste hebben overleefd. Ze hebben resistentiegenen verworven door mutaties en door uitwisseling van genetisch materiaal. In de loop van de tijd zijn ze steeds moeilijker te elimineren geworden.

Enterococcus faecium (ERV): Gram-positieve bacterie die 5 dagen tot 4 maanden op inerte oppervlakken kan overleven. Overmatige vermenigvuldiging buiten hun darmhabitat is een veelvoorkomende oorzaak van kathetergerelateerde urineweginfecties, wondinfecties en bloedvergiftiging[2], [7] .
Staphylococcus aureus (met name MRSA): Gram-positieve bacterie die 7 dagen tot 7 maanden kan overleven. Deze bacterie komt voor op het huidoppervlak en is verantwoordelijk voor wondinfecties die kunnen leiden tot infecties van het zachte weefsel, het bloed en vitale organen (hart, longen)[2] .
Klebsiella pneumoniae: Gramnegatieve bacterie die enkele uren tot meer dan 30 maanden kan overleven. Deze bacterie kan verschillende plaatsen infecteren, met name de longen, de urinewegen, de bloedbaan en de hersenen[2] .
Enterobacter spp.: Gramnegatieve bacterie die urineweginfecties, wondinfecties na operaties en infecties in verband met medische hulpmiddelen kan veroorzaken.
Acinetobacter baumannii: Gram-negatieve bacterie die 3 dagen tot 5 maanden op droge oppervlakken overleeft. Deze bacterie infecteert patiënten met een ernstige immuundeficiëntie en kan luchtweg- en urineweginfecties veroorzaken; ze komt ook voor bij wondinfecties[2] .
Pseudomonas aeruginosa: Gram-negatieve bacterie die bij aanwezigheid van restvocht 6 uur tot 16 maanden en op een droog oppervlak 5 weken kan overleven. Deze bacterie kan infecties op verschillende plaatsen veroorzaken, met name aan de ogen, de huid, de longen en de urinewegen. De bacterie kan verantwoordelijk zijn voor beademingsgerelateerde longontsteking, urineweginfecties, bloedinfecties als gevolg van een centraal kathetergebruik en chirurgische infecties[2], [7] .

De menselijke factor en het ‘conditioning film’-effect

De verspreiding van biofilms en het falen van oppervlaktebehandelingen worden versterkt door biomechanische tekortkomingen tijdens de handmatige reinigingsfasen [10].

De technische veegbeweging van het ‘heen-en-weer’-type, in combinatie met een snelle verzadiging van de microvezels, leidt tot een fenomeen van kruisverspreiding: de bacteriën worden niet verwijderd, maar herverdeeld van zones met een hoge bacteriële belasting naar schone oppervlakken, waaronder de vingers van de persoon die de reiniging uitvoert[8] . Bovendien maken de werkritmes het vaak onmogelijk om de chemische inwerktijd in acht te nemen, waarvan de effectiviteit per product kan variëren van 1 minuut tot 1 uur, afhankelijk van de biociden en hun concentratie[9] .

Door deze onvolledige chemische inwerking wordt slechts een klein deel van de bacteriën vernietigd, waardoor hun celresten (lipiden, eiwitten) vrijkomen. Deze organische bestanddelen vormen een beschermende film die de overlevende bacteriën direct van voedingsstoffen voorziet[10], [11] .

Bibliografie:

[1] K. Huslage, W. A. Rutala, E. Sickbert-Bennett, and D. J. Weber, ‘A Quantitative Approach to Defining “High-Touch” Surfaces in Hospitals’, Infect. Control Hosp. Epidemiol., 2010, doi: 10.1086/655016.

[2] A. Kramer, I. Schwebke, and G. Kampf, ‘How Long do Nosocomial Pathogens Persist on Inanimate Surfaces? A Systematic Review’, BMC Infect. Dis., vol. 6, p. 130, Feb. 2006, doi: 10.1186/1471-2334-6-130.

[3] Société Française d’Hygiène Hospitalière (SFHH)., ‘Recommandations pour le bionettoyage des surfaces en milieu de soins.’ Hygiènes, XXIV(5)., 2016.

[4] K. Vickery, A. Deva, A. Jacombs, J. Allan, P. Valente, and I. B. Gosbell, ‘Presence of biofilm containing viable multiresistant organisms despite terminal cleaning on clinical surfaces in an intensive care unit’, J. Hosp. Infect., vol. 80, no. 1, pp. 52–55, Jan. 2012, doi: 10.1016/j.jhin.2011.07.007.

[5] D. M. Costa et al., ‘Biofilm contamination of high‐touched surfaces in intensive care units: epidemiology and potential impacts’, Lett. Appl. Microbiol., vol. 68, no. 4, pp. 269–276, Apr. 2019, doi: 10.1111/lam.13127.

[6] L. B. Rice, ‘Federal Funding for the Study of Antimicrobial Resistance in Nosocomial Pathogens: No ESKAPE’, J. Infect. Dis., vol. 197, no. 8, pp. 1079–1081, Apr. 2008, doi: 10.1086/533452.

[7] P. Venkateswaran et al., ‘Revisiting ESKAPE Pathogens: virulence, resistance, and combating strategies focusing on quorum sensing’, Front. Cell. Infect. Microbiol., vol. 13, Jun. 2023, doi: 10.3389/fcimb.2023.1159798.

[8] S. A. Sattar et al., ‘Transfer of bacteria from fabrics to hands and other fabrics: development and application of a quantitative method using Staphylococcus aureus as a model: BACTERIAL TRANSFER TO AND FROM FABRICS’, J. Appl. Microbiol., vol. 90, no. 6, pp. 962–970, Jun. 2001, doi: 10.1046/j.1365-2672.2001.01347.x.

[9] G. Kampf, ‘Efficacy of biocidal agents and disinfectants against the monkeypox virus and other orthopoxviruses’, J. Hosp. Infect., vol. 127, pp. 101–110, Sep. 2022, doi: 10.1016/j.jhin.2022.06.012.

[10] G. S. Lorite, C. M. Rodrigues, A. A. De Souza, C. Kranz, B. Mizaikoff, and M. A. Cotta, ‘The role of conditioning film formation and surface chemical changes on Xylella fastidiosa adhesion and biofilm evolution’, J. Colloid Interface Sci., vol. 359, no. 1, pp. 289–295, Jul. 2011, doi: 10.1016/j.jcis.2011.03.066.

[11] J. M. R. Moreira, L. C. Gomes, K. A. Whitehead, S. Lynch, L. A. Tetlow, and F. J. Mergulhão, ‘Effect of surface conditioning with cellular extracts on Escherichia coli adhesion and initial biofilm formation’, Food Bioprod. Process., vol. 104, pp. 1–12, Jul. 2017, doi: 10.1016/j.fbp.2017.03.008.

2.2 Secteur de l’agro-alimentaire

2.3 Secteur de l’élevage

2.4 Secteur des transports

En construction

Chapitre 3

3. De belangrijkste werkingsmechanismen van antibacteriële oppervlakken

Antibacteriële oplossingen die op materialen worden toegepast, kunnen worden ingedeeld op basis van verschillende werkingsmechanismen. In de praktijk combineren de meest veelbelovende oplossingen vaak meerdere mechanismen.

3.1 Anti-hechtingsoppervlakken

Antiaanhechtingsoppervlakken zijn bedoeld om de eerste stadia van kolonisatie te voorkomen. Ze beïnvloeden de interacties tussen bacteriën en het substraat: oppervlakte-energie, bevochtigbaarheid, elektrische lading, ruwheid, topografie, hydrofiliteit of de aanwezigheid van aangroeiwerende lagen. Superhydrofobe oppervlakken kunnen worden verkregen door een specifieke nano- of micrometrische structuur en een combinatie van hydrofobe middelen (fluorpolymeren, siliconen), waardoor een waterdruppel zich niet over het oppervlak kan verspreiden, wat voorkomt dat vloeibare bacteriële suspensies zich hechten. Ook oplossingen waarbij hydrofiele en elektrisch neutrale polymeren (zwitterionen, PEG) worden geënt, waardoor een dunne waterlaag op het oppervlak van het materiaal wordt vastgehouden, fungeren als een barrière die direct contact met het substraat voorkomt.

Deze aanpak is met name interessant wanneer men wil voorkomen dat werkzame stoffen in het milieu terechtkomen. Ze is ook relevant voor medische hulpmiddelen, oppervlakken die in contact komen met levensmiddelen en gebieden die aan strenge regelgeving onderworpen zijn. De grootste uitdaging is de duurzaamheid: een antikleefoppervlak moet zijn eigenschappen behouden na reiniging, slijtage, veroudering en blootstelling aan complexe omgevingen.

3.2 Bacteriedodende contactoppervlakken

Bacteriedodende contactoppervlakken doden of inactiveren bacteriën wanneer deze in contact komen met het „contact killing“-oppervlak. De mechanismen kunnen bestaan uit verstoring van het bacteriële membraan, elektrostatische interacties, de lokale productie van reactieve zuurstofsoorten of de werking van metaalionen.

Oppervlakken van koper, zilver, zink of met quaternaire ammoniumfuncties behoren tot deze categorie. Het voordeel hiervan is dat het herhaaldelijk gebruik van desinfectiemiddelen wordt beperkt. De beperkingen hebben betrekking op de werkingssnelheid, het werkingsspectrum, het behoud van de activiteit in aanwezigheid van organisch materiaal, mogelijke toxiciteit, slijtage en het regelgevingskader dat van toepassing is op de behandelde oppervlakken.

3.3.Oppervlakken met gecontroleerde afgifte

Sommige oppervlakken bevatten antibacteriële stoffen die geleidelijk of onder invloed van een prikkel kunnen vrijkomen: metaalionen, antiseptica, antibiotica, antimicrobiële peptiden, enzymen, fagen of bacteriolysinen.

Deze aanpak kan zeer doeltreffend zijn, met name voor medische hulpmiddelen, implantaten of oppervlakken die moeilijk te reinigen zijn. Er rijzen echter verschillende vragen: beheersing van de afgiftekinetiek, werkingsduur, lokale dosering, risico op toxiciteit, risico op resistentieontwikkeling, verenigbaarheid met de regelgeving en stabiliteit bij opslag of sterilisatie.

3.4 Fotoactiveerbare of fotokatalytische oppervlakken

Lagen op basis van oxiden, zoals TiO₂ of ZnO, kunnen reactieve species genereren in aanwezigheid van een lichtstimulus of afhankelijk van hun oppervlaktechemie. Deze species kunnen bacteriële membranen, eiwitten of DNA beschadigen.

Deze oplossingen zijn interessant voor oppervlakken die aan licht worden blootgesteld of voor omgevingen waar gecontroleerde activering mogelijk is. Ze moeten echter onder reële omstandigheden worden geëvalueerd: lichtintensiteit, vochtigheid, vervuiling, veroudering, veiligheid van de gebruikers en compatibiliteit met de dragermaterialen.

3.5 Texturering en topografische effecten

De topografie van een oppervlak beïnvloedt de bacteriële hechting. Micro- of nanotextureringen kunnen de bacteriële hechting verminderen, de vorming van biofilm verstoren of, als ze slecht ontworpen zijn, juist niches creëren die bevorderlijk zijn voor besmetting.

Lasertexturering is met name geschikt voor metalen, omdat hiermee de ruwheid, de bevochtigbaarheid en soms de oppervlaktechemie plaatselijk kunnen worden gewijzigd zonder dat er noodzakelijkerwijs vreemd materiaal hoeft te worden toegevoegd. Het kan ook worden gebruikt om reservoirs of structuren te creëren die de inbouw van werkzame stoffen met gecontroleerde afgifte bevorderen.

3.6 Antibacteriële biotechnologieën: fagen, enzymen en bacteriolysinen

Fagen en bacteriolysinen vormen een groep opkomende oplossingen. Fagen richten zich op specifieke bacteriën, terwijl bepaalde enzymen of eiwitten essentiële componenten van bacteriën of hun biofilmmatrix kunnen afbreken.

Deze oplossingen hebben het voordeel van een hoge specificiteit en een potentieel effect tegen problematische bacteriën. De integratie ervan op metalen oppervlakken vereist e echter milde omstandigheden, een stabilisatiestrategie, beheersing van de afgifte of immobilisatie, evenals een grondige beoordeling van de veiligheid en duurzaamheid.

4. Preventie of behandeling: welke strategie verdient de voorkeur?

Antibacteriële oplossingen kunnen vanuit twee invalshoeken worden benaderd: preventie of bestrijding.

Preventie bestaat uit het voorkomen of vertragen van bacteriële hechting, het beperken van de microbiële belasting, het voorkomen van biofilmvorming of het verminderen van het risico op kruisbesmetting. Dit is de strategie waar ANTIRESI de voorkeur aan geeft. Deze strategie sluit aan bij een One Health-benadering, omdat ze de afhankelijkheid van antibiotica vermindert, ingrijpende maatregelen beperkt en de reinigings- en desinfectieprotocollen aanvult.

Curatieve maatregelen worden genomen wanneer de besmetting zich al heeft gevestigd. Het kan gaan om intensieve desinfectie, chemische decontaminatie, oppervlaktebehandeling, vervanging van onderdelen of, in de medische sector, zelfs om een antibioticabehandeling of een nieuwe chirurgische ingreep. Deze oplossingen blijven in bepaalde gevallen noodzakelijk, maar zijn vaak duurder, ingrijpender en minder duurzaam.

In de industriële en collectieve sectoren komt de curatieve aanpak vaak neer op stillegging, grondige reiniging, vervanging van onderdelen of crisisbeheer. Bij implantaten kan de vorming van een biofilm leiden tot ernstige complicaties: langdurige behandeling, hersteloperaties, verwijdering van het implantaat of functieverlies. Vandaar het strategische belang van preventieve, robuuste en gevalideerde oppervlakken.

5. Beperkingen van conventionele oplossingen

De momenteel gebruikte oplossingen zijn grotendeels gebaseerd op vier categorieën: antibiotica, desinfectiemiddelen/biociden, metaalionen en reinigings- en desinfectieprotocollen.

Antibiotica zijn onmisbaar voor de behandeling van infecties, maar het gebruik ervan kan niet worden beschouwd als een strategie voor oppervlaktebeheer, aangezien is aangetoond dat het DNA van bepaalde bacteriestammen muteert om de resistentie tegen antibiotica te vergroten, waardoor de doeltreffendheid van deze behandelingen geleidelijk afneemt. Om deze reden moet het preventieve gebruik ervan streng gereguleerd blijven, met name om de selectie van resistenties te voorkomen.

Chemische desinfectiemiddelen, waaronder quaternaire ammoniumverbindingen, alcoholen, chloorhoudende oxidatiemiddelen, peroxiden of aldehyden, zijn essentieel voor hygiëneprotocollen. Ze hebben echter hun beperkingen: de doeltreffendheid hangt af van de contacttijd, de concentratie, de aanvankelijke reinheid, de temperatuur, de samenstelling en de naleving van het protocol. Herhaald gebruik ervan kan ook belastend zijn voor het personeel, de materialen en het milieu. Bovendien is de verwijdering van Small Colony Variants en biofilms niet altijd gegarandeerd.

Metaalionen zoals Ag, Cu of Zn worden gebruikt vanwege hun antimicrobiële eigenschappen. Ze kunnen worden geïntegreerd in coatings, legeringen, oxiden of polymere matrices. Ze bieden reële voordelen, maar bij de ontwikkeling ervan moet rekening worden gehouden met cytotoxiciteit, afgifte, ecotoxiciteit, kosten, de biocidenregelgeving en de duurzaamheid van het effect.

Het volgende hoofdstuk is specifiek gewijd aan de twee antimicrobiële middelen – koper en zilver – die in de industrie het meest worden gebruikt voor de ontwikkeling van oppervlakken met antimicrobiële eigenschappen.

5.1 Metallisch koper

Werkingsmechanismen

Koper werkt door middel van ‘contactkilling’ aan het oppervlak. Het lost op aan het uiterste oppervlak en veroorzaakt beschadigingen aan het celmembraan, waardoor dit scheurt. Dit leidt tot verlies van het membraanpotentieel en het weglekken van de cytoplasmatische inhoud. Koperionen zorgen voor de vorming van reactieve zuurstofsoorten, die extra celbeschadiging veroorzaken en het genomische en plasmide-DNA afbreken. Gramnegatieve bacteriën zijn gevoeliger voor de werking van koper dan grampositieve bacteriën [1].

Doeltreffendheid

De contacttijd die nodig is om bacteriën te elimineren, varieert naargelang de aard ervan en de bedrijfsomstandigheden: droge of vochtige omgeving. De contacttijden die een biocide- -effect mogelijk maken, variëren dus van enkele seconden tot meerdere dagen, afhankelijk van de testomstandigheden. In geen enkel geval bleek een stam in kweek volledig resistent te zijn tegen koper.

