Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Membran für Klimaschutz und Medizintechnik

30.10.2013
Mainzer Polymerforscher entwickeln Membran zur Gastrennung und
-anreicherung. Zukünftiger Einsatz in Herz-Lungen-Maschinen und für leistungsfähigere Gasfilter.

Ein Forscherteam des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) um Direktor Hans-Jürgen Butt und Projektleiterin Doris Vollmer hat eine neue Art Membran entwickelt, mit der Gase wie Kohlenstoffdioxid (CO2) nach Wunsch in Flüssigkeiten und Gasen angereichert oder aus ihnen herausgelöst werden können.

Der wissenschaftliche Durchbruch wurde im Fachjournal "Nature Communications" bekanntgegeben. Die Fähigkeiten der Membran beruhen auf einer stark flüssigkeitsabweisenden (superamphiphoben) Beschichtung, die nicht nur den Gasaustausch verbessert sondern gleichzeitig ihre Poren vor Verstopfung schützt.

In Herz-Lungen-Maschinen könnte die lebensrettende Sauerstoffanreicherung von Blut weitaus zuverlässiger als bisher geschehen. Hans-Jürgen Butt sieht Potenzial für weitere Anwendungen im medizinischen und industriellen Bereich: „Der Gasaustausch ist sicher das größte Anwendungsgebiet. Aber auch im Bereich des Klimaschutzes sowie im biomedizinischen Bereich könnte die Membran eingesetzt werden“, erklärt der Max-Planck-Direktor.

Die Grundlagen der superamphiphoben Beschichtung resultieren aus vorhergehenden Forschungen der Oberflächenphysiker. Sie verwendeten dazu Kerzenruß. Dessen aus mikroskopischen Kugeln zusammengesetzte Struktur wirkt noch weitaus effektiver selbstreinigend als ein Lotusblatt. Jedoch ist Ruß nicht stabil, lässt sich aber als Templat für beständigere Beschichtungen verwenden. Die Mainzer Forscher bedampften den Kerzenruß mit Siliciumoxid und brannten den Ruß anschließend aus. Die verbleibende gerade 20 Nanometer dicke Schicht wurde daraufhin mit einer fluorhaltigen Silicium-Verbindung überzogen, um die wasser- und ölabweisende Wirkung zu erzielen.

Experimente zeigen, dass das kreative Design der Nanostruktur aus den Mainzer Labors nicht nur einer Benetzung mit Wasser und Ölen sondern auch durch Blut, Seifenlösungen und Aminen widersteht und sich dazu mit wenig Aufwand herstellen lässt. Diese bis vor einiger Zeit kaum vorstellbare Eigenschaft, tauften die Mainzer „superamphiphob“ als logisch hergeleitetes Gegenteil zum Begriff „amphiphil“, der Stoffe beschreibt, die sowohl wasser- als auch ölliebend sind.

Für die Membran wird ein feinmaschiges Netz aus Edelstahl als Substrat benutzt, auf das die superamphiphobe Schicht aufgebracht wird. Beim Gasaustausch ist die nanostrukturierte Seite der Membran in Kontakt mit der Flüssigkeit, während das Gas gleichzeitig auf der anderen Seite vorbeiströmt. Die Gasmoleküle können ungehindert durch die Zwischenräume des hochporösen Netzwerks driften. Auch bei geringen Fließgeschwindigkeiten wird so ein hoher Gasaustausch erreicht und was wiederum die Gerinnung und damit das Thrombose-Risiko verringert, wenn Blut mit Sauerstoff gespeist werden soll. Der besondere Vorteil: die Membranporen verkleben dabei nicht. In Tests hinterließ Blut im Gegensatz zu Teflon auch nach mehrstündigem Kontakt mit der Beschichtung keine Spuren auf der Membran – eine elementare Voraussetzung für den Einsatz in Herz-Lungen-Maschinen.

Die erzielten Gasaustauschraten bei Versuchen zur Anreicherung von Gasen (z.B. CO2) lassen vielversprechende industrielle Anwendungen erwarten. Mit der Membran können sowohl Anreicherungs- als auch Filtrationsprozesse durchgeführt werden. Zum Beispiel würde Feinstaub aus der Luft filtriert und in Kalkmilch oder Wasser fixiert. CO2 könnte durch die Membran in Aminlösungen, dem gängigen CO2-Speichermedium, überführt werden. Ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur Endlagerung von CO2.

Universell flüssigkeitsabweisende Oberflächen bieten ein spannendes Forschungsfeld. Zum einen ermöglichen sie grundlegende Funktionsprinzipien der Benetzung von Oberflächen, der Wechselwirkung von Flüssigkeiten mit Festkörpern und dem Strömungsverhalten von Flüssigkeiten besser zu verstehen. Zum anderen ist das Phänomen Superamphiphobie für einen Einsatz in Industrie und Medizin oder für den Umweltschutz interessant, aber noch weitgehend unerforscht.

Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Das 1984 gegründete Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) zählt zu den international führenden Forschungszentren auf dem Gebiet der Polymerwissenschaft. Durch die Fokussierung auf so genannte weiche Materie und makromolekulare Materialien ist das Max-Planck-Institut für Polymerforschung mit seiner Forschungsausrichtung weltweit einzigartig. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus dem In- und Ausland arbeiten im Rahmen der Grundlagenforschung an der Herstellung und Charakterisierung von Polymeren und der Untersuchung ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften. Anfang 2013 sind insgesamt 551 Personen am MPI-P beschäftigt: Die Belegschaft setzte sich aus 112 Wissenschaftlern, 173 Doktoranden und Diplomanden, 71 Gastwissenschaftlern und 195 technischen und Verwaltungsangestellten sowie Hilfskräften zusammen.

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/ncomms/2013/130925/ncomms3512/full/ncomms3512.html
- die zugehörige Publikation bei Nature Communications
http://www.mpip-mainz.mpg.de/1958108/PM13-13
- weitere Informationen und Bilder auf der MPIP-Homepage

Stephan Imhof | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpip-mainz.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie