Biofilme sind strukturierte Gemeinschaften von Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Algen), die in eine selbstproduzierte extrazelluläre polymerische Matrix (EPS) eingebettet sind und an Grenzflächen haften. Für Werkstoffe sind Biofilme relevant, weil sie Oberflächeneigenschaften, Korrosionsverhalten, Reibung, Verschleiß und hygienische Funktionalität maßgeblich beeinflussen.

Die Biofilmbildung erfolgt typischerweise in vier Schritten: (i) Konditionierung der Oberfläche durch Adsorption organischer Moleküle, (ii) reversible, dann irreversible Anlagerung einzelner Zellen, (iii) Bildung einer EPS-Matrix aus Polysacchariden, Proteinen, Lipiden und extrazellulärer DNA, (iv) Reifung zu dreidimensionalen Strukturen mit Kanälen für Stofftransport und anschließender Detachment/Dispersion. Diese Prozesse werden über Quorum Sensing und komplexe Stoffwechselnetzwerke reguliert.

Für metallische und polymerbasierte Werkstoffe stehen besonders biologisch induzierte Korrosion (MIC), Biofouling und Änderung der Grenzflächenenergie im Fokus. Bakterielle Biofilme können lokal pH-Wert, Sauerstoff- und Ionenkonzentrationen verändern und so Loch- oder Spaltkorrosion initiieren. Auf polymeren Implantat- und Dentalmaterialien bestimmen Biofilme Biokompatibilität, Infektionsrisiko und Reinigbarkeit.

Das Biofilm-Engineering adressiert sowohl die gezielte Unterdrückung als auch die Nutzung von Biofilmen. Strategien umfassen antimikrobielle oder anti-adhäsive Beschichtungen, strukturierte Oberflächen (Mikro-/Nanotopographie), modifizierte Benetzbarkeit sowie kontrolliert freisetzende Wirkstoffsysteme. Umgekehrt werden technische Biofilme für Bioreaktoren, Membranprozesse oder mikrobielle Brennstoffzellen funktional genutzt.