FAQ – Bereich / Frage Bereich zu Proteinabweisende / Protein-Fouling-reduzierende Beschichtungen

FAQ – Proteinabweisende & antihaftende Beschichtungen

 

Was bedeutet „proteinabweisend“ bzw. „Protein-Fouling-reduzierend“?

Proteinabweisende Beschichtungen sind funktionelle Oberflächen, die verhindern, dass sich Proteine, Enzyme, Biofilme oder organische Prozessrückstände dauerhaft anlagern. Ziel ist es, Adsorption deutlich zu reduzieren und Reinigung, Hygiene sowie Prozessstabilität zu verbessern.

 

Worin unterscheidet sich Proteinabweisung von klassischer Antihaftwirkung?

Klassische Antihaft-Beschichtungen reduzieren vor allem mechanisches Haften (z. B. von Schmelzen, Klebstoffen oder Verkrustungen).

Proteinabweisende Schichten wirken zusätzlich auf molekularer Ebene und verhindern Anlagerung durch:

hydrophobe Wechselwirkungen

elektrostatische Effekte

Wasserverdrängung an der Oberfläche

Moderne Funktionsschichten kombinieren häufig beide Effekte.

 

Vergleich: Normale Antihaftbeschichtung vs. proteinabweisende Funktionsschicht

Merkmal	Normale Antihaftbeschichtung	Proteinabweisende Beschichtung
Hauptziel	Mechanisches Anhaften reduzieren	Molekulare Proteinadsorption minimieren
Wirksam gegen	Schmelzen, Klebstoffe, Schmutz, Verkrustungen	Proteine, Enzyme, Biofilme
Wirkprinzip	Niedrige Oberflächenenergie	Hydrathüllen & Grenzflächenchemie
Protein-Fouling	häufig weiterhin vorhanden	stark reduziert
Biofilmbildung	möglich	deutlich verzögert
Reinigungsaufwand	reduziert	sehr gering
Langzeitwirkung	gut mechanisch	sehr gut bei Modifikation
Chemische Anpassung	meist nicht nötig, Prüfung gegenüber Kontaktmedium, um die richtige Schicht zu ermitteln	gezielt erforderlich
Typische Anwendungen	Formen, Extruder, Maschinenbau	Food, Pharma, Biotech, Sensorik, Biosensoren

 

 

Definition: Proteinabweisende / Protein-Fouling-reduzierende Beschichtungen

Es handelt sich oft um zwitterionisch modifizierte Funktionsschichten, ist aber kein muss.

 

Welche Typischen Laborverfahren kommen zur Anwendung

Methode	Was gemessen wird	Referenzpraxis
BSA-Adsorptionstest	Menge gebundenes Albumin	Industriestandard
Fibrinogen-Adsorption	thrombosekritisches Protein	Blutkontakt
QCM-D	Echtzeit-Massenadsorption	Sensorik
Fluoreszenz-Protein-Assays	Oberflächenbelegung	Hochdurchsatz
TOC-Analyse	organische Rückstände	Prozessindustrie

 

Die Wirksamkeit wird typischerweise über Proteinadsorptionstests (z. B. Albumin- oder Fibrinogen-Adsorption), Langzeitbelastungen in prozessnahen Medien sowie – bei medizintechnischen Anwendungen – gemäß ISO-10993-Richtlinien zur Blutverträglichkeit geprüft.

 

- Proteinadsorptionstest (direkt)
- ISO-10993-Blutkontakt (wenn MedTech)
- Langzeitalterung
- Medienexposition

 

Dauerimmersion in Serum, Blutersatz, Prozesswasser CIP-Simulationen, Temperaturwechseltests, mechanische Belastung

Kontaktwinkel

Benetzung

 

AFM/SEM

Rauigkeit

 

Schichtdicke

Stabilität

 

Chemische Analyse (XPS, FTIR)

Funktionelle Gruppen

 

ASTM-Verfahren (Industrie & Hygiene)

ASTM E2180 – antimikrobielle Oberflächenleistung

ASTM G21/G22 – biologische Bewuchsprüfung

Adaptionen für proteinreiche Medien

 

Nicht speziell „Protein“, aber relevant für Fouling folge Effekte

ISO 10993-Serie

 

Besonders wichtig:

ISO 10993-1 – biologische Bewertung von Medizinprodukten

ISO 10993-4 – Blutverträglichkeit
(Thrombose, Hämolyse, Gerinnung, Proteininteraktion)

 

Zytotoxizität

ISO 10993-5 Titel: Biological evaluation of medical devices – Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity. Diese Norm ist Teil der ISO-10993-Reihe zur biologischen Bewertung von Medizinprodukten.

Sie ist:

• regulatorischer Standard (EU MDR, FDA)
• verpflichtend für nahezu alle Medizinprodukte mit Körperkontakt
• auch relevant für Beschichtungen

 

Was wird bei einem Zytotoxizitätstest geprüft?

Es wird untersucht, ob:

• Zellen absterben
• Zellwachstum gehemmt wird
• Morphologie verändert wird
• toxische Stoffe aus der Beschichtung freigesetzt werden.
• Es ist kein Fouling-Test, sondern ein Sicherheits-Test.

 

Typische Testverfahren nach ISO 10993-5

Test	Beschreibung
Extrakt-Test	Beschichtung wird in Medium ausgelaugt → Zellkultur reagiert darauf
Direktkontakt-Test	Material liegt direkt auf Zellkultur
Agar-Diffusionstest	toxische Substanzen diffundieren durch Agar

 

Am häufigsten:

L929-Mausfibroblasten und 24–72 h Inkubation

Zellviabilität in %

Morphologische Veränderungen

Qualitative Skala (0–4)

Typischer Grenzwert:

✔ ≥ 70 % Zellviabilität = nicht zytotoxisch

 

Wenn es um Blutkontakt geht:

ISO 10993-4 → Blutverträglichkeit

ISO 10993-10 → Irritation & Sensibilisierung

ISO 10993-11 → systemische Toxizität

Für Oberflächenmodifikationen sind diese oft kombiniert erforderlich.