Ook neemt de contacttijd die nodig is om de bacteriepopulatie te verminderen toe naarmate het kopergehalte afneemt, waarbij de effectiviteit het grootst is bij zuiver koper. Een kopergehalte van minimaal 65% wordt daarom aanbevolen om binnen 2 uur een afname van de bacteriepopulatie van Staphylococcus aureus met 99,9% te garanderen [2]. De overlevingstijd van bacteriën op 99% massief koper bedraagt 1,5 uur en neemt af tot 3 uur en 4,5 uur voor koper met een kopergehalte van respectievelijk 80% en 55%. Er is echter aangetoond dat koper, in combinatie met bepaalde legeringselementen, zijn doeltreffendheid behoudt, zelfs als het kopergehalte lager is dan dat van zuiver koper [3]. Dit kan te maken hebben met het synergetische effect met de legeringselementen, zoals bijvoorbeeld nikkel, waardoor de oxidelaag (die ontstaat door veroudering van het oppervlak) actiever blijft [4].

Koper dat in een polymeermatrix is opgenomen, zal een verminderde werkzaamheid vertonen [1]. Deze waarnemingen kunnen echter variëren afhankelijk van de grootte van de koperdeeltjes. Wanneer deze namelijk micro- en nanometrische afmetingen bereiken, neemt het reactieve oppervlak aanzienlijk toe en wordt de werkzaamheid vertienvoudigd [5]. In deze situatie zijn de gehaltes aan deeltjesvormig koper veel lager dan in zuiver koper, maar de werkzaamheid neemt toe, met een afname van de bacteriële populatie en een snellere en ingrijpendere antivirale werking. Een concentratie van 2,5 tot 5% aan koper-nanodeeltjes kan voldoende zijn voor een significant antimicrobieel effect [6]. Bovendien maken de hoogste concentraties nanodeeltjes het mogelijk om bacteriële populaties effectief te verminderen en ook de omvang van biofilms te verkleinen [7].

Veroudering

De kwestie van de veroudering van koper door natuurlijke oxidatie en de inwerking van reinigingsmiddelen is aan de orde gesteld om te bepalen of de werking ervan na enkele maanden of jaren constant blijft. Sommige onderzoekers zijn van mening dat Cu₂O, dat zich onder omgevingsomstandigheden voornamelijk op koper vormt, even effectief is als zuiver koper bij het elimineren van bacteriën door contact; antimicrobiële voorwerpen behouden dus hun antimicrobiële eigenschappen, zelfs na de vorming van oxide [8]. Deze bevindingen zijn echter omstreden. Hoewel koperoxiden door oplossen ook koperionen kunnen afgeven en vergelijkbare antibacteriële mechanismen hebben als die van metalen koperoppervlakken, ongeacht hun oxidatietoestand (koperoxide (CuO) of koper(I)oxide (Cu₂O)), worden ze over het algemeen als minder effectief beschouwd dan zuiver koper [4], hoewel deze verschijnselen kunnen variëren afhankelijk van het type legering [3].

Conclusie over het gebruik van koper als antimicrobieel middel

Over het algemeen geldt voor massief koper dat een hoger kopergehalte, een grotere oppervlakteruwheid, fijnere microstructuren, vochtige of zure omgevingen, de toevoeging van reactieve legeringselementen en dunnere oxidelagen allemaal factoren zijn die een positieve correlatie vertonen met een versterkte antimicrobiële werking [5]. Daarnaast zijn er opkomende, meer kostenefficiënte oplossingen waarbij een klein percentage koper-nanodeeltjes in een matrix wordt opgenomen; deze garanderen een vergelijkbare antimicrobiële werkzaamheid dankzij het grotere actieve oppervlak dat in contact komt met de bacteriën. De productiemethoden voor het koper en de wijze van inbrenging hebben dus invloed op de werkzaamheid, en de oplossing moet in haar geheel worden beoordeeld.

5.2 Zilverdeeltjes

Zilver is een anorganisch antibacterieel middel dat in staat is talrijke soorten pathogene micro-organismen te elimineren.

Werkingsmechanismen

Het vermogen van zilver om in oplossing te ioniseren is de belangrijkste eigenschap die het zeer effectief maakt in de strijd tegen bacteriën, aangezien zilver begint op te lossen en te ioniseren wanneer het wordt blootgesteld aan water, lichaamsvloeistoffen of organisch weefsel. Een belangrijk voordeel is dat zilverionen relatief weinig toxisch zijn voor menselijke cellen, terwijl ze een negatief effect hebben op bacteriën en schimmels door een interactie aan te gaan met de celmembranen van bacteriën, waardoor de voortplanting van schadelijke bacteriën wordt geremd. De vernietiging van bacteriën vindt plaats wanneer de ionen zich afzetten in de celwanden van de bacteriën, waardoor de celstructuren worden beschadigd, met name de celwand, het cytoplasmamembraan en de inhoud van het membraan. Eenmaal in de cel binden de zilverionen zich aan DNA- en RNA-moleculen en bemoeilijken ze de celdeling [9].

Werkzaamheid

Zilvernanodeeltjes zijn al in zeer lage concentraties effectief en worden doorgaans in organische dragers verwerkt in hoeveelheden van enkele tienden tot enkele procenten van de massa. Verschillende aspecten beïnvloeden de werkzaamheid, zoals de grootte en de vorm van de deeltjes en de matrix waarin ze zijn ingebed [10]. Ook is aangetoond dat de antimicrobiële werkzaamheid afhangt van de oppervlaktelading van de zilvernanodeeltjes (Ag NP): positief geladen deeltjes vertonen namelijk een grotere antimicrobiële werkzaamheid dan negatief geladen deeltjes [11]. De toepassingsgebieden zijn zeer breed en gevarieerd en omvatten onder meer de behandeling van textiel, de maritieme sector, de agrovoedingssector, de opslag en het transport van drinkwater…

5.3 Op weg naar synergie?

Aanvankelijk werd aangenomen dat het verschil in antimicrobiële werking tussen zilvernanodeeltjes (Ag) en kopernanodeeltjes (Cu) afhing van de respectieve hoeveelheden vrijgekomen ionen, maar de activiteit van koper bleek groter te zijn dan die van zilver en bij een gelijke concentratie van nanodeeltjes vertonen de door de kopernanodeeltjes vrijgekomen ionen een hogere concentratie. De antimicrobiële werking van zilvernanodeeltjes bleek echter sterker te zijn dan die van kopernanodeeltjes, wat erop wijst dat zilverionen effectiever zijn dan koperionen wat betreft antimicrobiële werking. Zilvernanodeeltjes (Ag) vertonen ook een breder antimicrobieel werkingsspectrum tegen diverse stammen van E. coli en S. aureus, evenals tegen schimmels. Er is gesuggereerd dat de aanwezigheid van een oxidelaag op het oppervlak van kopernanodeeltjes (Cu) de reden is waarom de antimicrobiële werking daarvan minder is dan die van zilvernanodeeltjes (Ag) [11].

De combinatie van beide antimicrobiële middelen: Mengsels van zilver- en koper-nanodeeltjes vertonen betere antimicrobiële eigenschappen dan zilver- of koper-nanodeeltjes afzonderlijk, wat wijst op het bestaan van een synergetisch antimicrobieel effect. Hoewel de werkingsmechanismen van deze synergieën nog onbekend zijn, is aangetoond dat de antimicrobiële werkzaamheid de volgende volgorde vertoont: zilvernanodeeltjes (Ag) ≈ kopernanodeeltjes (Cu) < gemengde Ag–Cu-nanodeeltjes < AgCu-nano-legeringen [11].

Bibliografie

[1] E. A. Bryce et al., ‘In vitro evaluation of antimicrobial efficacy and durability of three copper surfaces used in healthcare’, Biointerphases, vol. 15, no. 1, p. 011005, Jan. 2020, doi: 10.1116/1.5134676.

[2] J. Konieczny and Z. Rdzawski, ‘Antibacterial properties of copper and its alloys’, Arch. Mater. Sci. Eng., vol. 56, pp. 53–60, Aug. 2012.

[3] H. T. Michels and D. G. Anderson, ‘Antimicrobial regulatory efficacy testing of Solid Copper Alloy Surfaces in the USA’.

[4] J. Luo, A. Ahmed, J.-F. Pierson, and F. Mücklich, ‘Tailor the antibacterial efficiency of copper alloys by oxidation: when to and when not to’, J. Mater. Sci., vol. 57, no. 5, pp. 3807–3821, Feb. 2022, doi: 10.1007/s10853-022-06879-5.

[5] Y. Wang et al., ‘Engineering copper and copper-based materials for a post-antibiotic era’, Front. Bioeng. Biotechnol., vol. 13, p. 1644362, Aug. 2025, doi: 10.3389/fbioe.2025.1644362.

[6] N. Jardón-Maximino et al., ‘Antimicrobial Property of Polypropylene Composites and Functionalized Copper Nanoparticles’, Polymers, vol. 13, no. 11, p. 1694, Jan. 2021, doi: 10.3390/polym13111694.

[7] M. H. Siddique et al., ‘Biofabrication of copper oxide nanoparticles using Dalbergia sisso leaf extract for antibacterial, antibiofilm and antioxidant activities’, Sci. Rep., vol. 14, no. 1, p. 31867, Dec. 2024, doi: 10.1038/s41598-024-83199-5.

[8] M. Hans, A. Erbe, S. Mathews, Y. Chen, M. Solioz, and F. Mücklich, ‘Role of Copper Oxides in Contact Killing of Bacteria’, Langmuir, vol. 29, no. 52, pp. 16160–16166, Dec. 2013, doi: 10.1021/la404091z.

[9] D. Safwat, R. Abd El-Baky, T. Sandle, S. Mandour, and E. Farouk Ahmed, ‘Antimicrobial Activity of Silver-Treated Bacteria against Other Multi-Drug Resistant Pathogens in Their Environment’, Antibiotics, vol. 9, p. 181, Apr. 2020, doi: 10.3390/antibiotics9040181.

[10] E. Dube and G. E. Okuthe, ‘Silver Nanoparticle-Based Antimicrobial Coatings: Sustainable Strategies for Microbial Contamination Control’, Microbiol. Res., vol. 16, no. 6, p. 110, Jun. 2025, doi: 10.3390/microbiolres16060110.

[11] X. Fan, L. Yahia, and E. Sacher, ‘Antimicrobial Properties of the Ag, Cu Nanoparticle System’, Biology, vol. 10, no. 2, p. 137, Feb. 2021, doi: 10.3390/biology10020137. [11] X. Fan, L. Yahia en E. Sacher, ‘Antimicrobiële eigenschappen van het Ag- en Cu-nanodeeltjessysteem’, Biology, vol. 10, nr. 2, p. 137, feb. 2021, doi: 10.3390/biology10020137.

6. Ontwikkeling van innovatieve oplossingen

6.1 Zinkoxide

Verharding van ZnO-lagen door middel van laserbestraling

Deze oplossing is gebaseerd op de vorming van een antibacteriële coating op basis van zinkoxide (ZnO) op verschillende substraten, door het combineren van een airbrush-achtige spuitdepositie met selectieve consolidatie door middel van een laser (zie onderstaande afbeelding).

Chapitre 4

Chapitre 5

Chapitre 6

Het principe bestaat erin ZnO-poeder in een vluchtig oplosmiddel, bijvoorbeeld isopropanol, in suspensie te brengen en deze suspensie vervolgens met behulp van een airbrush-systeem op het oppervlak van het substraat aan te brengen. Nadat het oplosmiddel is verdampt, blijft er een ZnO-laag op het oppervlak achter. Deze laag wordt vervolgens plaatselijk gefixeerd door middel van laserbestraling met behulp van het Pecker LP5-systeem, om de ZnO-deeltjes selectief te sinteren en aan het materiaal te verankeren. Dit proces kan plaatselijke functionele oppervlakken opleveren, met een beperkt verbruik van actief materiaal en een zekere flexibiliteit ten aanzien van de substraten.

Werkingsprincipe

De beoogde methode bestaat uit vier stappen:

bereiding van een suspensie van ZnO-poeder in een oplosmiddel zoals isopropanol
het homogeen of plaatselijk aanbrengen van de suspensie met een airbrush
verdamping van het oplosmiddel en vorming van een deeltjeslaag van ZnO
selectieve laserbewerking om de laag te verstevigen, te sinteren of aan het oppervlak te verankeren.

De laser veroorzaakt een lokale en snelle temperatuurstijging, die voldoende is om de cohesie tussen de ZnO-deeltjes en/of hun hechting aan het substraat te verbeteren, zonder dat het gehele werkstuk hoeft te worden verwarmd. Afhankelijk van de gebruikte parameters kan het beoogde effect variëren van een eenvoudige oppervlakteversterking tot een gedeeltelijke verdichting van de laag.

De kritische parameters zijn:

de grootte en morfologie van de ZnO-poeders;
de concentratie van de suspensie;
de stabiliteit van de suspensie in isopropanol;
de met de airbrush aangebrachte dikte;
het aantal afzettingslagen;
de ruwheid en de oorspronkelijke chemische samenstelling van het substraat;
het laservermogen;
de scansnelheid;
het aantal lasergangen;
de brandpuntsafstand;
de behandelingsatmosfeer;
de thermische compatibiliteit van het substraat.

Antibacteriële werkingsmechanismen

De antibacteriële werking van ZnO wordt toegeschreven aan verschillende, elkaar aanvullende mechanismen.

Het eerste mechanisme is de productie van reactieve zuurstofsoorten, zoals hydroxylradicalen, superoxide-ionen of waterstofperoxide. Deze soorten kunnen oxidatieve stress veroorzaken bij bacteriën en de membranen, eiwitten of nucleïnezuren beschadigen.
Het tweede mechanisme houdt verband met de beperkte afgifte van Zn²⁺-ionen. Deze ionen kunnen bepaalde bacteriële functies verstoren, met name op enzymatisch of membraanniveau. De afgifte moet echter onder controle blijven om een snel verlies aan activiteit of een risico op cytotoxiciteit of ecotoxiciteit te voorkomen.
Het derde mechanisme betreft de directe interactie tussen de ZnO-deeltjes of het ZnO-oppervlak en de bacteriële celwand. Een ruw of nanogestructureerd oppervlak kan het lokale contact met de bacteriën vergroten en bijdragen aan een verstoring van het membraan. De ZnO-laag kan echter de topografie, de ruwheid, de oppervlakte-energie en de bevochtigbaarheid van het substraat wijzigen. Deze parameters kunnen de initiële bacteriële hechting en de daaropvolgende vorming van de biofilm beïnvloeden.

Toepassingsgebied van het proces

ZnO wordt onderzocht op zijn werking tegen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën. In het kader van ANTIRESI zouden de bacteriële modellen kunnen worden gekozen op basis van de toepassingsgebieden:

Staphylococcus aureus en Staphylococcus epidermidis voor biomedische toepassingen, medische hulpmiddelen, implantaten of oppervlakken in de gezondheidszorg;
Escherichia coli, Salmonella, Listeria monocytogenes of Pseudomonas aeruginosa voor toepassingen in de agrovoedingssector, de industrie of in vochtige omgevingen;
Pseudomonas aeruginosa en gemengde biofilmmodellen voor omgevingen die sterk aan vocht worden blootgesteld;
monsters die representatief zijn voor de kweek- of transportomgevingen voor de gedefinieerde demonstratiemodellen.

De voorgestelde oplossing is bedoeld voor metalen, keramische of glazen substraten. Voor polymeren en textiel moet de aanpak worden aangepast, omdat consolidatie door middel van lasersinteren kan leiden tot vervorming, smelten of thermische aantasting van de drager.

Voordelen van de airbrush-plus-laser-aanpak

Deze aanpak biedt verschillende potentiële voordelen:

een relatief eenvoudig en goedkoop proces voor het aanbrengen van een functioneel poeder;
gebruik van een vluchtig oplosmiddel, isopropanol, waardoor verdamping na het aanbrengen wordt vergemakkelijkt;
mogelijkheid om zowel vlakke als complexe oppervlakken te bewerken dankzij het geautomatiseerde „5-assige“ systeem dat bij het CRIBC is ontwikkeld;
mogelijkheid om de hoeveelheid aangebracht ZnO te variëren door de concentratie van de suspensie en het aantal doorgangen;
plaatselijke consolidatie dankzij de laser;
beperking van de algehele opwarming van het werkstuk in vergelijking met een conventionele warmtebehandeling;
mogelijkheid om patronen, actieve zones of behandelingsgradiënten te creëren;
de mogelijkheid om het chemische effect van ZnO te combineren met een topografisch effect dat verband houdt met de deeltjeslaag;
interessant proces om snel demonstratiemodellen te produceren in het kader van het project.

