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Wissen · Biofilm

Wie lässt sich Biofilm auf Oberflächen verhindern?

5 Min. LesezeitStand Oktober 2026

Kurz gesagt

Biofilm lässt sich am besten verhindern, bevor er entsteht: in der Phase, in der sich einzelne Zellen an eine Oberfläche anlagern. Dafür gibt es vier Strategien: Anhaftung verhindern, Zellen bei Kontakt abtöten, einen Wirkstoff freisetzen oder anhaftenden Belag ablösen. Welche passt, hängt von Material, Einsatzdauer, Umgebung und Zulassungsweg ab.

CDC-Biofilmreaktor: Glasgefäß auf Magnetrührer, acht Stäbe mit runden Prüfkörpern in Nährmedium, Schläuche
Symbolbild
CDC-Biofilmreaktor, das Standardgerät für Biofilmprüfungen nach ASTM E2562

Warum der Anfang entscheidet.

Biofilm ist eine Gemeinschaft von Mikroorganismen, die in einer selbst gebildeten Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) lebt [1]. Die Matrix hält die Zellen zusammen und erschwert das Eindringen von Wirkstoffen. Zellen im Biofilm sind gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen deutlich toleranter als frei schwimmende Zellen [2].

Auf Implantaten und Kathetern beginnt ein Wettlauf um die Oberfläche: Körperzellen und Bakterien konkurrieren um denselben Platz [3, 4]. Oft lagern sich zuerst Proteine aus Blut, Urin oder Gewebeflüssigkeit an. Dieser Konditionierungsfilm verändert die Oberfläche, bevor die ersten Zellen ankommen.

Wirksame Strategien setzen deshalb so früh wie möglich an. Je länger ein Produkt im Einsatz ist, desto wichtiger ist, dass die Wirkung über die ganze Einsatzdauer erhalten bleibt. Wie Biofilm in fünf Phasen entsteht [5, 6], zeigt die Biofilm-Zeitmaschine auf der Seite Medizinprodukte.

Literatur

Biofilm-Zeitmaschine ansehen

Vier Strategien gegen Biofilm.

tötet ab ↑ · tötet nicht ab ↓ Wirkort: Oberfläche ← → Umgebung
Modellhafte Darstellung

Kombinationen. Viele Entwicklungen verbinden zwei Strategien, zum Beispiel eine anti-adhäsive Schicht mit einer kontaktaktiven oder freisetzenden Komponente [13].

Was sehe ich?
  • Anhaftung verhindern (anti-adhäsiv). Die Oberfläche bietet Zellen keinen Halt, etwa durch stark wasserbindende Polymerbürsten wie Polyethylenglykol, zwitterionische Schichten oder Mikrostrukturen. Abgetötet wird nichts. Kleine Defekte oder ein Proteinfilm können die Wirkung mit der Zeit aufheben [7, 8].
  • Kontakt-Abtötung. Fest gebundene, meist kationische Gruppen stören die Zellhülle von Mikroorganismen, die die Oberfläche berühren [9]. Es wird kein Wirkstoff abgegeben. Die Wirkung reicht nur so weit wie der direkte Kontakt; abgestorbene Zellen und Ablagerungen können die aktive Schicht abdecken [10]. Auch feine Nanostrukturen können Zellen bei Kontakt mechanisch schädigen [8].
  • Freisetzung (release killing). Das Material gibt einen Wirkstoff ab, etwa Silberionen, ein Antiseptikum oder ein Antibiotikum, der auch in der nahen Umgebung wirkt. Der Vorrat ist begrenzt, die abgegebene Menge sinkt mit der Zeit [11]. Der Wirkstoff gelangt in Flüssigkeit, Gewebe oder Abwasser; das ist für Bewertung und Zulassung zu berücksichtigen.
  • Antifouling und Ablösung. Oberflächen mit niedriger Oberflächenenergie, etwa auf Silikonbasis, halten Belag so schwach fest, dass Strömung ihn abträgt (fouling release) [7]. Enzymatische Ansätze bauen die Matrix eines bestehenden Biofilms ab und lösen Zellen heraus [12]. Beide Wege brauchen Scherkräfte oder einen Wirkstoff vor Ort und töten selbst nicht ab.
  • Kombinationen. Viele Entwicklungen verbinden zwei Strategien, zum Beispiel eine anti-adhäsive Schicht mit einer kontaktaktiven oder freisetzenden Komponente [13].
Die vier Strategien im Vergleich
StrategieWirkortAbtötungStärkeGrenzeTypische Prüfung
Anhaftung verhindernOberflächeneinkein Verbrauch, keine AbgabeDefekte, ProteinfilmAdhäsionstest, Biofilmreaktor (ASTM E2562)
Kontakt-AbtötungOberflächejakeine Abgabe an die Umgebungnur bei direktem Kontakt, Abdeckung durch AblagerungenISO 22196, ASTM E2149
FreisetzungOberfläche und Umgebungjawirkt auch im Abstandbegrenzter Vorrat, Wirkstoff in der UmgebungHemmhoftest, ISO 22196
Antifouling, AblösungGrenzflächeneinentfernt auch bestehenden Belagbraucht Strömung oder Wirkstoff vor OrtDurchfluss- oder Reaktormodell

In fünf Schritten zur passenden Strategie.