 

Eine proteinabweisende Beschichtung kann:

hervorragend antifouling sein, aber regulatorisch ungeeignet, wenn sie zytotoxisch ist

Deshalb sind bei MedTech und Medizinalkontakt Beschichtungen:

Wirksamkeitsnachweis (Proteinreduktion)

Biokompatibilität (ISO 10993)

immer zwei getrennte Prüfbereiche.

 

Die Biokompatibilität wird bei medizintechnischen Anwendungen gemäß ISO 10993 geprüft, insbesondere nach ISO 10993-5 (Zytotoxizität) und ISO 10993-4 (Blutverträglichkeit).

 

Warum haften Proteine an technischen Oberflächen?

Proteine binden durch:

• hydrophobe Wechselwirkungen
• elektrostatische Kräfte
• Van-der-Waals-Wechselwirkungen
• mikroskopische Rauigkeit
• Oft bildet sich schnell ein sogenannter Konditionierungsfilm, der weiteres Fouling begünstigt.

 

Können Beschichtungen Proteine vollständig abweisen?

Nein. Eine 100 %ige Abweisung ist physikalisch nicht möglich. Sehr hochwertige Beschichtungen erreichen jedoch: 90–99,9 % Reduktion der Proteinadsorption was in der Praxis enorme Vorteile bringt. Dies entspricht je nach Anwendung einer um Größenordnungen verbesserten Standzeit und Reinigbarkeit.

 

Sind PFAS-freie Antihaftbeschichtungen automatisch proteinresistent?

Nein. PFAS-freie Systeme reduzieren viele Verschmutzungen sehr gut, aber echte Proteinabweisung erfordert zusätzlich eine angepasste Oberflächenchemie.

 

Können solche Schichten Biofilmbildung verhindern?

Sie verzögern und reduzieren sie deutlich, da Biofilme meist auf einer ersten Proteinschicht entstehen.

 

Welche Eigenschaften sind entscheidend?

• hydratisierte Grenzschichten
• geringe Rauigkeit
• chemische Stabilität
• feste Schichtverankerung

Die Wirksamkeit wird typischerweise über Proteinadsorptionstests, Langzeitversuche und prozessnahe Medien geprüft.

 

Welche Anwendungen profitieren besonders?

• Bioreaktoren & Prozessanlagen
• Schläuche, Ventile, Pumpen
• Sensorik & Mikrofluidik
• Anwendungen mit Biosensoren
• Chromatographie
• Lebensmittel- & Pharmaanlagen

 

Verbessern proteinabweisende Schichten die Reinigung?

Ja (Materialabhängig und Kontaktmediumabhängig):

kürzere Reinigungszyklen

weniger Chemikalien

geringere Stillstandszeiten

 

Sind diese Beschichtungen für hygienische Anwendungen geeignet?

Ja – bei entsprechender Auslegung, Materialfreigabe und Prozessanpassung.

 

Wie langlebig sind sie?

Abhängig von:

Belastung, Temperatur, Reinigungschemie, Medium

 

Wichtiger Hinweis zu proteinabweisenden Beschichtungen bei Hescoat

Proteinabweisende, Protein-Fouling-reduzierende und biologisch modifizierte Beschichtungen werden bei Hescoat ausschließlich im Entwicklungsservice realisiert.

Das bedeutet:

✔ vorhandene Beschichtungen werden gezielt modifiziert
✔ Oberflächenchemie wird an die Anwendung angepasst
✔ Anti-Fouling-Eigenschaften werden individuell entwickelt
✔ mechanische Performance bleibt erhalten

 

Es handelt sich nicht um Standardprodukte, sondern um applikationsspezifische Lösungen.  Die Entwicklung erfolgt material- und prozessspezifisch je nach Substrat, Medium und Belastung. Es handelt sich meist um längere und grösser Entwicklungsprojekte.

 

Verkauft Hescoat die entwickelten Rezepturen

Nein, es handelt sich um eine Aufwandsentschädigung, die fertigen Produkte können dann von Hescoat als Klassischer Produktkauf bezogen werden.

 

Kurzfazit

Normale Antihaftbeschichtungen helfen gegen Ankleben und Verschmutzung.
Proteinabweisende Beschichtungen gehen deutlich weiter und reduzieren Fouling auf molekularer Ebene – sie entstehen durch gezielte Modifikation im Entwicklungsservice.

 

Weitere Begriffe hierfür sind:

• Ultra-Low-Fouling-Oberfläche
• Non-fouling surface
• Protein-resistant coating
• Biofouling-resistant surface
• Proteinabweisende Beschichtung
• Protein-Fouling-reduzierende Beschichtung
• Antifouling-Beschichtung (biologisch)
• Low-Fouling-Oberfläche
• Fouling-resistente Oberfläche
• Anti-Protein-Adsorptionsschicht
• Zwitterionische Beschichtung
• Hydratisierte Grenzschicht
• PEG-modifizierte Oberfläche
• Hydrophile Polymerbeschichtung
• Antithrombogene Beschichtung
• Blutverträgliche Oberfläche
• Hämokompatible Beschichtung
• Anti-Biofilm-Beschichtung
• Fouling-Control-Beschichtung
• Reinigungsoptimierte Oberfläche
• Anti-Deposit-Beschichtung
• Easy-to-clean Oberfläche