Beperkingen, beperkende factoren en aandachtspunten

Verschillende beperkingen moeten experimenteel worden geëvalueerd.

Hechting van de laag: een afzetting van poeder met een airbrush alleen is kwetsbaar en moet aan het substraat worden 'verankerd'. De laserbehandeling moet de hechting tussen de ZnO-laag en het oppervlak van de drager verbeteren.
Homogeniteit van de afzetting: de stabiliteit van de ZnO/isopropanol-suspensie, de dispersie van de deeltjes, de spuitafstand, de druk, het debiet en het aantal passages zullen een belangrijke invloed hebben op de dikte en de gelijkmatigheid van de laag.
Beheersing van de laserbehandeling: een te lage energie kan de laag onvoldoende verstevigen. Een te hoge energie kan leiden tot scheurvorming, overmatige verdichting, een faseverandering, verlies van specifiek oppervlak, gedeeltelijke ablatie van de afzetting of aantasting van het substraat.
Duurzaamheid: de laag moet bestand zijn tegen wrijving, reiniging, desinfectiemiddelen, veroudering, vocht en eventueel sterilisatie, afhankelijk van de toepassing.
Veiligheid: er moet worden gecontroleerd op het vrijkomen van zink, de cytocompatibiliteit voor biomedische toepassingen, de compatibiliteit met contact met levensmiddelen indien dit de beoogde toepassing is, en de afwezigheid van loskomende deeltjes onder gebruiksomstandigheden.

Karakteriseringen

Om de oplossing te valideren, zijn verschillende karakteriseringen nodig:

SEM-observatie van de oppervlaktemorfologie vóór en na de laserbehandeling;
EDX-kaart van zink en zuurstof;
ruwheidsmeting;
meting van de bevochtigbaarheid;
faseanalyse door middel van röntgendiffractie, indien mogelijk;
hechtings- of wrijvingsweerstandstest;
simulatie van slijtage- of reinigingstests;
meting van Zn²⁺-afgifte in een waterig of representatief medium;
antibacteriële evaluatie op planktonbacteriën, initiële hechting en biofilm;
vergelijking vóór en na veroudering;
cytocompatibiliteit indien het substraat bestemd is voor een biomedische toepassing.

Literatuurverwijzingen

Sirelkhatim, A. et al. Review on Zinc Oxide Nanoparticles: Antibacterial Activity and Toxicity Mechanism. Nano-Micro Letters, 2015, 7, 219–242 - https://doi.org/10.1007/s40820-015-0040-x

Puspasari, V. et al. ZnO-based antimicrobial coatings for biomedical applications. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2022, 45, 1421–1445 - https://doi.org/10.1007/s00449-022-02733-9

Zubair N. et al. Morphology dependent antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles against clinically relevant bacteria. Scientific Reports, 2025, 15, 45186 - https://doi.org/10.1038/s41598-025-29075-2

Nan J. et al. Research on the antibacterial properties of nanoscale zinc oxide particles comprehensive review. Frontiers in Materials, 2024, 11 – 1449614 – https://doi.org/10.3389/fmats.2024.1449614

Babayevska N. ZnO size and shape effect on antibacterial activity and cytotoxicity profile. Scientific Reports, 2022, 12-8148 – https://doi.org/10.1038/s41598-022.12134-3

Rosai Mendes C. et al. Antibacterial action and target mechanisms of Zinc oxide nanoparticles against bacterial pathogens. Scientific Reports, 2022, 12-2658 – https://doi.org/10.1038/s441598-022-06657-y

Contact:

De heer Stéphane Hocquet
CRIBC
UMONS
https://bcrc.be/

6.2 Zinkoxide + titaandioxide

Milieuvriendelijke processen voor de ontwikkeling van duurzame beschermende coatings met antibacteriële en zelfreinigende eigenschappen

Deze oplossing betreft een procédé voor het aanbrengen van ultradunne (minder dan een micron) permanente coatings met een sterk bacteriedodend vermogen, die op diverse harde of flexibele materialen kunnen worden aangebracht. Dit meerstapsproces verbruikt weinig energie (maximaal 100 °C per stap) en is niet giftig, aangezien het plaatsvindt in een water-alcoholmengsel.

De methode is gebaseerd op de vorming en duurzame hechting van lagen zinkoxide (ZnO) en titaandioxide (TiO₂) die op het oppervlak van diverse te beschermen voorwerpen kunnen worden aangebracht. Deze lagen worden verkregen door middel van dompel-, verwijderings- en droogprocessen in geschikte actieve oplossingen. De ontwikkelde actieve oplossingen (gels met lage viscositeit) maken het mogelijk om onderdelen met complexe vormen onder te dompelen. Bovendien zorgt het in zinkzouten rijke dompelbad voor een gecontroleerde kristalgroei in de vorm van ZnO-naalden op het te beschermen oppervlak. Elke gekozen afzetting wordt aangebracht door middel van verticaal onderdompelen en eruit halen (dip-coating) in een actieve oplossing, ongeacht het te bedekken voorwerp. De gekozen techniek leent zich goed voor toepassing op industriële schaal, waar automatisering vereist is om reproduceerbare oppervlaktebehandelingen in een dompelbak uit te voeren.

Werkingsmechanismen

De ontwikkelde coating op basis van zinkoxide is zowel antibacterieel (zelfs in het donker) als zelfreinigend bij blootstelling aan licht, dankzij de fotokatalytische werking (breekt vervuiling af).

Beoogde toepassingsgebieden

Textiel: De bijgevoegde foto is een vergroting (700.000x) van de op ZnO gebaseerde coating die is aangebracht op het oppervlak van een polyamide textiel. De naaldachtige structuur (of zee-egelvorm) v e deze micrometrische coating is sterk antibacterieel en zeer hydrofoob dankzij de structuur die lijkt op het oppervlak van een lotusblad.

Ziekenhuis: Een proces dat potentieel toepasbaar is op alle gangbare medische apparatuur (ballonkatheters, infuuspompen…) van polymeer, ongeacht of deze hittebestendig of hittegevoelig is. De coating is bedoeld als alternatief voor de huidige sterilisatiemethoden (warmte, gas, ioniserende straling), die te incidenteel zijn en niet altijd volstaan om microbiële besmetting bij patiënten op langere termijn te voorkomen.

Milieu: Zuivering van lucht en water; afbraak van onaangename geuren en organisch vuil bij contact met de coating.

Voordelen: Een effectieve coating, zowel in water als in de lucht. De coating is bestand tegen aanraking, chemische stoffen en gangbare reinigingsmiddelen. Dit proces is potentieel op industriële schaal toepasbaar en kan worden toegepast op diverse voorwerpen en materialen: polymeren, textiel, metalen, composietmaterialen en glas. De grootte van het te beschermen voorwerp wordt alleen beperkt door de grootte van de gebruikte dompelbak.

Vereiste bevochtigbaarheid van het te beschermen oppervlak: Deze coating hecht niet gemakkelijk op zeer hydrofobe organische oppervlakken. In dat geval moet het textiel vooraf worden voorbehandeld met een hechtgel op basis van polysiloxaan. Deze wordt indien nodig aangebracht om het toepassingsgebied uit te breiden naar alle soorten materialen. Een plasmabehandeling kan eventueel in de plaats komen van deze chemische voorbehandeling.

Contact:

Prof. Philippe Champagne
CERAMATH
https://www.uphf.fr/ceramaths

6.3 Antibacteriële textiel

Antibacteriële textielcoatings ter bestrijding van antimicrobiële resistentie

Centexbel ontwikkelt functionele antibacteriële textielcoatings op basis van de integratie van met metalen gedoteerde antimicrobiële calciumfosfaatdeeltjes (CaP) in textieloppervlakken. Daarnaast worden ook minder traditionele of biologische additieven getest, zoals chitosan. Deze additieven worden op de weefsels aangebracht met behulp van industrieel relevante textielafwerkingstechnieken, zoals coating, padding of andere textielapplicatieprocessen. Verschillende aanbrengmethoden worden geëvalueerd om de prestaties, de duurzaamheid en de compatibiliteit met de textielproductie te optimaliseren.

Werkingsprincipe

De antibacteriële additieven worden aan het oppervlak van het textiel gebonden, waar ze de bacteriegroei remmen wanneer micro-organismen in contact komen met de stof. Aangezien de werkzame stoffen aan het textiel zijn gebonden, kan de coating een duurzame antibacteriële bescherming bieden met behoud van de soepelheid en functionaliteit van de stof. Via laboratoriumtests kan de antibacteriële werkzaamheid worden beoordeeld en kunnen de prestaties worden vergeleken met die van in de handel verkrijgbare antibacteriële behandelingen voor textiel.

Toepassingen

Deze technologie kan worden toegepast op een breed scala aan textielproducten, waaronder:

Medische en gezondheidsgerelateerde textielproducten
Beschermende kleding
Interieurs van het openbaar vervoer
Textieloppervlakken die vaak worden aangeraakt
Technische textielsoorten die worden gebruikt in omgevingen waar hygiëne van cruciaal belang is

Deze toepassingen zijn met name relevant wanneer het terugdringen van bacteriële besmetting kan bijdragen aan een betere hygiëne en het verminderen van het infectierisico.

Voordelen

De voorgestelde oplossing biedt verschillende potentiële voordelen:

Een antibacteriële werking zonder de basisstructuur van het textiel te wijzigen.
Compatibiliteit met bestaande textielafwerkingsprocessen.
Toepasbaar op een breed scala aan textielsubstraten.
Potentieel voor duurzame antibacteriële prestaties dankzij oppervlaktefunctionalisering.
Mogelijkheid om de samenstelling aan te passen aan de beoogde toepassing.

Beperkingen en uitdagingen

Zoals bij elke antibacteriële oppervlaktetechnologie blijven er verschillende uitdagingen bestaan:

De duurzaamheid op lange termijn na wasbeurten, slijtage of herhaald gebruik moet worden geëvalueerd.
Het antibacteriële effect kan variëren afhankelijk van het type textiel en de toepassing.
De wettelijke vereisten met betrekking tot antimicrobiële producten kunnen de toepassing ervan beïnvloeden.
Voor grootschalige industriële toepassing moet rekening worden gehouden met de kosten-batenverhouding.

Om deze redenen combineert ANTIRESI de ontwikkeling van materialen met grondige tests en gedetailleerde karakterisering om de meest effectieve en praktische oplossingen te identificeren.

Literatuurverwijzingen

Gulati, R., Sharma, S. & Sharma, R.K. Antimicrobial textile: recent developments and functional perspective. Polym. Bull. 79, 5747–5771 (2022). https://doi.org/10.1007/s00289-021-03826-3

Schneider G, Vieira LG, Carvalho HEF, Sousa ÁFL, Watanabe E, Andrade D en Silveira RCCP (2023) Textiel geïmpregneerd met antimicrobiële stoffen in de gezondheidszorg: systematisch overzicht. Front. Public Health 11:1130829. doi: 10.3389/fpubh.2023.1130829

Contact

De heer Stijn Van Vrekhem
Centexbell
https://www.centexbel.be

6.4 Chitosan

Chitosan staat bekend om zijn krachtige antimicrobiële eigenschappen, waardoor het een breed spectrum aan micro-organismen effectief kan bestrijden, waaronder bacteriën, gisten, schimmels en zelfs bepaalde virussen. Deze werking is des te interessanter omdat ze berust op verschillende werkingsmechanismen, wat chitosan bijzonder veelzijdig maakt.

Werkingsmechanismen

Interactie met het celmembraan: Een van de belangrijkste werkingsmechanismen van chitosan is het vermogen om een interactie aan te gaan met het celmembraan van bacteriën. Door de positieve lading van chitosan (als gevolg van de vrije aminegroepen) kan het zich gemakkelijk binden aan de negatief geladen componenten van het bacteriële membraan. Deze interactie verstoort de integriteit van het membraan, waardoor de doorlaatbaarheid ervan verandert en de intracellulaire inhoud kan weglekken, wat leidt tot de dood van de bacteriële cel. Dit mechanisme is bijzonder effectief tegen zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën.

Remming van DNA-replicatie en eiwitsynthese: Chitosan heeft ook het vermogen om zich te binden aan bacterieel DNA, waardoor de replicatie ervan wordt verhinderd. Door de transcriptie- en translatieprocessen te verstoren, remt chitosan de synthese van eiwitten die nodig zijn voor het overleven en de vermenigvuldiging van bacteriën. Dit mechanisme vormt een aanvulling op de werking op het celmembraan en draagt zo bij aan een algeheel antimicrobieel effect. Bovendien kan de verstoring van het bacteriële DNA vitale processen zoals celherstel remmen, waardoor de bacteriën kwetsbaarder worden voor behandelingen.

Chelatie van essentiële metalen: Een ander antimicrobieel mechanisme is het vermogen om bepaalde essentiële metalen zoals ijzer (Fe²⁺), koper (Cu²⁺) en zink (Zn²⁺) te cheleren (te binden). Deze metalen zijn noodzakelijk voor de groei en vermenigvuldiging van bacteriën. Door deze metalen te binden, ontneemt chitosan de bacteriën deze essentiële elementen, waardoor hun stofwisseling wordt vertraagd en hun verspreiding wordt geremd. Dit mechanisme is bijzonder belangrijk omdat het bijdraagt aan het verminderen van bacteriële resistentie, door te voorkomen dat bacteriën deze metalen kunnen gebruiken.

Productie

Chitosan kan op een oppervlak worden aangebracht of door middel van dip-coating worden geïmpregneerd en vervolgens worden gedroogd om een dunne film te vormen. Ook is het mogelijk om structuren te printen met 3D-printers die geschikt zijn voor bioprinting. Er bestaan twee complementaire benaderingen

Direct printen van een chitosan-hydrogel-scaffold: bij deze methode wordt een structuur geprint die volledig uit chitosan in de vorm van een hydrogel bestaat. Om een stabiele extrusie en een goede vormnauwkeurigheid te garanderen, worden de viscositeitsparameters van de oplossing en de mate van verknoping geoptimaliseerd.
Het printen van een polymeerskelet, gevolgd door het vullen met chitosan-hydrogel (IPF-techniek – „Injection Pore Filling”): deze hybride aanpak is gebaseerd op het vooraf printen van een stijf en poreus skelet, dat als mechanische ondersteuning dient. De poriën van deze structuur worden vervolgens op gecontroleerde wijze gevuld met een chitosan-hydrogel. Dit proces maakt het mogelijk om zowel te profiteren van de mechanische sterkte van het harde polymeer als van de bioactieve eigenschappen van chitosan.

Toepassingen

Er tekenen zich verschillende toepassingsmogelijkheden af voor het gebruik van chitosan, met name in de medische sector, maar ook in de agrovoedingssector:

Huidvervangers en verbanden voor ernstige brandwonden
Antimicrobiële coatings voor medische implantaten
Actieve voedselverpakkingen om de houdbaarheid te verlengen
Scaffolds voor botregeneratie ter behandeling van kritieke botdefecten

Optimalisatiestrategieën

Om de natuurlijke antimicrobiële werking van chitosan te versterken, is het interessant om chitosan te combineren met andere antimicrobiële middelen om een synergie te creëren, bijvoorbeeld door de toevoeging van zilvernanodeeltjes.

Bibliografie:

Yilmaz Atay H. Antibacterial Activity of Chitosan-Based Systems. Functional Chitosan. 6 maart 2020:457–89. doi: 10.1007/978-981-15-0263-7_15. PMCID: PMC7114974.

Contact:

Mevrouw Clémence Demangel en de heer Mohamed Boudifa
CRITT Matériaux Innovation
https://critt-mi.com/

6.5 Gedoteerd calciumfosfaat

Antimicrobiële strategieën op basis van CaP in het CERAMATHS-laboratorium

Calciumfosfaatcoatings worden vaak gebruikt om botgroei rond orthopedische implantaten te bevorderen. Door deze keramische materialen te doteren, kunnen antimicrobiële eigenschappen worden toegevoegd, wat een alternatief biedt voor antibiotica:

Gezien de toenemende resistentie tegen antibiotica ontwikkelt het CERAMATH-laboratorium antimicrobiële biomaterialen op basis van calciumfosfaat (CaP) — een verbinding die van nature in bot voorkomt, biocompatibel is en botregeneratie bevordert — om infecties op de implantatieplaats te voorkomen, zonder systemische antibioticabehandeling.

