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Die Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen stellt ein zunehmendes gesundheitliches und gesellschaftliches Risiko dar. Alternative antimikrobielle Verfahren mit einem geringen Resistenzpotenzial, breiten Wirkspektrum und geringen Umweltrisiko gewinnen an Bedeutung. Ein solches Verfahren stellt die Photodynamische Inaktivierung (PDI) dar. Ihr Wirkmechanismus beruht auf der photosensibilisierten Anregung von Singulettsauerstoff (1O2), der durch oxidativen Stress zum Zelltod führt. Der für die katalytische Aktivierung des Sauerstoffs verantwortliche Photosensibilisator (PS), muss nicht in die Mikroorganismen eindringen und wird durch sichtbares Licht angeregt. Die Übertragung einer stationär vermittelten PDI auf Oberflächen erscheint daher besonders sinnvoll. In der vorliegenden Arbeit werden erstmalig zwei Ansätze untersucht, die sowohl kommerzielle Substrate als auch industrielle Standardverfahren zur Oberflächenveredelung verwenden: Eine Elektronenstrahl-Funktionalisierung von Mikrofiltrationsmembranen und eine textiltechnologische Funktionalisierung von Polyestergeweben, insbesondere Reinraumtextilien. Für die Charakterisierung der Polymeroberflächen werden neben Versuchen zur Zellviabilität, optisch-spektroskopische Methoden und erstmalig orts- sowie zeit-aufgelöste Messungen der 1O2-Lumineszenz herangezogen. Im Resultat erweisen sich beide Funktionalisierungsansätze als geeignet für eine stationär vermittelte PDI. Dabei sind die textiltechnologisch funktionalisierten Polyestergewebe besonders Wirkungsvoll und erzielen bereits nach kurzer Weißlichtbestrahlung von unter 30 Minuten eine antimikrobielle Wirkung. Die Messungen der 1O2-Lumineszenzkinetik erweisen sich als eine vielversprechende Methode eine mögliche PDI-Aktivität vorab zu bewerten und bei der Entwicklung wichtige Impulse für die Oberflächenfunktionalisierung zu setzen. Schließlich ist eine systematisierte Methodologie zur Bewertung PDI-aktiver Oberflächen ein wesentliches Resultat dieser Arbeit. / The spread of antimicrobial resistance is an increasing health and social risk. Alternative antimicrobial methods with a low resistance potential, broad spectrum of activity and low environmental risk are gaining importance. Photodynamic inactivation (PDI) is one such method. Its mechanism of action is based on the photosensitised excitation of singlet oxygen (1O2), which leads to cell death through oxidative stress. The photosensitizer (PS), which is responsible for the catalytic activation of the oxygen, does not have to penetrate the microorganisms and is excited by visible light. The transfer of a stationary-mediated PDI to surfaces therefore seems particularly useful. In the present work, two approaches are investigated for the first time that use both commercial substrates and standard industrial processes for surface modification: An electron beam functionalisation of microfiltration membranes and a textile-technological functionalisation of polyester fabrics, especially cleanroom textiles. In addition to experiments on cell viability, optical spectroscopic methods and, for the first time, spatially and temporally resolved measurements of 1O2 luminescence are used to characterise the polymer surfaces. As a result, both functionalisation approaches prove to be suitable for a stationary-mediated PDI. The textile-technologically functionalised polyester fabrics are particularly effective and achieve an antimicrobial effect after only a short white light irradiation of less than 30 minutes. Measurements of 1O2 luminescence kinetics are proving to be a promising method of evaluating possible PDI activity in advance and providing important impetus for surface functionalisation during development. Finally, a systematised methodology for the evaluation of PDI-active surfaces is an essential result of this work.

Biofilme aeroterrestrischer Mikroorganismen stellen im nicht-medizinischen Bereich ein ständig größer werdendes Problem dar. Sie tragen ebenfalls wesentlich zur Verwitterung von Fassaden bei und verursachen durch die daraus resultierende Notwendigkeit der Entfernung des Biofilms und Instandsetzung der Fassaden hohe Kosten. Auch das von Biofilmen auf Innenwänden von Gebäuden ausgehende Gesundheitsrisiko für den Menschen ist schwerwiegend. Solarzellen sind aufgrund ihrer rauen Glasoberfläche ebenfalls ein bevorzugter Siedlungsort für Biofilme. Auf diesen können sie durch Verschattung die Effizienz der Solarzellen deutlich herabsetzen. Die Entfernung von Biofilmen erfordert vor allem den Einsatz von Bioziden, welche ihrerseits eine Belastung für die Umwelt darstellen und zudem oft nur begrenzte Wirksamkeit zeigen. Ziel dieser Arbeit ist daher, das Potenzial der Photodynamischen Inaktivierung (PDI) als alternative Methode zur Beseitigung oder zur Prävention der Bildung von Biofilmen zu bestimmen. Dazu wurden unterschiedliche Photosensibilisatoren (PS) bezüglich ihrer Phototoxizität auf im Rahmen dieser Arbeit etablierte phototrophe Modellkulturen in Suspension, subaquatischen und subaerialen Biofilmen untersucht. Neben der Entwicklung der Biomasse während der PDI wurde mittels spektroskopischer Methoden zudem die Aktivität der Kulturen sowie die EPS-Sekretion und die Biofilmbildung gemessen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die kationischen PS PCor+ und TMPyP zur PDI phototropher Kulturen erfolgreich genutzt und die Biofilmbildung verhindert werden kann. Es wurde gezeigt, dass dieses Resultat ohne Aufnahme der PS in die Zellen erzielt wird. Dies ist bezüglich der Vermeidung einer möglichen Resistenzentwicklung der Mikroorganismen von entscheidender Bedeutung. Somit wurden mit dieser Arbeit die Voraussetzungen für die Entwicklung photodynamisch aktiver, antimikrobieller Oberflächenbeschichtungen zur Prävention des Wachstums aeroterrestrischer Biofilme geschaffen. / Biofilms of aeroterrestrial microorganisms are an ever-increasing problem in non-medical applications. They also contribute significantly to the weathering of facades and cause high costs due to the resulting necessity of removing the biofilm and repairing the facades. Furthermore, the health risk for humans caused by biofilms on interior walls of buildings is serious. In addition, solar cells are a preferred location for biofilms due to condensation on their rough glass surface. Growing there, they can significantly reduce the efficiency of the solar cells by shading, a problem which gains even more importance with increasing operating times of solar modules. In the removal of biofilms, biocides are prevalent. They are in turn a burden on the environment and often show only limited effectiveness. The aim of this work is therefore to determine the potential of Photodynamic Inactivation (PDI) as an alternative method to eliminate or prevent the formation of biofilms. Different Photosensitizers (PSs) were investigated with respect to their phototoxicity on phototrophic model cultures established in suspension, subaquatic and subaerial biofilms. In addition to biomass development during PDI, spectroscopic methods were used to measure culture activity, EPS secretion and biofilm formation. It was shown that the cationic PSs PCor+ and TMPyP can be successfully used for PDI of phototrophic cultures and that biofilm formation can be prevented. It has been shown that this result is achieved without uptake of PS into the cells. This is of decisive importance with regard to the avoidance of a possible resistance development in the microorganisms. Thus, this work created the prerequisites for the development of photodynamically active, antimicrobial surface coatings for the prevention of the growth of aeroterrestrial biofilms.