Biofilm

Biofilme sind eine Kolonieform von Mikroorganismen Mikroorganismen stellen die Wurzel des „Stammbaums des Lebens“ auf der Erde dar. Sie produzieren etwa zwei Drittel der gesamten Biomasse und anderen partikulären Stoffen, die sich an Oberflächen (Grenzflächen) anlagern können. Es handelt sich hierbei um eine gelartige bis schleimige Schicht, die aus Kohlenhydraten, Lipiden, Nukleinsäuren und Proteinen zusammengehalten wird. In dieser Schleimmatrix lagern sich extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) an, in denen die Zellen immobilisiert sind.

Die Wirkung der Biofilme unterscheidet sich in zwei Aufgaben. Zum Einen stellen sie einen Schutzmantel und Lebensraum für verschiedene Mikroorganismen dar. Als besonders vorteilhaft stellt sich vor allem der Schutz gegenüber Umwelteinflüssen dar. Hier müssen neben Sonne und Wind (Austrocknung) und Zersetzung durch UV-Strahlen auch pH-Wert Mit dieser Maßzahl wird die Stärke einer Säure oder Lauge bezeichnet, d. h. der pH-Wert sagt aus, wie sauer bzw. -Schwankungen und die Abwehr gegen Biozide genannt werden. Hinzu kommt, dass Biofilme als Nährstoffquelle und gleichzeitig -speicher dienen.

Zum anderen kann der Biofilm maßgeblich die Materialeigenschaften der Oberfläche (des Untergrundes) beeinflussen. Infolge von Temperatur Die Temperatur (lat. temperare = ins richtige Mischungsverhältnis bringen) ist ein messbares Maß für den Wärmeinhalt eines Stoffes. Die Temperatur - und Feuchteschwankungen übt der kolloidale Biofilm mechanische Belastungen im porösen Werkstoffgefüge aus und erhöht die Rauigkeit und Absorptionsfähigkeit von Materialoberflächen. Aufgrund der wasserbindenden Eigenschaften der biogenen Gel-Matrix verhalten sich ursprünglich hydrophobe Oberflächen zunehmend hydrophil und die Klebrigkeit des gelartigen Filmes führt zu Partikeladsorptionen aus der Luft. Mit dichter werdendem Belag ändern sich die Diffusionseigenschaften des Baustoffes und somit der Feuchtehaushalt und die thermischen Eigenschaften der Bausubstanz. Die Folgen der Biofilmbildung an exponierten Baustoffen sind durch eine erhöhte Adsorption Mit Adsorption wird die Aufnahme von Atomen, Ionen oder Molekülen eines Gases oder einer Flüssigkeit (Adsorbat) durch die Oberfläche eines von Schadstoffen und Partikeln, die verstärkte Ausbildung von Gradienten anorganischer Korrosionsfaktoren sowie durch die messbare Veränderung im Feuchtehaushalt und im thermischen Verhalten des betreffenden Baustoffes gekennzeichnet. Kohlenwasserstoffe werden häufig als anthropogene Einträge auf Gebäudeoberflächen nachgewiesen und dort von chemoorganotrophen Mikroorganismen abgebaut. Im Rahmen dieser biogenen Zersetzung ( Biofouling Das Biofouling ist eine unerwünschte und übermäßige Vermehrung von Mikroorganismen, welche in Biofilmen organisiert auf Oberflächen leben. Das Biofouling kann ) kann zusätzlich eine Veränderung der Oberflächenspannung auf dem Naturstein bzw. den Anstrichen auftreten, da die Mikroorganismen Emulgatoren bilden müssen, um die hydrophoben Nährstoffe Nährstoffe dürfen weder mit den Begriffen Nährboden oder Nährmedien verwechselt werden. Mit Nährstoffe werden die Partikel bezeichnet, die sich als aufnehmen zu können. Durch diese biogenen Tenside verändern Mikroorganismen auch das physiko-chemische Verhalten der Baustoffoberfläche und erschweren unter Umständen Oberflächenbehandlungen und -sanierungen. Damit bildet die mikrobielle Schadenswirkung die Grundlage für die häufig an Naturstein- und Betonoberflächen zu beobachtende Krustenbildung.

Die Entstehung der Biofilme ist an folgende Voraussetzungen geknüpft. Zum einen muss eine feuchte Kontakt-, Grenz- oder Oberfläche, zum Anderen Mikroorganismen und für deren Wachstum entsprechende Nährstoffe, vorhanden sein. Nicht jede Art von Untergrund kann durch jede Art von Mikroorganismus besiedelt werden. Oftmals muss der Untergrund (das Substrat Für das Wachstum von Mikroorganismen geeigneter Nährboden oder ggf. auch Oberflächen bzw. Untergründe. ) erst „vorbereitet“ werden. Dies geschieht dadurch, dass zunächst eine klebrige Substanz, bestehend aus Huminstoffen, Eiweißen und Zuckermolekülen, auf den Untergrund abgeschieden wird. Mikrobiologen sprechen vom so genannten „conditioning film“, der die Erstbesiedelung der Oberfläche durch Mikroorganismen vereinfacht.