Drie strategieën om deze materialen antimicrobieel te maken:

Ionische dotering: zilverionen (Ag⁺) of koperionen (Cu²⁺) worden tijdens de synthese in de structuur van het CaP geïntegreerd en komen geleidelijk vrij bij contact met biologische vloeistoffen.
Oppervlakteadsorptie: actieve moleculen (antimicrobiële peptiden of bacteriofagen*) worden rechtstreeks op het oppervlak van het materiaal aangebracht.
Polymeerinkapseling: de werkzame stoffen worden ingesloten in een hydrogel (bijv. alginaat) die de afgifte ervan in de tijd regelt.

Deze benaderingen zorgen voor een plaatselijke werking, verminderde systemische toxiciteit en een betere stabiliteit van kwetsbare moleculen. Elke formulering vereist echter een specifieke optimalisatie en experimentele validatie.

* Bacteriofagen zijn virussen die zich richten op bacteriën zonder menselijke cellen aan te tasten.

Literatuurverwijzingen:

Gulati, R., Sharma, S. & Sharma, R.K. Antimicrobial textile: recent developments and functional perspective. Polym. Bull. 79, 5747–5771 (2022). https://doi.org/10.1007/s00289-021-03826-3

Schneider G, Vieira LG, Carvalho HEF, Sousa ÁFL, Watanabe E, Andrade D and Silveira RCCP (2023) Textiles impregnated with antimicrobial substances in healthcare services: systematic review. Front. Public Health 11:1130829. doi: 10.3389/fpubh.2023.1130829

Contact:

Mevrouw Edwige Meurice
CERAMATHS
https://www.uphf.fr/ceramaths

6.6 Gedoteerde hydrogels

Gedoteerde hydrogels kunnen worden gebruikt als coating of als injecteerbare biomaterialen. Hoewel deze oplossing verschilt van antimicrobiële oppervlakken, draagt ze in dit geval bij aan de bestrijding van antibioticaresistentie.

Innovatieve injecteerbare biomaterialen om infecties te bestrijden en weefselherstel te bevorderen

Tot de beschikbare innovaties behoren injecteerbare hydrogels, flexibele materialen die een grote hoeveelheid water bevatten en waarvan de eigenschappen vergelijkbaar zijn met die van biologisch weefsel (1). Eenmaal in het lichaam geïnjecteerd, vormen deze hydrogels een stabiele structuur die weefselherstel ondersteunt en tegelijkertijd dient als platform voor de integratie van antibacteriële functies (2).

Een eenvoudige, injecteerbare en biocompatibele technologie

Onderzoekers van het SYMBIOSE-laboratorium van de Universiteit van MONS in België hebben een hydrogel ontwikkeld op basis van visgelatine, een natuurlijk, biocompatibel en biologisch afbreekbaar biomateriaal. De gel stolt dankzij een enzym dat microbiële transglutaminase wordt genoemd en dat als een ‘biologische lijm’ fungeert door de gelatinemoleculen met elkaar te verbinden.

In tegenstelling tot bepaalde technologieën die blootstelling aan UV-licht of het gebruik van potentieel giftige chemische verbindingen vereisen, is deze aanpak gebaseerd op een milde enzymatische reactie die plaatsvindt bij fysiologische temperatuur (ongeveer 37 °C). Het materiaal kan zo in vloeibare vorm worden geïnjecteerd, waarna het zich snel omzet in een stabiele gel, direct op de te behandelen plek.

Hoe werkt deze hydrogel?

De hydrogel vervult tegelijkertijd meerdere functies. Ten eerste vormt hij een fysieke drager die de hechting, migratie en groei bevordert van cellen die betrokken zijn bij weefselherstel. Zijn waterrijke driedimensionale structuur bootst een omgeving na die sterk lijkt op die welke de cellen van nature in het lichaam aantreffen.

Ten tweede kan de samenstelling ervan worden aangepast om antibacteriële middelen of specifieke nanodeeltjes toe te voegen die de bacteriële groei op de behandelde plaats kunnen beperken. Deze aanpak maakt het mogelijk om lokaal in te grijpen op de plek waar het infectierisico het grootst is, terwijl het gebruik van antibiotica die in het hele lichaam worden toegediend, wordt beperkt.

Ten slotte kunnen de mechanische eigenschappen van de gel naar behoefte worden aangepast om het gedrag ervan voor verschillende klinische toepassingen te optimaliseren.

Wat zijn de voordelen?

Eenvoudig productieproces zonder UV-bestraling;
Injecteerbaar materiaal dat minimaal invasieve ingrepen mogelijk maakt;
Uitstekende biocompatibiliteit dankzij het gebruik van componenten van natuurlijke oorsprong;
Mogelijkheid om de stijfheid, stabiliteit en afbraak van de gel aan te passen aan de beoogde toepassing;
Mogelijkheid tot integratie van antibacteriële functies en systemen voor de afgifte van therapeutische moleculen;
Potentieel om infecties in verband met implantaten en medische hulpmiddelen te verminderen;
Veelzijdig platform dat kan worden aangepast voor verschillende medische indicaties.

Beoogde toepassingen

Op termijn zouden deze hydrogels in talrijke medische domeinen kunnen worden ingezet, met name voor:

Het voorkomen van infecties die verband houden met orthopedische of tandheelkundige implantaten;
Botregeneratie na een breuk of operatie;
De regeneratie van beschadigd weefsel;
De lokale toediening van geneesmiddelen of therapeutische moleculen;
De ontwikkeling van een nieuwe generatie antibacteriële biomaterialen.

Uitdagingen en vooruitzichten

Er moeten nog verschillende wetenschappelijke uitdagingen worden overwonnen voordat het materiaal op grote schaal klinisch kan worden toegepast. De volgende stappen van het project bestaan uit het versterken van de eigenschappen van het materiaal door er nanodeeltjes in op te nemen die de minerale samenstelling van bot nabootsen, en tegelijkertijd krachtigere antibacteriële eigenschappen te ontwikkelen. Deze nieuwe formuleringen zullen vervolgens in het laboratorium en daarna in preklinische modellen worden geëvalueerd om hun doeltreffendheid en veiligheid te bevestigen.

De onderzoekers van de UMONS werken ook aan het optimaliseren van de stabiliteit van het materiaal, de afbraaksnelheid ervan en de doeltreffendheid tegen verschillende bacteriesoorten. Deze nieuwe formuleringen zullen in het laboratorium en vervolgens in preklinische modellen worden geëvalueerd om hun doeltreffendheid en veiligheid te bevestigen.

Uiteindelijk is het doel om te beschikken over een injecteerbaar biomateriaal dat weefselherstel kan combineren met infectiepreventie en een vermindering van het gebruik van antibiotica, en zo bij te dragen aan het aanpakken van een van de grootste uitdagingen voor de volksgezondheid van de 21e eeuw: de strijd tegen antibioticaresistentie.

Bibliografische referenties:

Luciano, Marine, en Sylvain Gabriele. „Designing hydrogel dimensionality to investigate mechanobiology.” Soft Matter 21.23 (2025): 4551-4572.
Atwal, Arjan, et al. "Injectable gelatin/hyaluronic acid hydrogels incorporating oxidized alginate microparticles for controlled delivery of platelet-derived factors in cartilage regeneration." Carbohydrate Polymers (2026): 125081.

Contact:

Dr. Amandine Deridoux – Prof. Sylvain Gabriele
Laboratorium SYMBIOSE
Universiteit van Bergen – UMONS
https://www.symbioselab.com

6.7 Endolysines

Endolysines: veelzijdige biologische oplossingen afkomstig uit levende organismen

Endolysines zijn enzymen afkomstig van bacteriofagen, virussen die zich specifiek op bacteriën richten. Ze breken de bacteriële celwand af, waardoor de doelcellen snel worden vernietigd [1,2].

In tegenstelling tot veel andere antimicrobiële benaderingen zijn endolysines niet alleen een oplossing die in materialen wordt geïntegreerd. Ze vormen een veelzijdige en modulaire technologie die kan worden ontwikkeld voor verschillende toepassingen:

desinfectie van oppervlakken
behandeling van hulpmiddelen of materialen
ontwikkeling van gerichte antimicrobiële oplossingen
vooruitzichten voor lokale therapeutische toepassingen

Het belang ervan ligt in de snelle werking, de specificiteit en de doeltreffendheid tegen bepaalde ziekteverwekkende bacteriën, ook in complexe situaties.

De rol van de CER-groep: ontwikkeling en evaluatie van antimicrobiële oplossingen

Binnen het AntiRési-project is de CER Groupe op twee complementaire niveaus actief: de ontwikkeling van bio-oplossingen en de evaluatie daarvan in representatieve experimentele systemen.

Ontwikkeling en optimalisatie van recombinante endolysinen

De CER Groupe neemt deel aan de productie, karakterisering en optimalisatie van recombinante endolysinen voor verschillende antimicrobiële toepassingen, met name tegen bacteriën die betrokken zijn bij implantaatgerelateerde infecties, zoals Staphylococcus aureus en Cutibacterium acnes, die bekend staan om hun vermogen om biofilms te vormen en ondanks behandelingen te blijven voortbestaan.

Dit onderzoek past in een strategie voor de ontwikkeling van flexibele oplossingen die kunnen worden aangepast aan verschillende toepassingen, variërend van desinfectie tot meer gerichte toepassingen.

Experimentele modellen van implantatiegerelateerde infecties

Tegelijkertijd ontwikkelt de CER Groupe samen met haar partners experimentele modellen van implantatiegerelateerde infecties, die worden gebruikt voor de preklinische evaluatie van de oplossingen die in het kader van het consortium worden ontwikkeld.

Deze modellen maken het mogelijk om:

situaties te reproduceren die dicht bij de klinische context liggen
de antimicrobiële werkzaamheid onder gecontroleerde omstandigheden te beoordelen
verschillende door de partners ontwikkelde strategieën te vergelijken
de wetenschappelijke validatie van de projectinnovaties te ondersteunen

Ze vormen een essentieel platform voor de overgang van innovaties naar concrete toepassingen.

Referenties:

[1] Haddad Kashani H, Schmelcher M, Sabzalipoor H, Seyed Hosseini E, Moniri R. Recombinant Endolysins as Potential Therapeutics against Antibiotic-Resistant Staphylococcus aureus: Current Status of Research and Novel Delivery Strategies. Clin Microbiol Rev. 2017 Nov 29;31(1):e00071-17. doi: 10.1128/CMR.00071-17.

[2] Liu H, Hu Z, Li M, Yang Y, Lu S, Rao X. Therapeutic potential of bacteriophage endolysins for infections caused by Gram-positive bacteria. J Biomed Sci. 2023 Apr 26;30(1):29. doi: 10.1186/s12929-023-00919-1.

Contact:

Dr. Cindy STAERCK, Dr. Patrice Filée, Dr. Philippe Stordeur

CER GROUPE, Novalis Science Park Rue de la Science 8 - 6900 Aye, België

https://cergroupe.be/fr/contact-fr

Chapitre 7

7.Standaardisatie en evaluatietests

De prestaties van antimicrobiële coatings moeten per geval worden onderzocht: gestandaardiseerde doeltreffendheid, werkingsduur, gedrag na slijtage, compatibiliteit met reinigingsmiddelen, onschadelijkheid, wettelijke vereisten, reële gebruiksomstandigheden.

De grootste uitdaging is dan ook om de in het laboratorium aangetoonde werkzaamheid om te zetten in een duurzame, veilige en economisch haalbare werkzaamheid in de praktijk.

7.1 Normering

Er zijn verschillende internationale normen die de beoordeling van de antimicrobiële werking op niet-poreuze oppervlakken regelen.

ISO 22196 (betreffende bacteriën) en ISO 21702 (betreffende virussen) worden vaak vergeleken met de Japanse norm JIS Z 2801 (betreffende bacteriën), die met name acceptatiecriteria introduceert. Deze methoden zijn echter gebaseerd op experimentele omstandigheden die ver afstaan van de werkelijke gebruiksomstandigheden (contacttijd van 24 uur, gecontroleerde temperatuur, luchtvochtigheid > 90 %), waardoor de doeltreffendheid in de praktijk kan worden overschat.

In Frankrijk is de norm NF S90-700, die een benadering voorstelde die beter aansloot bij de praktijkomstandigheden (verstuiving van druppeltjes, realistische omgevingsparameters), vervangen door ISO 7581, die nu is afgestemd op een geharmoniseerd internationaal kader. Deze norm biedt een gestandaardiseerde testmethode en verbetert de representativiteit van de tests, terwijl de fabrikant of de gebruikers de mogelijkheid behouden om hun eigen aanvaardbaarheidscriteria vast te stellen.

In de Verenigde Staten reguleert de Environmental Protection Agency (EPA) antimicrobiële claims via twee referentiekaders: de EPA MB 40-00 en MB 41-00, die zowel aanvaardbaarheidscriteria bieden om de doeltreffendheid van oppervlakken en bekledingen te valideren, als verouderingstests van oppervlakken door slijtage en blootstelling aan reinigingsmiddelen om hun duurzaamheid in de tijd te voorspellen. Deze richtlijnen vereisen omvangrijke testcampagnes (meerdere tests, lange testduur, talrijke monsters), wat hun praktische toepasbaarheid beperkt.

Er zijn drie belangrijke punten om het gebruik van een antimicrobiële oplossing te beoordelen: doeltreffendheid, duurzaamheid en veiligheid. De huidige normen richten zich voornamelijk op de doeltreffendheid onder omstandigheden die echter niet altijd overeenkomen met de praktijk. Alleen de EPA-richtlijnen gaan in op de kwestie van de duurzaamheid, en voor het onderzoek naar de veiligheid voor personen die ermee in contact komen, moeten aanvullende microbiologische tests worden uitgevoerd op cytotoxiciteit, irritatie en afgifte.

7.2 Validatietests

Biologische validatie

Biologische validatie is een essentiële stap om de werkelijke doeltreffendheid van een antimicrobieel oppervlak aan te tonen en het vertrouwen van de gebruikers in de prestaties ervan te waarborgen. Het bestaat uit het meten van het vermogen van het oppervlak om de groei te remmen, de levensvatbaarheid te verminderen of verschillende micro-organismen uit te roeien, zoals voornamelijk bacteriën, maar ook virussen, gisten of schimmels. De keuze van de evaluatiemethoden hangt rechtstreeks af van de toepassingssector, de gebruiksomstandigheden van het materiaal en het type micro-organismen waarop wordt gemikt. Zo worden bijvoorbeeld Staphylococcus aureus en Staphylococcus epidermidis vaak gebruikt in de biomedische sector, Listeria monocytogenes, Salmonella enterica of Escherichia coli in de voedingsmiddelenindustrie, en Pseudomonas aeruginosa in sectoren die verband houden met transport.

Bij de prestatiebeoordeling moet rekening worden gehouden met het vermogen van micro-organismen om biofilms te vormen of fenotypes aan te nemen die verband houden met persistentieverschijnselen, twee belangrijke problemen in talrijke sectoren. De biologische validatie van antimicrobiële oppervlakken moet dus niet alleen aantonen dat ze de initiële bacteriële besmetting kunnen verminderen, maar ook dat ze de vorming van biofilm en, meer in het algemeen, de bacteriële persistentie kunnen voorkomen of beperken.

Bovendien is, zoals besproken in het hoofdstuk over normalisatie, de veiligheid bij het gebruik van de materialen eveneens een onmisbaar aspect. Afhankelijk van het toepassingsgebied zijn tests op biocompatibiliteit, cytotoxiciteit en de beoordeling van de ontstekingsreactie noodzakelijk om de biologische onschadelijkheid van het ontwikkelde oppervlak te verifiëren. Ten slotte kan de werkzaamheid na veroudering worden gecontroleerd aan de hand van de richtlijnen van de EPA (deze specifieke tests worden in het volgende hoofdstuk nader beschreven).

Beoordeling van het antimicrobiële effect

De routinematige methoden die kunnen worden gebruikt om de antimicrobiële werking van oplosbare of vrijgekomen moleculen of van oppervlakken te bestuderen, evenals hun vermogen om het ontstaan van mechanismen voor bacteriële persistentie te beperken, zijn:

Beoordeling van het potentieel voor microbiële remming en uitroeiing: de minimale remmende concentratie (MRC), bepaald in een vloeibaar medium, maakt het mogelijk de optimale concentratie van een verbinding te bepalen om bacteriostase waar te nemen. De minimale bacteriedodende concentratie (MBC) onderzoekt de bacteriedodende werking.
Vorming, kwantificering en karakterisering van de biofilm: de vorming van biofilm kan in vitro op verschillende oppervlakken plaatsvinden om de doeltreffendheid van de ontwikkelde antimicrobiële strategieën te beoordelen. De kwantificering van de biofilmvorming gebeurt parallel aan het onderzoek naar de bijbehorende planktonische fractie. De karakterisering van de gevormde biofilm, wat betreft morfologie, bacteriële levensvatbaarheid en samenstelling van de matrix, wordt mogelijk gemaakt door verschillende microscopische benaderingen.
Inductie van een fenotype van bacteriële persistentie: het fenotype van de Small Colony Variant wordt in de biomedische sector vaak in verband gebracht met recidiverende infecties. Dit fenotype kan in vitro onder antibioticadruk worden geïnduceerd en gekarakteriseerd, om vervolgens te worden onderworpen aan de ontwikkelde antimicrobiële strategieën.

