Selbstreinigend wie ein Lotusblatt 31.10.2013, 15:56 Uhr

Extrem flüssigkeitsabweisende Membran soll Gasfilter ersetzen

Eine neuartige Membran soll in Zukunft Gasfilter verbessern und so dafür sorgen, dass weniger Kohlendioxid in die Luft gelangt. Die Membran zur Gastrennung und -anreicherung könnte außerdem auch in Herz-Lungen-Maschinen in Krankenhäusern eingesetzt werden.

Die Membran zur Gastrennung und -anreicherung könnte auch in Herz-Lungen-Maschinen eingesetzt werden.

Die Membran zur Gastrennung und -anreicherung könnte auch in Herz-Lungen-Maschinen eingesetzt werden.

Foto: Uni Heidelberg

Als „superamphiphob“ bezeichnen die Mainzer Polymerforscher ihre Entwicklung. Dieses Kunstwort bedeutet: Die Membran ist extrem flüssigkeitsabweisend und stößt neben wässrigen Flüssigkeiten auch Öle ab. Deshalb ist sie nicht nur für den Gasaustausch besonders gut geeignet, sondern verklebt auch nach längerem Gebrauch nicht.

Grundlage der superamphiphoben Membran ist ein feinmaschiges Netz aus Edelstahl. Die Beschichtung dafür entstand aus Versuchen mit Kerzenruß. Dafür bedampften die Mainzer Forscher den Kerzenruß mit Siliciumoxid und brannten den Ruß anschließend aus. Die verbleibende, 20 Nanometer dünne Schicht überzogen sie daraufhin mit einer fluorhaltigen Silicium-Verbindung, um die wasser- und ölabweisende Wirkung zu erzielen.

Stärker selbstreinigend als ein Lotusblatt

Ausgangspunkt der Forschung war die Tatsache, dass die Struktur von Ruß, der sich aus mikroskopischen Kugeln zusammensetzt, eine noch stärker selbstreinigende Wirkung hat als ein Lotusblatt. Der Ruß selbst ließ sich jedoch nicht als Grundlage für die Beschichtung verwenden: Er ist nicht stabil, allerdings als eine Art Schablone für die weitere Entwicklung geeignet.

Professor Butt zeigt, wie Kerzenruß als Templat für die superamphiphobe Beschichtung verwendet wird. 

Professor Butt zeigt, wie Kerzenruß als Templat für die superamphiphobe Beschichtung verwendet wird. 

Quelle: MPG/ Axel Stephan

Die ersten Experimente zeigten: Die superamphiphobe Membran ließ sich mit wenig Aufwand herstellen, wies Wasser und Öle ab und widerstand auch Blut, Seifenlösungen und Aminen. In Tests hinterließ Blut auch nach mehrstündigem Kontakt mit der Beschichtung keine Spuren auf der Membran – das ist eine elementare Voraussetzung für den Einsatz in Herz-Lungen-Maschinen.

In der Herz-Lungen-Maschine wird unter anderem das Blut des Patienten mit Sauerstoff angereichert. Bei diesem Gasaustausch ist die nanostrukturierte Seite der Membran in Kontakt mit dem Blut, während der Sauerstoff gleichzeitig auf der anderen Seite vorbeiströmt. Die Sauerstoffmoleküle können ungehindert durch die Zwischenräume des hochporösen Netzwerks gelangen. Auch bei geringen Fließgeschwindigkeiten wird so ein hoher Gasaustausch erreicht – es gelangt mehr Sauerstoff ins Blut. Das verringert auch das Thrombose-Risiko.

Neben der medizinischen sind aber noch weitere Anwendungen für die superamphiphobe Membran denkbar. Hans-Jürgen Butt vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz sieht viel Potenzial für die Entwicklung seines Teams: „Der Gasaustausch ist sicher das größte Anwendungsgebiet. Aber auch im Bereich des Klimaschutzes sowie im biomedizinischen Bereich könnte die Membran eingesetzt werden“, erklärt er.

Die Membran kann ebenso beim Anreichern wie auch beim Filtern von Gas eingesetzt werden. Sie könnte Feinstaub aus der Luft filtern und in Kalkmilch oder Wasser fixieren. Kohlendioxid könnte durch die Membran in Aminlösungen überführt und dort gespeichert werden. 

Von Andrea Ziech
Von Andrea Ziech

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