  1. 01

    Einsatzdauer klären

    Stunden (Einmalprodukt), Tage bis Wochen (Katheter) oder Jahre (Bauteil, Oberfläche).

  2. 02

    Umgebung beschreiben

    feucht oder trocken, Strömung oder Stillstand, Nährstoffe, Temperatur.

  3. 03

    Kontakt festlegen

    Haut, Schleimhaut, Blut, Lebensmittel oder nur technische Medien.

  4. 04

    Entscheiden, ob ein Wirkstoff das Material verlassen darf. Das bestimmt, ob Kontakt- oder Freisetzungssysteme in Frage kommen, und prägt den regulatorischen Weg (Biozid-Verordnung, MDR).

  5. 05

    Prüfplan aufstellen

    eine Norm für die Oberflächenaktivität und ein Biofilmmodell, das der Anwendung nahekommt.

  6. 06

    Erfolgskriterium vor der Prüfung festlegen, etwa die geforderte Log-Reduktion gegenüber unbehandeltem Material.

Wie Anti-Biofilm-Wirkung geprüft wird.

ISO 22196 misst die antibakterielle Aktivität einer Oberfläche nach 24 Stunden unter einer Deckfolie bei 35 °C und mindestens 90 % relativer Feuchte [15]. Der Test zeigt Abtötung oder Wachstumshemmung; einen Biofilm bildet er nicht ab.

Für Biofilm gibt es eigene Modelle. Im CDC-Biofilmreaktor nach ASTM E2562-22 wächst ein Biofilm von Pseudomonas aeruginosa (ATCC 700888) 48 Stunden unter hoher Scherung auf Prüfkörpern. Das Ergebnis wird als log₁₀ KBE je Fläche angegeben [14].

Für Kunststoffe und andere nicht poröse Oberflächen gibt es seit 2023 eine eigene Norm. ISO 4768 lässt einen Biofilm von Staphylococcus epidermidis (ATCC 35984) 48 Stunden bei 35 °C auf der Probe wachsen, färbt ihn mit Kristallviolett an und vergleicht die Absorption mit unbehandeltem Material. Textilien und photokatalytische Materialien sind ausgenommen [16].

ISO 22196:2011 · ISO 4768:2023 · ASTM E2562-22

Prüfnormen erklärt

Vier häufige Fehler bei Anti-Biofilm-Aussagen.

  • Ein Ergebnis aus einem 24-Stunden-Oberflächentest als Biofilmaussage verwenden. Abtötung unter einer Folie ist etwas anderes als ein gewachsener Biofilm.
  • Nur einen Organismus prüfen, obwohl in der Anwendung mehrere vorkommen, etwa grampositive und gramnegative Bakterien oder Hefen.
  • Nur frisches Material prüfen. Alterung, Reinigung, Sterilisation oder Kontakt mit Körperflüssigkeiten können die Oberfläche verändern.
  • Ohne Konditionierungsfilm prüfen. In Protein-, Serum- oder Urinlösung verhält sich eine Oberfläche anders als in reinem Puffer.

Für Ihr Produkt

Was das für Ihr Produkt heißt.

Für Katheter, Schläuche und andere Medizinprodukte mit Liegedauer bestimmt die gewählte Strategie den Prüfplan und den regulatorischen Weg. Z-Chitosan verbindet ein kationisches Biopolymer mit Pflanzenextrakten; ob es im jeweiligen Material über Kontakt, Freisetzung oder beides wirkt, wird je Material geprüft.

Machbarkeit prüfen

Häufige Fragen

Häufige Fragen.

Ihre Frage ist nicht dabei? Fragen Sie den Assistenten oder das Team.

Kann eine Oberfläche Biofilm vollständig verhindern?

Laborprüfungen zeigen, dass Oberflächen die Besiedlung deutlich verringern oder verzögern können. In der Anwendung wirken zusätzlich Proteinfilme, Strömung, Nährstoffe und die Einsatzdauer. Belastbar ist deshalb nur eine Aussage, die Organismus, Norm, Zeitpunkt und Bedingungen nennt. Ohne diese Angaben lässt sich eine Wirkaussage nicht bewerten.