Beoordeling van de biologische veiligheid

Om een oppervlak biologisch te valideren, is het eveneens essentieel om te controleren of de antimicrobiële activiteit niet ten koste gaat van de biologische veiligheid van de gebruikers, met name in sectoren waar het oppervlak in direct contact komt met menselijk weefsel, levensmiddelen of het milieu.

Beoordeling van de biocompatibiliteit: de activiteit, levensvatbaarheid en proliferatie van menselijke cellen die in contact komen met het betreffende oppervlak worden respectievelijk beoordeeld aan de hand van een WST-1-test, een LDH-bepaling en een DNA-extractie. Daarnaast kan de morfologie van de cellen worden geobserveerd met behulp van fluorescentiemicroscopie of rasterelektronenmicroscopie.
Beoordeling van de ontstekingsreactie van de gastheer: de ontstekingsreactie van cellen die op een bepaald oppervlak zijn gekweekt, kan worden beoordeeld op het niveau van de regulatie van genexpressie door middel van RT-qPCR en op eiwitniveau door middel van een ELISA-test.

Een praktisch informatieblad over elk type biologische test dat geschikt is voor de karakterisering van antimicrobiële oppervlakken is beschikbaar in de methodologische gids AntiRési deel 1, online op de website van het project:

è Methodologische gids AntiRési - Deel 1

Fysisch-chemische validatie

De fysisch-chemische validatie van oppervlakken omvat talrijke aspecten en de kwalificatiemethodologie kan worden aangepast aan het beoogde doel. Met name zijn niet alle testen bedoeld voor dezelfde stadia van de productontwikkeling.

Om de verschillende fasen van een project te begeleiden, volgt hier een methodologische aanpak en de bijbehorende karakteriseringstests:

Procesbeheersing en structurele integriteit

Hieronder volgen de controles die kunnen worden gebruikt om te valideren dat het afzettingsproces stabiel is en voldoet aan de geometrische en chemische verwachtingen, of dat het product homogeen is:

Controle van de dikte en de interne morfologie: met de Calotest kan de dikte van dunne lagen nauwkeurig worden gemeten, of er kan een meting worden uitgevoerd op een metallografische doorsnede. Röntgentomografie maakt een niet-destructieve 3D-analyse mogelijk om interne defecten, poriën of scheuren op te sporen.
Analyse van de chemische samenstelling: door middel van elementaire kartering met EDS (SEM) kan de juiste verdeling van de actieve stoffen worden gecontroleerd; GDOES-spectroscopie identificeert het samenstellingsprofiel in de diepte (homogeniteit van de coating vanaf het uiterste oppervlak tot aan het grensvlak met het substraat). DSC-, reologie- en infraroodtests op polymere materialen.
Kristallografische analyse: Met röntgendiffractie (XRD) kan de kristallijne fase van de coating worden geïdentificeerd en gevalideerd (essentieel als het antimicrobiële effect afhankelijk is van een specifieke fase, zoals anatomisch TiO₂ voor fotokatalyse).

Fysische en mechanische karakterisering van het oppervlak

Een functioneel oppervlak moet bestand zijn tegen de mechanische belastingen van de gebruiksomgeving zonder te degraderen.

Topografie en ruwheid: Het meten van de ruwheid is essentieel om de invloed van het reliëf op de hechting van bacteriën te begrijpen (een slecht beheerde ruwheid kan niches voor bacteriële kolonisatie creëren).
Bevochtigbaarheid: Het beoordelen van de contacthoek van een druppel bepaalt of een oppervlak hydrofiel of hydrofoob is, wat rechtstreeks van invloed is op de initiële hechting van eiwitten en micro-organismen.

Mechanische eigenschappen:
- Trekproeven: een eenvoudige methode om de eigenschappen van een materiaal in de massa te bepalen
- Nano-indentatie: maakt het mogelijk de mechanische eigenschappen van het uiterste oppervlak in kaart te brengen, geschikt voor dunne lagen.
Mechanische hechting van de coating:
- Voor dunne lagen: met krasproeven (Scratch test) kan de faaldrempel van een film bij contact met een harde punt worden bepaald.
- Voor dikke afzettingen: bij afscheurtests met vastgelijmde blokjes wordt de hechting bij trek- en schuifbelasting van dikkere lagen gemeten.

Duurzaamheid, veroudering en slijtage (robuustheid onder praktijkomstandigheden)

De coating moet zijn antimicrobiële eigenschappen gedurende de gehele geschatte levensduur behouden, ondanks reiniging, wrijving en sterilisatie.

Bestendigheid tegen ziekenhuis-/medische processen: het oppervlak herhaaldelijk onderwerpen aan sterilisatiecycli in de autoclaaf en de antimicrobiële werkzaamheid (stap 3) na veroudering opnieuw beoordelen.
Slijtvastheid en wrijvingsbestendigheid (tribologie):
- De Taber-slijtagetest simuleert algemene slijtage door schurende deeltjes.
- De Pion-Disque-tests kunnen worden aangepast aan protocollen op maat, om mechanische reiniging, herhaald tactiel contact of wrijving die inherent is aan het specifieke gebruik van een product te simuleren.
- De Martindale- en Crumple Flex-tests zijn geschikt voor het testen van slijtage aan textiel.
Schokbestendigheid: De valproef met een gewicht toetst de weerstand tegen onbedoelde stoten en de hechting van de coating op de ondergrond.
Tests op waterdichtheid / draagcomfort:
- Analyse van de mate van bevochtiging van het textiel (bevochtiging) en het vermogen van water om in het textiel door te dringen (waterdichtheid)
- Analyse van het vochtregulerend vermogen
Afgiftekinetiek en corrosie
- Als de coating werkt door het afgeven van een actief bestanddeel (bijv. zilver- of koperionen), kan door het oplosprofiel te meten met ICP de langdurige afgifte worden gecontroleerd en een te snelle uitputting van de actieve stoffen worden voorkomen.
- De weerstand tegen chemische afbraak kan worden getest onder verschillende omgevingsomstandigheden in een klimaatkamer, in een zoutneveltest of in contact met reinigingsmiddelen.

Een praktisch informatieblad over elk type fysisch-chemische test dat geschikt is voor de karakterisering van antimicrobiële oppervlakken en materialen is beschikbaar in de methodologische gids AntiRési deel 1, online op de website van het project:

👉Methodologische gids AntiRési - Deel 1

7.3 Specifieke tests volgens het EPA-referentiekader

Het referentiedocument MB-41-00 van de EPA, getiteld „Method for the Evaluation of Antimicrobial Activity of Hard, Non-porous Copper-containing surface product” en gepubliceerd in 2022, vormt een technisch kader voor de beoordeling van de antimicrobiële eigenschappen van koperhoudende materialen, maar kan worden uitgebreid naar elk oppervlak met vergelijkbare eigenschappen waarvan de doeltreffendheid als duurzaam in de tijd wordt beschouwd (waardoor oplossingen die regelmatig moeten worden vernieuwd, worden uitgesloten; hiervoor geldt dan het protocol MB-40-00).

Algemeen principe van de methode

De methode bestaat uit twee hoofdfasen. De eerste fase bestaat uit het onderwerpen van koperen monsters aan 150 cycli van mechanische slijtage en chemische blootstelling, verdeeld over zes opeenvolgende weken, met vijf cycli per dag en vijf dagen per week. Dit simuleert de werkelijke slijtage waaraan deze oppervlakken in een ziekenhuis- of openbare omgeving zouden worden blootgesteld.

De tweede stap bestaat uit het aanbrengen van een suspensie van testmicro-organismen op de verouderde monsters, het afwachten van een contacttijd van één tot twee uur en vervolgens het tellen van de overlevende micro-organismen. De verkregen logaritmische reductie moet ten minste 3 log bedragen (eliminatie van 99,9% van de micro-organismen) om het product goed te keuren.

Biologische tests en aanvaardbaarheidscriteria

De in het protocol geselecteerde testmicro-organismen zijn: Staphylococcus aureus (ATCC #6538) en Pseudomonas aeruginosa (ATCC #15442), twee pathogene bacteriën die representatief zijn voor besmettingen in een ziekenhuisomgeving.

Het antimicrobiële oppervlak moet binnen 1 tot 2 uur na contact met het oppervlak een reductie van 3 log (99,9%) van de bacteriële populatie mogelijk maken, in vergelijking met een onbehandeld roestvrijstalen oppervlak.

Verouderings- en slijtagetests

De oppervlakken worden onderworpen aan chemische veroudering in aanwezigheid van reinigingsmiddel en aan slijtagecycli die de belasting door reiniging nabootsen. De antimicrobiële werking van het oppervlak moet na deze reinigingstests behouden blijven.

De chemische behandelingen die worden toegepast om een representatieve veroudering van het oppervlak te veroorzaken, simuleren gangbare reinigingsmiddelen:

Behandeling A: natriumhypochlorietoplossing (NaOCl) van 3000 ppm – bleekmiddel
Behandeling B: product op basis van waterstofperoxide (H₂O₂) en perazijnzuur
Behandeling C: product op basis van een quaternaire ammoniumverbinding

De slijtagetests worden uitgevoerd op een speciale machine die heen-en-weerbewegingen met een niet-schurende spons mogelijk maakt; in totaal worden 1800 passages over het oppervlak uitgevoerd, afgewisseld met 150 opeenvolgende cycli van chemische blootstelling:

Een geïllustreerd overzicht van de inhoud van de EPA-referentiekaders is te vinden in de methodologische gids AntiRési, deel 1, die online beschikbaar is op de website van het AntiRési-project:

👉Methodologische gids AntiRési - Deel 1

8.Toepassingsgebieden - Metalen materialen

8.1 Gezondheidszorg, biomedische sector en zorginstellingen

In zorginstellingen, rusthuizen, verzorgingstehuizen, dokterspraktijken en medisch-sociale instellingen bevinden zich kwetsbare doelgroepen en zijn er talrijke oppervlakken die herhaaldelijk worden aangeraakt. De behoeften hebben betrekking op handgrepen, leuningen, bedden, stoelen, karren, liftknoppen, sanitaire voorzieningen, instrumenten en medische hulpmiddelen.

Voor metalen oppervlakken zijn er twee uitdagingen: het verminderen van besmetting van niet-kritieke oppervlakken en het ontwikkelen van geavanceerdere oplossingen voor medische hulpmiddelen en implantaten. Spelers zoals Onet Santé, Samsic Santé, DECA Propreté, Iris Cleaning, Jani-King België, DS Cleaning of EconetPRO kunnen een startpunt vormen om inzicht te krijgen in de uitdagingen in de praktijk. Leveranciers zoals Tristel, Meiko of Hypronet kunnen eveneens nuttig zijn om de ontwikkelde oppervlakken te toetsen aan bestaande praktijken op het gebied van biologische reiniging.

8.2 Voedingsmiddelenindustrie

De voedingsmiddelenindustrie maakt op grote schaal gebruik van metalen oppervlakken, met name roestvrij staal, voor werkbladen, tanks, transportbanden, verwerkingsapparatuur, CIP/NEP-circuits en opslagruimtes. Biofilms vormen hier een groot probleem, omdat ze kunnen leiden tot hardnekkige besmettingen, productiestilstand, economische verliezen en gezondheidsrisico’s.

De geïdentificeerde spelers, zoals Kersia/Sopura, Christeyns, Ecolab, Diversey/Solenis, Allfoodcleaning, XLG, TECHSANIT, Bio-Propre, Nocéa Propreté of NIDD zijn relevant om de industriële behoeften in kaart te brengen: compatibiliteit met desinfectiemiddelen, slijtvastheid, gedrag in aanwezigheid van organisch materiaal, reinigbaarheid en de afwezigheid van problematische migratie.

8.3 Openbaar vervoer

Treinen, bussen, trams, metro’s, vliegtuigen, stations en luchthavens bevatten talrijke metalen oppervlakken die vaak worden aangeraakt: handgrepen, leuningen, armleuningen, knoppen, bevestigingen, tafels en meubilair. De belangrijkste uitdagingen zijn de hoge bezoekersaantallen, de korte stilstandtijden, de herhaalde reinigingen en de diversiteit aan materialen.

Bedrijven zoals KÖSE Cleaning, Onet Transport, Samsic, DECA Propreté, Derichebourg, Aero Services, BP Precision Airline Services, Group-f Aviation, Wing Clean Service of Alstom Valenciennes kunnen worden beschouwd als gebruikers, voorschrijvers of demonstratiepartners. Oplossingen zoals duurzame coatings, oppervlaktebehandelingen, functionele verf of gecoate metalen onderdelen zijn bijzonder geschikt.

8.4 Intensieve veehouderij

Grote veehouderijen maken gebruik van metalen apparatuur die wordt blootgesteld aan agressieve omstandigheden: vocht, organisch materiaal, hogedrukreiniging, desinfectiemiddelen, ammoniak, slijtage en corrosie. Het gaat onder meer om kooien, drinkbakken, scheidingswanden, ventilatieapparatuur, leidingen, silo’s en gegalvaniseerde of roestvrijstalen onderdelen.

Dienstverleners of leveranciers zoals JM Cleaning, ONS F.S, APA, Boué SARL, Kersia, Huvepharma, Ecolab/CID LINES of MS Schippers helpen bij het in kaart brengen van de praktische uitdagingen. Voor metalen moeten de oplossingen een combinatie bieden van antibacteriële werking, chemische bestendigheid, mechanische weerstand en verenigbaarheid met de bioveiligheid.

9.Toepassingsgebieden – Keramische materialen

9.1 Biomedisch, implantaten en weefselengineering

Calciumfosfaten, zoals hydroxyapatiet of tricalciumfosfaat in de bètafase, worden op grote schaal gebruikt in botvervangers, bioactieve coatings, weefselengineering en bepaalde regeneratieve hulpmiddelen. Hun bioactiviteit en hun gelijkenis met de minerale fase van het bot maken ze zeer aantrekkelijk.

Maar implantaten en botvervangers lopen een cruciaal risico: bacteriële kolonisatie vóór of tijdens de weefselintegratie. De concurrentie tussen eukaryote cellen en bacteriën is doorslaggevend. Een oppervlak dat gunstig is voor osseo-integratie mag niet gunstig worden voor de vorming van een biofilm.

Spelers zoals CERHUM, gespecialiseerd in 3D-biokeramische bottransplantaten/implantaten, vormen zeer relevante industriële voorbeelden. MedTech-spelers zoals CM4CURE, hoewel meer gericht op coatings voor medische hulpmiddelen en polymeren/metalen, kunnen eveneens inspiratie bieden voor benaderingen op het gebied van gecontroleerde afgifte of functionele hydrogels. Zorginstellingen, aanbieders van biologische reiniging en leveranciers van medische desinfectiemiddelen — Onet Santé, Samsic Santé, DECA, Iris Cleaning, Jani-King België, DS Cleaning, EconetPRO, Tristel, Meiko of Hypronet — kunnen helpen bij het verduidelijken van de gebruiks- en validatie-eisen.

9.2 Voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie

Technische keramiek, met name aluminiumoxide en zirkoniumoxide, wordt gebruikt voor slijtdelen, afdichtingen, pompen, zuigers, doseercomponenten en verpakkingsapparatuur. Dankzij hun chemische inertie, slijtvastheid en stabiliteit zijn het materialen bij uitstek voor gebruik in de voedingsmiddelen- en farmaceutische sector.

In deze sectoren is het belangrijkste risico de vorming van biofilms op oppervlakken die in contact komen met vloeistoffen, ingrediënten, halffabricaten of gevoelige formuleringen. Productiestilstanden, kruisbesmetting en intensieve reinigingswerkzaamheden kunnen aanzienlijke kosten met zich meebrengen.

Bedrijven als Kersia/Sopura, Christeyns, Ecolab, Diversey/Solenis, Allfoodcleaning, XLG, TECHSANIT, Bio-Propre, Nocéa Propreté, NIDD of PNB Nettoyage zijn relevant om de praktische uitdagingen in kaart te brengen: reinigbaarheid, chemische compatibiliteit, weerstand tegen CIP/NEP-cycli, slijtvastheid, geen migratie en HACCP- of farmaceutische eisen.

