In den Werkstoffwissenschaften bezeichnet Kolonisation die Anlagerung, Ansiedlung und sukzessive Ausbreitung von Mikroorganismen, Zellen oder auch komplexen biologischen Konsortien auf oder in einem Werkstoff. Dies ist insbesondere für Implantate, Membranen, Filtermaterialien, maritime Strukturen sowie funktionalisierte Oberflächen von hoher Relevanz. Kolonisation stellt dabei den Übergang von der initialen Adsorption einzelner Spezies zur stabilen, oft biofilmbildenden Gemeinschaft dar.

Der Prozess beginnt typischerweise mit der Bildung eines konditionierenden Films aus Proteinen, Ionen oder organischen Molekülen auf der Werkstoffoberfläche. Darauf folgen reversible und anschließend irreversible Anhaftung von Zellen. Im weiteren Verlauf kommt es zur Proliferation, Matrixbildung (extrazelluläre polymere Substanzen) und strukturellen Reorganisation der Kolonie. Dies beeinflusst entscheidend Korrosionsprozesse (mikrobiell beeinflusste Korrosion), Tribologie, Benetzbarkeit, optische Eigenschaften und die Biokompatibilität.

Die Schnittstellencharakterisierung ist zentral, um Kolonisation zu verstehen und zu steuern. Chemische Zusammensetzung, Rauheit, Ladung, Benetzbarkeit und mechanische Steifigkeit der Grenzfläche bestimmen, welche Spezies sich ansiedeln und wie stabil die Kolonisation ist. Oberflächenanalytische Methoden (z. B. XPS, ToF‑SIMS, AFM), kombiniert mit mikroskopischen und mikrobiologischen Verfahren, ermöglichen die quantitative Beschreibung dieser Prozesse.

Ingenieurstrategien zur Kontrolle der Kolonisation umfassen antimikrobielle Beschichtungen, topografische Strukturierung im Mikro‑ und Nanobereich, stimuliresponsive Oberflächen sowie gezielt bioaktive Schichten, die eine gewünschte Zellkolonisation (z. B. Osteoblasten auf Implantaten) fördern, unerwünschte jedoch unterdrücken. Damit wird Kolonisation von einem rein degradativen Phänomen zu einem gezielt nutzbaren Designparameter von Werkstoffen.