Was unterscheidet anti-adhäsiv von antimikrobiell?

Eine anti-adhäsive Oberfläche verhindert, dass Zellen haften, tötet sie aber nicht. Eine antimikrobielle Oberfläche tötet Mikroorganismen ab oder hemmt ihr Wachstum, durch Kontakt oder durch einen freigesetzten Wirkstoff. Beide Ansätze lassen sich kombinieren, etwa in einer Beschichtung aus zwei Schichten. Jeder braucht eine eigene, passende Prüfmethode.

Reicht ein Test nach ISO 22196 als Nachweis gegen Biofilm?

Nein. ISO 22196 misst die antibakterielle Aktivität einer Oberfläche über 24 Stunden bei 35 °C und mindestens 90 % relativer Feuchte. Biofilm entsteht unter anderen Bedingungen, oft in Flüssigkeit und unter Strömung. Für eine Aussage zu Biofilm kommt ein Biofilmmodell hinzu, etwa nach ISO 4768 oder im CDC-Biofilmreaktor nach ASTM E2562.

Autor
Redaktion ZCP
Stand
Oktober 2026 · Recherche-Stand 26.09.2026
Lesezeit
5 Min.
Quellen16
  1. Flemming H.-C., Wingender J. (2010): The biofilm matrix. Nature Reviews Microbiology 8(9):623–633. DOI 10.1038/nrmicro2415
  2. Mah T.-F. C., O'Toole G. A. (2001): Mechanisms of biofilm resistance to antimicrobial agents. Trends in Microbiology 9(1):34–39. DOI 10.1016/S0966-842X(00)01913-2
  3. Gristina A. G. (1987): Biomaterial-centered infection: microbial adhesion versus tissue integration. Science 237(4822):1588–1595. DOI 10.1126/science.3629258
  4. Busscher H. J., van der Mei H. C., Subbiahdoss G. et al. (2012): Biomaterial-associated infection: locating the finish line in the race for the surface. Science Translational Medicine 4(153):153rv10. DOI 10.1126/scitranslmed.3004528
  5. Stoodley P., Sauer K., Davies D. G., Costerton J. W. (2002): Biofilms as complex differentiated communities. Annual Review of Microbiology 56:187–209. DOI 10.1146/annurev.micro.56.012302.160705
  6. Sauer K., Stoodley P., Goeres D. M. et al. (2022): The biofilm life cycle: expanding the conceptual model of biofilm formation. Nature Reviews Microbiology 20:608–620. DOI 10.1038/s41579-022-00767-0
  7. Banerjee I., Pangule R. C., Kane R. S. (2011): Antifouling coatings: recent developments in the design of surfaces that prevent fouling by proteins, bacteria, and marine organisms. Advanced Materials 23(6):690–718. DOI 10.1002/adma.201001215
  8. Hasan J., Crawford R. J., Ivanova E. P. (2013): Antibacterial surfaces: the quest for a new generation of biomaterials. Trends in Biotechnology 31(5):295–304. DOI 10.1016/j.tibtech.2013.01.017
  9. Tiller J. C., Liao C.-J., Lewis K., Klibanov A. M. (2001): Designing surfaces that kill bacteria on contact. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 98(11):5981–5985. DOI 10.1073/pnas.111143098
  10. Kaur R., Liu S. (2016): Antibacterial surface design – contact kill. Progress in Surface Science 91(3):136–153. DOI 10.1016/j.progsurf.2016.09.001
  11. Siedenbiedel F., Tiller J. C. (2012): Antimicrobial polymers in solution and on surfaces: overview and functional principles. Polymers 4(1):46–71. DOI 10.3390/polym4010046
  12. Kaplan J. B. (2010): Biofilm dispersal: mechanisms, clinical implications, and potential therapeutic uses. Journal of Dental Research 89(3):205–218. DOI 10.1177/0022034509359403
  13. Salwiczek M., Qu Y., Gardiner J., Strugnell R. A., Lithgow T., McLean K. M., Thissen H. (2014): Emerging rules for effective antimicrobial coatings. Trends in Biotechnology 32(2):82–90. DOI 10.1016/j.tibtech.2013.09.008
  14. ASTM E2562-22: Standard Test Method for Quantification of Pseudomonas aeruginosa Biofilm Grown with High Shear and Continuous Flow using CDC Biofilm Reactor. ASTM International, West Conshohocken.
  15. ISO 22196:2011: Measurement of antibacterial activity on plastics and other non-porous surfaces. International Organization for Standardization, Genf.
  16. ISO 4768:2023: Measurement method of anti-biofilm activity on plastic and other non-porous surfaces. International Organization for Standardization, Genf.

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