9.3 Gezondheidszorg, openbare instellingen en verzorgingstehuizen

Glas-, tegel-, geëmailleerde of minerale oppervlakken komen veel voor in ziekenhuizen, verzorgingstehuizen, rusthuizen, sanitaire ruimtes, laboratoria, grootkeukens en openbare voorzieningen. Ze zijn over het algemeen reinigbaar, maar worden blootgesteld aan intensief gebruik, herhaalde verontreiniging en frequente desinfectiecycli.

De betreffende oppervlakken omvatten tegels, wastafels, werkbladen van mineraal materiaal, glazen scheidingswanden, schermen, knoppen, wanden, sanitair, wandbekleding of vloeren van mineraal materiaal. Antibacteriële oplossingen kunnen gericht zijn op een werking op het oppervlak, een verbetering van de reinigbaarheid of een vermindering van de hechting van bacteriën.

Bedrijven zoals SICHEM/Nobacoat, Resysten/Alcoline, Esix Surface Technologies, Molecular Plasma Group of KONE kunnen in aanmerking komen voor contactoppervlakken, beglazing, openbare voorzieningen of niet-implanteerbare minerale oppervlakken.

9.4 Openbaar vervoer en openbare infrastructuur

In het openbaar vervoer worden talrijke glazen, minerale of gecoate oppervlakken gebruikt: ruiten, scheidingswanden, schermen, tegels in stations, sanitaire ruimtes, tafels, borden, wachtruimtes en zones met veelvuldig contact. Deze omgevingen worden gekenmerkt door een hoge bezoekersdruk, snelle reiniging en beperkingen wat betreft stilstandtijd.

De spelers KÖSE Cleaning, Onet Transport, Samsic, DECA Propreté, Derichebourg, Aero Services, Group-f Aviation, Wing Clean Service en Alstom Valenciennes kunnen worden ingezet als gebruikers, voorschrijvers of demonstrateurs. Antibacteriële of gemakkelijk te reinigen -glasoppervlakken kunnen interessant zijn in stations, haltes, luchthavens, voertuigen en onderhoudsinfrastructuur.

9.5 Intensieve veehouderij en vochtige omgevingen

Veeteeltgebouwen bevatten minerale, betegelde, betonnen of verglaasde oppervlakken die worden blootgesteld aan vocht, organisch materiaal, desinfectiemiddelen, slijtage en biofilms. De prioriteit ligt hier vaak bij robuustheid, reinigbaarheid en het verminderen van de microbiële belasting.

Bedrijven als JM Cleaning, ONS F.S, APA, Boué SARL, Kersia, Huvepharma, Ecolab/CID LINES en MS Schippers bieden inzicht in de uitdagingen op het gebied van bioveiligheid, hogedrukreiniging, herhaalde desinfectie en veroudering in een agressieve omgeving.

10.Toepassingsgebieden – Polymeren, textiel

10.1 Gezondheidszorg, biomedische sector en verzorgingstehuizen

Polymeren en textiel zijn alomtegenwoordig in ziekenhuizen, verzorgingstehuizen, rusthuizen, dokterspraktijken en medisch-sociale instellingen: gordijnen, beddengoed, hoezen, jassen, herbruikbaar textiel, vliesstoffen, stoelen, matrassen, medische hulpmiddelen, katheters, slangen, koppelingen, verband, textielimplantaten en zorgapparatuur.

De meest veeleisende toepassingen hebben betrekking op medische hulpmiddelen en implantaten. Implanteerbare oppervlakken van polymeren of textiel moeten antibacteriële werking, biocompatibiliteit, afwezigheid van toxiciteit, stabiliteit na sterilisatie en behoud van de mechanische eigenschappen combineren.

Spelers zoals CM4CURE, Cousin Surgery, Vetex, Devan Chemicals, Sioen, Centexbel, Tristel, Meiko, Onet Santé, Samsic Santé, DECA, Iris Cleaning, Jani-King België, DS Cleaning of EconetPRO kunnen helpen bij het in kaart brengen van de behoeften, toepassingen en validatie-eisen.

10.2 Technisch textiel en werkkleding

Technisch textiel omvat beschermende kleding, werkkleding, PBM’s, industrieel textiel, gecoate weefsels, membranen, laminaten, dekzeilen, flexibele beschermingen, gordijnen, technisch beddengoed en meubelbekleding.

De uitdagingen zijn wasbestendigheid, slijtvastheid, draagcomfort, ademend vermogen, mechanische eigenschappen, compatibiliteit met coatings en de veiligheid van de gebruiker. De meest relevante spelers zijn Devan Chemicals, Sioen, Vetex, Utexbel, Concordia Textiles, Liebaert Textiles, Dickson Constant, BekaertDeslee en Centexbel.

10.3 Voedingsmiddelenindustrie

In de agrovoedingssector worden polymeren en composieten gebruikt voor afdichtingen, transportbanden, bakken, slangen, buizen, coatings, folies, doseerapparatuur, slijtdelen, verpakkingen en flexibele oppervlakken. De uitdagingen zijn migratie, contact met levensmiddelen, reinigbaarheid, weerstand tegen vetten, eiwitten, desinfectiemiddelen, temperatuur en slijtage.

De spelers Kersia/Sopura, Christeyns, Ecolab, Diversey/Solenis, Allfoodcleaning, XLG, TECHSANIT, Bio-Propre, Nocéa Propreté, NIDD en PNB Nettoyage kunnen helpen bij het in kaart brengen van de praktijkbeperkingen en validatiescenario’s.

10.4 Openbaar vervoer

In het openbaar vervoer worden talrijke polymeren, composietmaterialen en textiel gebruikt: stoelen, schuim, stoffen, vloerbedekking, armleuningen, handgrepen van polymeer, composietpanelen, folies, interieurbekleding, afdichtingen, schermen en contactoppervlakken. Deze materialen worden blootgesteld aan intensief gebruik, slijtage, snelle reiniging en brand- en rookveiligheidseisen.

De spelers KÖSE Cleaning, Onet Transport, Samsic, DECA Propreté, Derichebourg, Aero Services, Group-f Aviation, Wing Clean Service, Alstom Valenciennes, Alcoline/Resysten, AIRDAL/Satair-Airbus, BioCote, Dyphox en NanoGuardX kunnen worden beschouwd als bronnen van beperkingen, benchmarks of demonstratiemodellen.

10.5 Intensieve veehouderij en bioveiligheid

In de intensieve veehouderij worden talrijke polymeren gebruikt: buizen, mantels, drinkbakken, scheidingswanden, kunststof vloeren, folies, ventilatieapparatuur, bekledingen, slijtdelen en composietoppervlakken. Deze materialen worden blootgesteld aan vocht, organische stoffen, desinfectiemiddelen, ammoniak, hogedrukreiniging en slijtage.

De partners JM Cleaning, ONS F.S, APA, Boué SARL, Kersia, Huvepharma, Ecolab/CID LINES en MS Schippers kunnen helpen bij het vaststellen van verouderingstests en nog niet gedekte behoeften.

11.Specifieke kenmerken van metalen oppervlakken

Metalen bieden verschillende voordelen voor de ontwikkeling van antibacteriële oppervlakken: mechanische weerstand, maatvastheid, compatibiliteit met industriële processen, thermische en elektrische geleidbaarheid, en geschiktheid voor polijsten, zandstralen, coating, plasma- of laserbehandeling.

De meest relevante metalen zijn roestvrij staal, titanium en zijn legeringen, kobalt-chroomlegeringen, aluminium, gegalvaniseerd staal, koperlegeringen en bepaalde metalen die in dunne lagen of als coating worden gebruikt.

Metalen oppervlakken brengen echter ook specifieke uitdagingen met zich mee:

corrosie en ionische uitloog;
oppervlaktepassivering;
hechting van coatings;
mechanische vermoeidheid;
slijtage;
geschiktheid voor sterilisatie of reinigingscycli;
behoud van mechanische eigenschappen;
interactie met biologische of voedingsmiddelenomgevingen;
risico op verandering van de ruwheid en de reinigbaarheid.

De antibacteriële werking kan dus nooit op zichzelf worden beoordeeld. Deze moet worden afgewogen tegen duurzaamheid, veiligheid, chemische stabiliteit, slijtvastheid en gebruiksgeschiktheid.

Keramiek en glas onderscheiden zich van metalen en polymeren door hun structuur, inertie, hardheid en fabricagemethoden. Ze kunnen dicht, poreus, glasachtig, kristallijn, amorf, bioactief of samengesteld zijn. Bij het functioneel maken ervan moet dus rekening worden gehouden met hun microstructuur en hun eindtoepassing.

12.Specifieke kenmerken van keramische oppervlakken

12.1 Aluminiumoxide en zirkoniumoxide

Aluminiumoxide en zirkoniumoxide zijn technische keramische materialen die worden gebruikt in veeleisende omgevingen. Ze hebben een hoge hardheid, een goede slijtvastheid, chemische stabiliteit en zijn geschikt voor gebruik in omgevingen waar metalen of polymeren tekortschieten.

In de context van ANTIRESI zijn ze met name geschikt voor pompen, zuigers, doseeronderdelen en componenten die in contact komen met levensmiddelen of farmaceutische producten. Ze worden vaak gekozen vanwege hun inertie, maar hun oppervlak kan niettemin worden gekoloniseerd als het wordt blootgesteld aan verontreinigde vloeistoffen, organische resten of vochtige omstandigheden.

Mogelijke oplossingen zijn onder meer gecontroleerde texturering, geoptimaliseerd polijsten, oxidebekledingen, sol-gel-lagen, oppervlaktedotering en behandelingen om bacteriële hechting te beperken.

12.2 Calciumfosfaten

Calciumfosfaten, waaronder hydroxyapatiet en tricalciumfosfaat in de bètafase, zijn belangrijke materialen voor de biomedische sector. Hun belang berust op hun bioactiviteit, hun osteoconductiviteit en hun vermogen om botregeneratie te ondersteunen.

De uitdaging bestaat erin twee soms tegenstrijdige doelstellingen met elkaar te verzoenen: botintegratie bevorderen en tegelijkertijd bacteriële hechting beperken. Een open porositeit is gunstig voor celkolonisatie, maar kan ook een broedplaats voor bacteriën vormen. Een bioactief oppervlak kan de interactie met eiwitten en cellen bevorderen, maar ook een omgeving creëren waarin microbiële hechting moet worden beheerst.

Relevante benaderingen zijn antibacteriële toevoegingen, het reguleren van de oplosbaarheid, macroporiële structuren, bioactieve coatings, systemen voor lokale afgifte en hybride oplossingen die osteoconductie combineren met een antibacterieel effect.

12.3 Glas en glazen oppervlakken

Glas en glazen oppervlakken komen veel voor in gebouwen, vervoersmiddelen, apparatuur, sanitaire voorzieningen, schermen, scheidingswanden en laboratoria. Ze zijn over het algemeen reinigbaar, maar hun oppervlak kan snel verontreinigd raken op plaatsen waar veel contact plaatsvindt.

Mogelijke oplossingen zijn onder meer transparante coatings, sol-gel-behandelingen, fotokatalytische lagen, hydrofiele of hydrofobe oppervlakken, vingerafdrukwerende lagen en additieven of oxiden met antimicrobiële werking. Voor deze toepassingen zijn transparantie, esthetiek, krasbestendigheid, reinigbaarheid en duurzaamheid doorslaggevende criteria.

12.4 Poreuze en macroporiële keramiek

Poreuze keramiek is van belang bij filtratie, katalyse, biologische dragers, implantaten en weefselengineering. De porositeit ervan kan een functioneel voordeel zijn, maar ook een microbiologisch risico vormen.

In de biomedische sector bevorderen macroporiën celkolonisatie en vascularisatie. In de industrie kunnen open poriën moeilijk te reinigen zijn. Het ontwerp moet daarom worden aangepast aan het gebruik: open en verbonden porositeit voor implantaten, een dicht en reinigbaar oppervlak voor de voedingsmiddelenindustrie.

Met methoden zoals 3D-printen, robocasting of ice-templating kan de architectuur worden gecontroleerd. Ze bieden ook de mogelijkheid om actieve stoffen in het volume of op het oppervlak te integreren.

13.Specifieke kenmerken van polymeer-, composiet- en textieloppervlakken

13.1 Chemische en morfologische diversiteit

Polymeren omvatten talrijke families: polyolefinen, polyesters, polyamiden, polyurethanen, siliconen, PVC, fluorpolymeren, acrylaten, elastomeren, biopolymeren, thermohardende harsen of biologisch afbreekbare materialen. Textiel voegt daar nog een extra complexiteit aan toe: vezels, garens, weefsels, breisels, vliesstoffen, laminaten, membranen, coatings en meerlaagse samenstellingen.

Deze diversiteit vereist een aanpak per geval. Een formulering die geschikt is voor polyester is niet noodzakelijkerwijs compatibel met polyamide, PU, siliconen of een met PVC gecoat textiel. Evenzo kan een behandeling die effectief is op een gladde folie, ondoeltreffend of kwetsbaar zijn op een ruw en rekbaar textiel.

13.2 Lage verwerkingstemperaturen

Polymeren en textiel worden bij lagere temperaturen verwerkt dan metalen of keramiek. Hierdoor kunnen bepaalde warmtegevoelige actieve stoffen gemakkelijker worden geïntegreerd, maar dit brengt ook beperkingen met zich mee: thermische stabiliteit van additieven, compatibiliteit met extrusie, afbraak van biomoleculen, verdamping van oplosmiddelen of droogbeperkingen.

Deze eigenschap maakt twee complementaire strategieën mogelijk: functionalisering van het oppervlak na de fabricage of inwerkingstelling tijdens de fabricage.

13.3 Slijtage, wassen en veroudering

Duurzaamheid is een van de meest cruciale criteria. Textiel kan tientallen wasbeurten, desinfectiecycli, voortdurende wrijving, blootstelling aan zweet, oliën, vocht, UV-straling en slijtage ondergaan. Polymeren kunnen barsten, opzwellen, migreren, additieven verliezen of chemische veranderingen ondergaan.

Een antibacteriële oplossing die op dag nul effectief is, maar na enkele wasbeurten of enkele weken gebruik inactief wordt, heeft slechts een beperkt nut. Verouderingstests moeten daarom een integraal onderdeel van de roadmap vormen.

13.4 Menselijk contact, comfort en veiligheid

Textiel en polymeren komen vaak in direct contact met de huid of slijmvliezen, soms met biologisch weefsel of bloed. Criteria als comfort, gevoel, ademend vermogen, soepelheid, elasticiteit, afwezigheid van irritatie en biocompatibiliteit zijn daarom essentieel.

In de biomedische sector zijn de eisen nog strenger: cytocompatibiliteit, hemocompatibiliteit, geen afgifte van giftige stoffen, sterilisatie, klinische prestaties en risicobeheer.

13.5 Functionalisering in de massa of aan het oppervlak

Functionalisering van het oppervlak is vaak eenvoudiger en verbruikt minder actief middel. Hiermee kan het gebied dat in contact komt met de bacteriën gericht worden behandeld. Het is echter gevoeliger voor slijtage.

Functionalisering in de massa kan de duurzaamheid verbeteren als de werkzame stof naarmate de slijtage vordert aan het oppervlak beschikbaar blijft. Het kan ook het functieverlies door slijtage beperken. Maar het verbruikt meer werkzame stof en kan de mechanische, reologische of esthetische eigenschappen veranderen.

Een hybride strategie kan zinvol zijn: in de massa gefunctionaliseerd materiaal + geactiveerd oppervlak; gecoat textiel + werkzame stof in de laag; tweecomponentenvezel met kern-schil-structuur; actief polymeer gebruikt als ring, omhulling of slijtdelen op een metalen drager.

14.Relevante technologische oplossingen voor metalen

14.1 Intrinsiek antimicrobiële metalen en functionele legeringen

Koper en bepaalde koperlegeringen hebben een erkende antimicrobiële werking. Zilver, zink en andere elementen kunnen eveneens bijdragen aan antibacteriële effecten wanneer ze aanwezig zijn in ionische, deeltjesvormige of geoxideerde vorm, of geïntegreerd in een coating.

Voor ANTIRESI kan deze aanpak relevant zijn in de vorm van dunne lagen, oppervlaktedoteringen, composietcoatings of plaatselijke afzettingen. Er moeten echter twee valkuilen worden vermeden: een overmatige afgifte die tot toxiciteits- of milieuproblemen kan leiden, en een te geringe afgifte die resulteert in onvoldoende effectiviteit.

14.2 Antibacteriële oxidelagen

Lagen van het type ZnO, TiO₂ of gemengde oxiden vormen een interessante reeks oplossingen voor metalen oppervlakken. Ze kunnen werken door de chemie van het oppervlak te wijzigen, reactieve deeltjes te genereren, gecontroleerde ionische afgifte te bewerkstelligen of de hechting van bacteriën te beïnvloeden.

Binnen ANTIRESI vormen ZnO-achtige afzettingen een belangrijke technologische richting. De uitdaging zal erin bestaan hun hechting, homogeniteit, antibacteriële activiteit, slijtvastheid en compatibiliteit met de gebruiksomstandigheden aan te tonen.

14.3 Sol-gel en hybride organisch-anorganische lagen

Met sol-gel-processen kunnen dunne lagen op uiteenlopende geometrieën worden aangebracht. Hierin kunnen actieve stoffen, oxiden, organische functies of deeltjes worden geïntegreerd. Het voordeel hiervan is hun veelzijdigheid en het potentieel om ze op verschillende substraten toe te passen.

Op metalen zijn de belangrijkste knelpunten de hechting, scheurvorming, mechanische sterkte, bestendigheid tegen reinigingscycli en stabiliteit in een vochtige omgeving. Deze processen kunnen zeer geschikt zijn voor niet-kritische of semi-kritische oppervlakken, met name in de transportsector, de openbare sector of de agrovoedingsindustrie.

14.4 Functionele hydrogels

Hydrogels kunnen verschillende rollen vervullen: als reservoir voor antibacteriële middelen, als aangroeiwerende laag, als drager voor biomoleculen of als systeem voor gecontroleerde afgifte. Op metaal is hun toepassing bijzonder interessant voor medische hulpmiddelen, implantaten, katheters of oppervlakken die een zachte interface met het levende wezen vereisen.

De belangrijkste beperkingen hebben betrekking op de mechanische duurzaamheid, de hechting aan metaal en de stabiliteit onder praktijkomstandigheden. Een strategie van voorbehandeling met plasma, silanisatie, texturering of chemische verankering kan noodzakelijk zijn.

14.5 Geïmmobiliseerde of vrijgekomen fagen en bacteriolysinen

Fagen en bacteriolysinen kunnen worden geïntegreerd in coatings, hydrogels of functionele lagen. Op metaal is het gebruik ervan veeleisender dan dat van minerale deeltjes, omdat hun biologische activiteit tijdens het proces, de opslag en het gebruik behouden moet blijven.

Deze aanpak lijkt bijzonder veelbelovend voor gerichte toepassingen waarbij de pathogenen duidelijk geïdentificeerd zijn: medische hulpmiddelen, ziekenhuisomgevingen, specifieke oppervlakken in de agrovoedingssector of de veeteelt. Hiervoor is een nauwe samenwerking nodig tussen formulering, microbiologie, oppervlaktekarakterisering en biologische validatie.

14.6 Lasertexturering en micro-/nanostructurering

Met lasertexturering kan het metalen oppervlak worden aangepast zonder dat er veel materiaal hoeft te worden toegevoegd. Het kan de hechting van bacteriën verminderen, de bevochtigbaarheid wijzigen, de ruwheid vergroten of regelen, microreservoirs creëren of de hechting van een coating bevorderen.

Deze aanpak sluit bijzonder goed aan bij de expertise van het ANTIRESI-consortium. Hiermee kan worden gewerkt aan complexe geometrieën en kunnen topografische en chemische effecten worden gecombineerd.

11.7 Antimicrobiële polymeercoatings op metaal

Talrijke metalen oppervlakken kunnen worden gecoat met verf, thermohardende poederlakken, polymeerfilms of hybride lagen. Deze aanpak is geschikt voor meubilair, transportmiddelen, openbare voorzieningen, bepaalde industriële onderdelen en niet-implanteerbare oppervlakken.

Spelers zoals Oxyplast/The Protech Group met Sterilcoat, SICHEM/Nobacoat, Resysten/Alcoline of AIRDAL/Satair-Airbus zijn interessant om de stand van zaken op de markt in kaart te brengen. Voor ANTIRESI dienen deze commerciële oplossingen zowel als referenties, benchmarks als inspiratiebron om onderscheidende oplossingen te ontwikkelen.

15.Relevante technologische oplossingen voor keramiek en glas

15.1 Antibacteriële dotering van keramiek

Doping bestaat uit het toevoegen van elementen aan de keramische matrix die een antibacteriële werking kunnen verlenen of de biologische reactie kunnen beïnvloeden. De meest besproken elementen zijn onder meer zilver, koper, zink, strontium of andere relevante ionen, afhankelijk van de toepassing.

Bij calciumfosfaten kunnen bepaalde doteringen ook invloed hebben op de oplosbaarheid, mineralisatie, osteoconductiviteit of de cellulaire reactie. De uitdaging bestaat erin het antibacteriële effect zoveel mogelijk los te koppelen van cellulaire toxiciteit of een verandering in de mechanische eigenschappen.

Voor aluminiumoxide en zirkoniumoxide kan volumedotering, afhankelijk van het proces, complexer zijn, maar er kunnen strategieën voor oppervlaktedotering of coating worden overwogen.

15.2 ZnO-coatings en functionele oxiden

Lagen op basis van ZnO vormen een belangrijke ontwikkeling voor keramiek en glas. Ze kunnen een antibacteriële werking bieden door fotokatalyse, de productie van reactieve species, een beperkte afgifte van zinkionen of een wijziging van de oppervlakte-energie.

Het voordeel ligt in hun compatibiliteit met minerale materialen en hun toepassingspotentieel op dichte of complexe oppervlakken. De knelpunten hebben betrekking op de hechting, de activering onder reële omstandigheden, de slijtvastheid, vervuiling en de stabiliteit na reiniging.

Gemengde of gedoteerde oxiden kunnen worden overwogen om de activiteit, de activeringsgolflengte, de transparantie, de stabiliteit of de cytocompatibiliteit aan te passen.

15.3 Sol-gel en zachte chemie

Met sol-gel-processen kunnen minerale of hybride lagen worden aangebracht op keramiek, glas, metalen of polymeren. Ze zijn bijzonder geschikt voor minerale oppervlakken en complexe geometrieën.

Sol-gel-lagen kunnen ionen, nanodeeltjes, organische functies of actieve moleculen bevatten. Ze kunnen ook de bevochtigbaarheid, de ruwheid of de reactiviteit van het oppervlak wijzigen.

Voor glazen oppervlakken is sol-gel interessant omdat hiermee dunne, transparante en functionele lagen kunnen worden geproduceerd. Bij technisch keramiek kan het worden gebruikt om een antibacteriële laag aan te brengen zonder het onderdeel ingrijpend te veranderen. Bij biokeramiek moet worden gelet op de biologische compatibiliteit en het behoud van de bioactiviteit.

15.4 Lasertexturering en oppervlaktebewerking

Met lasertexturering kunnen de topografie en soms de chemische samenstelling van het oppervlak worden gewijzigd. Hiermee kunnen micro- of nanometrische patronen worden gecreëerd, de bevochtigbaarheid worden aangepast, het specifieke oppervlak worden vergroot of reservoirs voor actieve stoffen worden gevormd.

Op dichte keramische materialen zoals aluminiumoxide of zirkoniumoxide kan texturering worden gebruikt om de bacteriële hechting te beïnvloeden of de hechting van coatings te verbeteren. Op calciumfosfaten kan het bijdragen aan het structureren van het oppervlak voor biologische integratie, terwijl het tegelijkertijd de mogelijkheid biedt om antibacteriële middelen in te bouwen.

Deze aanpak moet onder de knie worden gekregen om defecten, microscheurtjes, verzwakkingen of oneffenheden te voorkomen die de kolonisatie juist bevorderen.

15.5 Bioactieve keramiek met gecontroleerde afgifte

Calciumfosfaten en bioactieve glazen kunnen tijdens hun oplossing ionen afgeven. Deze eigenschap kan worden benut om lokaal antibacteriële ionen of biologische modulatoren af te geven.

De uitdaging bestaat erin om tegelijkertijd de resorptie, de antibacteriële activiteit, de cellulaire reactie en de mechanische stabiliteit te beheersen. In een botvervanger moet het materiaal niet alleen bacteriën doden, maar ook de regeneratie bevorderen.

Er kunnen verschillende strategieën worden overwogen: een actiever oppervlak in de beginfase, een stabielere kern voor mechanische steun, of een structuur die een gedifferentieerde afgifte in de tijd mogelijk maakt.

15.6 Hydrogels en hybride lagen op keramiek

Hydrogels kunnen worden gecombineerd met keramiek om zachte grensvlakken, reservoirs voor actieve stoffen of dragers voor biomoleculen te creëren. Deze strategie is interessant in de biomedische sector, voor botvervangers, implantaten of weefseldragers.

De hechting tussen hydrogel en keramiek is een kritiek punt. Hiervoor kan een voorafgaande functionalisering, een plasmabehandeling, een silanisatie of een verankeringslaag nodig zijn. Ook de stabiliteit na sterilisatie en de weerstand tegen manipulatie moeten worden gecontroleerd.

15.7 Fagen, bacteriolysinen en antibiofilm-enzymen

Fagen en bacteriolysinen kunnen worden geïntegreerd in zachte sol-gel-lagen, hydrogels of functionele coatings. Het gebruik ervan is met name interessant wanneer de doelbacteriën zijn geïdentificeerd, bijvoorbeeld in een bepaalde ziekenhuis- of industriële omgeving.

Deze aanpak is veelbelovend, maar moet worden beschouwd als een geavanceerde oplossing die grondige validatie vereist. Kwesties met betrekking tot het werkingsspectrum, de stabiliteit, de opslag, de sterilisatie, de regelgeving en de compatibiliteit met keramische processen staan centraal.

Chapitre 9

Chapitre 10

Chapitre 11

Chapitre 12

Chapitre 8

Chapitre 13

Chapitre 14

Chapitre 15

Chapitre 16

16. Relevante technologische oplossingen voor polymeren, composieten en textiel

16.1. Antimicrobiële extrusie en compoundering

Door antimicrobiële middelen via compounding of extrusie in een polymeer op te nemen, kunnen functionele films, vezels, spuitgietonderdelen, profielen of coatings worden geproduceerd. Deze methode is geschikt voor intensief gebruikte onderdelen, gefunctionaliseerde garens, polymeeroppervlakken in de transportsector, veeteeltapparatuur, niet-implanteerbare medische hulpmiddelen en bepaalde toepassingen in de voedingssector.

De tweecomponenten-extrusie met kern-schil-structuur is bijzonder interessant voor textiel: hiermee kan het actieve middel in de mantel worden geconcentreerd, dus dicht bij het oppervlak, terwijl de totale gebruikte hoeveelheid wordt verminderd en de eigenschappen van de vezelkern behouden blijven.

De knelpunten zijn thermische stabiliteit, de verspreiding van het additief, migratie, toegankelijkheid aan het oppervlak, mechanische sterkte, kleur, kosten en naleving van de regelgeving.

16.2 Textielweefproces

Het impregneren is een klassieke industriële methode om een formulering op een weefsel, breiwerk of vlies aan te brengen. Het maakt een relatief eenvoudige functionalisering mogelijk, die compatibel is met talrijke textieldragers en -productielijnen.

Voor een antibacteriële toepassing kunnen bij het foularderen kationische middelen, functionele polymeren, biopolymeren, deeltjes, bindmiddelen, verknopingsmiddelen of hybride formuleringen worden toegevoegd. De droog- of fixatiefase is bepalend voor de duurzaamheid.

De kritische criteria zijn wasbestendigheid, gelijkmatigheid van de afzetting, behoud van het gevoel, ademend vermogen, kleur en beperking van de afgifte.

16.3 Textiel- of polymeercoating

Door middel van coating kan een functionele laag op textiel of polymeer worden aangebracht. Deze laag kan continu, microporeus, waterdicht, ademend, hechtend, slijtvast of multifunctioneel zijn.

Gecoate textielsoorten zijn met name relevant voor Sioen, Vetex, Dickson Constant en andere spelers in de technische textielsector. Ze kunnen worden toegepast op stoelen, dekzeilen, membranen, vloerbedekkingen, beschermingsmiddelen, medisch textiel, gordijnen, hoezen of flexibele oppervlakken.

Coating is ook een geschikte methode om hydrogels, actieve stoffen, deeltjes of barrièrelagen te integreren. Uitdagingen zijn hechting, flexibiliteit, scheurvorming, slijtage, wasbaarheid en compatibiliteit met brandveiligheids- of medische normen.

16.4 Functionalisering met plasma

Plasma kan een polymeer- of textieloppervlak activeren, chemische functies introduceren, de oppervlakte-energie verbeteren, de hechting van een coating vergroten of een latere enting mogelijk maken. Het is een interessante methode voor materialen die moeilijk te bevochtigen of te coaten zijn.

Binnen ANTIRESI kan plasmafunctionalisering een voorbereidende stap vormen: het verbeteren van de impregnering met een antimicrobiële coating, het verankeren van een hydrogel, het bevorderen van een chitosanlaag of het mogelijk maken van een stabielere immobilisatie van bioactieve stoffen.

De belangrijkste uitdagingen zijn de stabiliteit van de activering in de tijd, de reproduceerbaarheid, de behandeling van complexe oppervlakken en de compatibiliteit met industriële productie.

16.5 Chitosan-hydrogels

Chitosan-hydrogels vormen een veelbelovende optie voor polymeren en textiel, vanwege hun vermogen om films te vormen, actieve stoffen vast te houden en een antimicrobiële werking of een hydrofiele interface te bieden.

Ze kunnen worden aangebracht door middel van coating, impregnering of afzetting op een geactiveerd oppervlak. Ze kunnen ook dienen als matrix voor fagen, bacteriolysinen, enzymen of andere stoffen.

Aandachtspunten zijn de stabiliteit in water, de mechanische eigenschappen, de hechting, de reproduceerbaarheid, de invloed van de pH, de wasbestendigheid en de beoordeling van de cytocompatibiliteit wanneer het materiaal bestemd is voor contact met de mens.

16.6 Fagen en bacteriolysinen

Fagen en bacteriolysinen kunnen worden gebruikt als gerichte bacteriedodende middelen. Hun integratie in polymeren of textiel is verenigbaar met milde processen: hydrogels, inkapseling, immobilisatie of coatings bij lage temperatuur.

Deze strategie is relevant voor gevallen waarin de doelbacteriën bekend zijn: gezondheidszorg, medische hulpmiddelen, oppervlakken in openbare ruimtes, de agrovoedingssector of de veeteelt. Ze is bijzonder interessant voor de bestrijding van problematische of resistente bacteriën.

De knelpunten zijn de stabiliteit, het werkingsspectrum, het behoud van de activiteit, de gevoeligheid voor industriële processen, de opslag, de regelgeving en de aanvaardbaarheid door de gebruikers.

16.7 Commerciële oplossingen en benchmarks

Verschillende marktpartijen bieden al antimicrobiële oplossingen aan voor polymeren of textiel. Devan Chemicals vormt met zijn antimicrobiële textielafwerkingen een directe benchmark. Sioen en Sioen Fabrics zijn relevant voor gecoat textiel met antimicrobiële eigenschappen. Oxyplast/The Protech Group illustreert met zijn antimicrobiële poedercoatings de mogelijkheden van polymeercoatings die op harde substraten worden aangebracht. BioCote vormt een benchmark voor antimicrobiële additieven die in polymeren zijn geïntegreerd. Resysten/Alcoline, Dyphox, NanoGuardX of AIRDAL/Satair-Airbus zijn nuttig om oppervlakteoplossingen voor openbare ruimtes of het vervoer te vergelijken.

Deze oplossingen mogen niet uitsluitend als concurrenten worden beschouwd. Ze vormen ook nuttige referentiepunten voor het definiëren van industriële verwachtingen: duurzaamheid, testmethoden, claims, kosten, onderhoud en aanvaardbaarheid.

17. Geïdentificeerde spelers – Metalen materialen

17.1 Leveranciers of ontwikkelaars van oplossingen

CM4CURE is een belangrijke speler op het gebied van actieve medische coatings. Hun nanogelplatform kan relevant zijn voor medische hulpmiddelen van metaal of hybride materialen, met name wanneer men op zoek is naar een antimicrobiële functie in combinatie met andere functies, zoals antitrombose.

SICHEM/Nobacoat en Resysten/Alcoline zijn interessant voor niet-kritische contactoppervlakken in de publieke sector, het vervoer, de gezondheidszorg of de bouw. Hun belang voor ANTIRESI ligt in het aanleveren van bestaande referenties en het helpen positioneren van toekomstige oplossingen.

Molecular Plasma Group en Esix Surface Technologies kunnen worden beschouwd als spelers op het gebied van coatingprocessen of -toepassingen, die nuttig zijn voor het functionaliseren van metalen oppervlakken en het verankeren van actieve lagen.

Oxyplast/The Protech Group, met Sterilcoat, illustreert het belang van antimicrobiële poedercoatings, met name voor gecoate metalen onderdelen in de bouw, apparatuur of openbare instellingen.

AIRDAL/Satair-Airbus is weliswaar strikt genomen geen FWVL-speler, maar vormt een interessante benchmark voor toepassingen in de luchtvaart, waar hoge eisen worden gesteld aan veiligheid, duurzaamheid en materiaalcompatibiliteit.

17.2 Gebruikers, voorschrijvers en demonstratiebedrijven

In de transportsector kunnen spelers als KÖSE Cleaning, Onet Transport, Samsic, DECA Propreté, Derichebourg, Aero Services, Group-f Aviation, Wing Clean Service en Alstom Valenciennes nuttig zijn bij het vaststellen van reinigingsvereisten, kritieke oppervlakken en demonstratiescenario’s.

In de voedingsmiddelenindustrie kunnen Kersia/Sopura, Christeyns, Ecolab, Diversey/Solenis, XLG, Allfoodcleaning, TECHSANIT, Bio-Propre en Nocéa Propreté helpen bij het in kaart brengen van de behoeften met betrekking tot roestvrijstalen oppervlakken, gesloten circuits, open apparatuur en vochtige zones.

In de gezondheidszorg en zorginstellingen kunnen Onet Santé, Samsic Santé, DECA, Iris Cleaning, Jani-King België, DS Cleaning, EconetPRO, Tristel, Meiko en Hypronet helpen om oplossingen af te stemmen op de protocollen voor biologische reiniging, desinfectie en onderhoud.

In de veeteelt kunnen JM Cleaning, ONS F.S, APA, Boué SARL, Kersia, Huvepharma, CID LINES/Ecolab en MS Schippers helpen bij het in kaart brengen van de eisen op het gebied van bioveiligheid, slijtage, desinfectie en veroudering in een agressieve omgeving.

18. Geïdentificeerde spelers – Keramische materialen

18.1 Deelnemers aan het consortium en technologische partners

Het CRIBC en het CERAMATHS-UPHF zijn de belangrijkste partners op het gebied van keramische en biokeramische materialen. Hun rol omvat enerzijds de fabricage, vormgeving, karakterisering, oppervlaktebehandeling en ontwikkeling van referentiematerialen, en anderzijds coatings, nanogestructureerde lagen, milde chemie en oppervlakteoplossingen die toepasbaar zijn op keramiek. URCA, UMONS, CRITT Matériaux Innovation, CER Groupe, EuraMaterials en Centexbel vullen de waardeketen aan met expertise op het gebied van materialen, microbiologie, validatie, kennisoverdracht, karakterisering en industriële toepassing.

18.2 Biomedische industriële bedrijven en demonstratieprojecten

CERHUM, WISHBONE, NOVADIP en THERAVET zijn belangrijke spelers voor biomedische toepassingen. Hun 3D-botimplantaten en -transplantaten vormen gebruiksscenario’s die rechtstreeks aansluiten bij calciumfosfaten, gecontroleerde porositeit en botregeneratie. Hoewel het publiekelijk geïdentificeerde aanbod voornamelijk gericht is op osteoconductie en botreconstructie, zou de toevoeging van een antibacteriële functionaliteit een zeer relevante ontwikkelingsrichting kunnen vormen.

CM4CURE richt zich vooral op actieve medische coatings en implanteerbare of semi-implanteerbare hulpmiddelen. Hun aanpak kan inspiratie bieden voor strategieën met nanogels, gecontroleerde afgifte of hybride lagen die toepasbaar zijn op bepaalde keramische of composietdragers.

Cousin Surgery wordt weliswaar voornamelijk geassocieerd met textielimplantaten en flexibele hulpmiddelen, maar kan worden beschouwd als een regionale biomedische speler die in het algemene overzicht moet worden meegenomen, met name voor hybride hulpmiddelen of benaderingen waarbij keramiek en polymeer worden gecombineerd. Hetzelfde geldt voor Lattice Medical (Loos, FR), dat de ‘Matisse®’-borstimplantaten ontwikkelt.

18.3 Leveranciers of aanbrengers van coatings

SICHEM/Nobacoat en Resysten/Alcoline zijn relevant voor niet-implanteerbare minerale, geglazuurde of keramische oppervlakken in de gezondheidszorg, de openbare sector, het transport of de bouw. Deze oplossingen kunnen dienen als commerciële referenties en benchmarks om de duurzaamheid, de claims en de verwachte prestaties te beoordelen.

Molecular Plasma Group en Esix Surface Technologies kunnen worden beschouwd als spelers op het gebied van processen voor het functionaliseren of verankeren van actieve lagen op glas en keramiek. Hun belang ligt in hun vermogen om op te treden als aanbrengers of integrators van oppervlaktebehandelingen.

Knauf Ceiling Solutions en KONE zijn strikt genomen geen keramische spelers, maar zij illustreren toepassingsmarkten in de bouwsector, de publieke sector en omgevingen met strenge hygiëne-eisen. Zij kunnen helpen bij het in kaart brengen van de behoeften aan minerale oppervlakken, glasoppervlakken of geïntegreerde apparatuur.

18.4 Eindgebruikers en voorschrijvers

Spelers uit de agrovoedings- en farmaceutische sector — Kersia/Sopura, Christeyns, Ecolab, Diversey/Solenis, Allfoodcleaning, XLG, TECHSANIT, Bio-Propre, Nocéa Propreté, NIDD — kunnen inzicht geven in de daadwerkelijke eisen met betrekking tot apparatuur, reinigingscycli, oppervlakken die in contact komen met het product, biofilms en productiestilstanden.

Spelers uit de gezondheidszorg en de publieke sector — Onet Santé, Samsic Santé, DECA, Iris Cleaning, Jani-King België, DS Cleaning, EconetPRO, Tristel, Meiko, Hypronet — kunnen helpen bij het definiëren van kritieke oppervlakken, hygiëneprotocollen en acceptatie-eisen.

Spelers uit de transportsector — KÖSE Cleaning, Onet Transport, Samsic, DECA Propreté, Derichebourg, Aero Services, Group-f Aviation, Wing Clean Service, Alstom Valenciennes — zijn relevant voor glazen en minerale oppervlakken en apparatuur die aan het publiek wordt blootgesteld.

Spelers uit de veeteelt — JM Cleaning, ONS F.S, APA, Boué SARL, Kersia, Huvepharma, Ecolab/CID LINES, MS Schippers — kunnen helpen bij het vaststellen van robuustheidstests in vochtige, agressieve en organisch rijke omgevingen.

19. Geïdentificeerde spelers – Polymeer- en textielmaterialen

19.1 Partijen binnen het consortium en technologische partners

ITHEMM-URCA en Centexbel zijn de partners die activiteit 3.3 „Polymeren, composieten en textiel“ coördineren. Hun rol omvat het extruderen van garens, het extruderen van tweecomponenten-kern-schil-structuren, het weven, het coaten, de karakterisering van textiel, weerstandstests, slijtagetests, comforttests en antimicrobiële tests, evenals het ontwerpen en vervaardigen van materialen met antibacteriële eigenschappen.

Het CRITT Matériaux Innovation houdt zich bezig met het ontwerp, de karakterisering, oppervlaktebehandelingen, plasma-functionalisering en coatings. De UMONS, de UPHF, de CER Groupe en het CRIBC brengen aanvullende expertise in op het gebied van formulering, biologische oplossingen, microbiologie, in vitro/in vivo-validatie, karakterisering en technologieoverdracht. EuraMaterials speelt een belangrijke rol bij het mobiliseren van bedrijven en het verspreiden van kennis naar de toepassingssectoren.

19.2 Leveranciers en ontwikkelaars van textiel-/polymeeroplossingen

Devan Chemicals is de speler die het meest direct gericht is op antimicrobiële textielafwerkingen in de FWVL-regio. Het bedrijf is een belangrijke referentie voor oplossingen op het gebied van textielafwerking, duurzaamheidseisen en toepassingsmarkten.

Sioen, Sioen Fabrics en Sioline zijn belangrijke spelers op het gebied van gecoat technisch textiel. Zij zijn relevant voor demonstratiemodellen van flexibele oppervlakken, membranen, dekzeilen, beschermend textiel, technische bekledingen of materialen die worden gebruikt in transport, gezondheidszorg, de agrovoedingssector of de publieke sector.

Vetex is een integrator van technisch en medisch textiel, relevant voor laminaten, chirurgisch textiel, beschermingsmiddelen en barrièreoplossingen. Utexbel, Concordia Textiles en Liebaert Textiles zijn textielproducenten die in staat zijn om functionaliteiten in textiel te integreren , technische textiel, werkkleding, beschermingskleding of medische toepassingen. Dickson Constant vormt een interessant aanknopingspunt in Hauts-de-France voor technisch textiel, geweven vloerbedekkingen en toepassingen voor de publieke sector. BekaertDeslee kan relevant zijn voor beddengoed, matrassen, hoezen en toepassingen in de gezondheidszorg en de publieke sector.

CM4CURE richt zich voornamelijk op medische polymeercoatings, met name implanteerbare of semi-implanteerbare hulpmiddelen, katheters en oppervlakken waarvoor een gecontroleerde afgifte vereist is. Cousin Surgery is een belangrijke speler op het gebied van textielimplantaten en implanteerbare hulpmiddelen in de regio Hauts-de-France. Deze twee spelers zorgen voor een koppeling tussen activiteit 3.3 en de sector van implanteerbare biomedische hulpmiddelen.

19.3 Gebruikers, voorschrijvers en demonstratiebedrijven

De sectoren gezondheidszorg en verzorgingstehuizen kunnen worden vertegenwoordigd door Onet Santé, Samsic Santé, DECA, Iris Cleaning, Jani-King België, DS Cleaning, EconetPRO, Tristel, Meiko en Hypronet. Zij maken het mogelijk om de beperkingen op het gebied van reiniging, desinfectie, menselijk contact en aanvaardbaarheid in kaart te brengen.

De agrovoedingssector kan worden vertegenwoordigd door Kersia/Sopura, Christeyns, Ecolab, Diversey/Solenis, Allfoodcleaning, XLG, TECHSANIT, Bio-Propre, Nocéa Propreté, NIDD en PNB Nettoyage. Deze spelers zijn nuttig voor het valideren van polymeren die in contact komen met vochtige omgevingen, organische stoffen, vetten, eiwitten, desinfectiemiddelen en reinigingscycli.

Het openbaar vervoer kan worden vertegenwoordigd door KÖSE Cleaning, Onet Transport, Samsic, DECA Propreté, Derichebourg, Aero Services, Group-f Aviation, Wing Clean Service, Alstom Valenciennes, AIRDAL/Satair-Airbus, Resysten/Alcoline, BioCote, Dyphox of NanoGuardX. De demonstraties kunnen gericht zijn op stoelen, armleuningen, handgrepen, panelen, vloerbedekking of interieurtextiel.

De intensieve veehouderij kan worden vertegenwoordigd door JM Cleaning, ONS F.S, APA, Boué SARL, Kersia, Huvepharma, Ecolab/CID LINES en MS Schippers. De demonstraties kunnen gericht zijn op polymeren in apparatuur, scheidingswanden, leidingen, buizen, drinkbakken of onderdelen die aan agressieve reiniging worden onderworpen.

Chapitre 17

Chapitre 18

Chapitre 19

Annexes

Bijlage — Overzicht van betrokken partijen, oplossingen en bruikbare internetbronnen

Deze bijlage geeft een overzicht van de geïdentificeerde actoren, bedrijven, technologische oplossingen en potentiële gebruikers.

Beperkingen en voorzorgsmaatregelen

Het doel is niet om een uitputtende lijst van alle leveranciers van antimicrobiële oplossingen op te stellen, maar om een eerste operationeel overzicht te bieden van de actoren die kunnen worden ingezet.

Dit overzicht vormt een werkbasis die zal evolueren naarmate het onderzoek in het kader van het project vordert.

Samenvatting

1. Waarom is het belangrijk om oppervlakken te behandelen?

2. Sectorgebonden uitdagingen

2.1 Secteur médical et hospitalier

In kaart brengen van milieurisico’s in de zorgomgeving – Identificatie van kritieke oppervlakken en risicogebieden

3. De belangrijkste werkingsmechanismen van antibacteriële oppervlakken

3.2 Bacteriedodende contactoppervlakken

3.3.Oppervlakken met gecontroleerde afgifte

3.4 Fotoactiveerbare of fotokatalytische oppervlakken

3.5 Texturering en topografische effecten

3.6 Antibacteriële biotechnologieën: fagen, enzymen en bacteriolysinen

4. Preventie of behandeling: welke strategie verdient de voorkeur?

5. Beperkingen van conventionele oplossingen

6. Ontwikkeling van innovatieve oplossingen​

​

​

​​

6.3 Antibacteriële textiel

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

6.5 Gedoteerd calciumfosfaat

​

7.Standaardisatie en evaluatietests

8.Toepassingsgebieden - Metalen materialen

8.1 Gezondheidszorg, biomedische sector en zorginstellingen

8.2 Voedingsmiddelenindustrie

​

8.3 Openbaar vervoer

8.4 Intensieve veehouderij

9.Toepassingsgebieden – Keramische materialen

9.1 Biomedisch, implantaten en weefselengineering

9.2 Voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie

9.3 Gezondheidszorg, openbare instellingen en verzorgingstehuizen

9.4 Openbaar vervoer en openbare infrastructuur

9.5 Intensieve veehouderij en vochtige omgevingen

10.Toepassingsgebieden – Polymeren, textiel

10.1 Gezondheidszorg, biomedische sector en verzorgingstehuizen

10.2 Technisch textiel en werkkleding

10.3 Voedingsmiddelenindustrie

10.4 Openbaar vervoer

10.5 Intensieve veehouderij en bioveiligheid

​​

​

​

11.Specifieke kenmerken van metalen oppervlakken

12.Specifieke kenmerken van keramische oppervlakken

12.1 Aluminiumoxide en zirkoniumoxide

12.2 Calciumfosfaten

12.3 Glas en glazen oppervlakken

12.4 Poreuze en macroporiële keramiek

13.Specifieke kenmerken van polymeer-, composiet- en textieloppervlakken

13.1 Chemische en morfologische diversiteit

13.2 Lage verwerkingstemperaturen

13.3 Slijtage, wassen en veroudering

13.4 Menselijk contact, comfort en veiligheid

13.5 Functionalisering in de massa of aan het oppervlak

14.Relevante technologische oplossingen voor metalen

14.1 Intrinsiek antimicrobiële metalen en functionele legeringen

14.2 Antibacteriële oxidelagen

14.3 Sol-gel en hybride organisch-anorganische lagen

14.4 Functionele hydrogels

14.5 Geïmmobiliseerde of vrijgekomen fagen en bacteriolysinen

14.6 Lasertexturering en micro-/nanostructurering

11.7 Antimicrobiële polymeercoatings op metaal

15.Relevante technologische oplossingen voor keramiek en glas

15.1 Antibacteriële dotering van keramiek

15.2 ZnO-coatings en functionele oxiden

15.3 Sol-gel en zachte chemie

15.4 Lasertexturering en oppervlaktebewerking

15.5 Bioactieve keramiek met gecontroleerde afgifte

6. Ontwikkeling van innovatieve oplossingen

16.1. Antimicrobiële extrusie en compoundering

Het impregneren is een klassieke industriële methode om een formulering op een weefsel, breiwerk of vlies aan te brengen. Het maakt een relatief eenvoudige functionalisering mogelijk, die compatibel is met talrijke textieldragers en -productielijnen.

16.3 Textiel- of polymeercoating

16.4 Functionalisering met plasma

16.5 Chitosan-hydrogels

16.7 Commerciële oplossingen en benchmarks

In de transportsector kunnen spelers als KÖSE Cleaning, Onet Transport, Samsic, DECA Propreté, Derichebourg, Aero Services, Group-f Aviation, Wing Clean Service en Alstom Valenciennes nuttig zijn bij het vaststellen van reinigingsvereisten, kritieke oppervlakken en demonstratiescenario’s.

18.2 Biomedische industriële bedrijven en demonstratieprojecten

18.3 Leveranciers of aanbrengers van coatings

18.4 Eindgebruikers en voorschrijvers

19.2 Leveranciers en ontwikkelaars van textiel-/polymeeroplossingen

19.3 Gebruikers, voorschrijvers en demonstratiebedrijven