Nanopartikel nach Maß für praktische Anwendungen

Er wird für seine „herausragenden Leistungen zur Herstellung von Nanomaterialien durch Sprühpyrolyse für Anwendungen in der Sensorik, der Katalyse und der Medizintechnik“ ausgezeichnet. Die Preisverleihung findet am 27. November um 16.00 Uhr im Rahmen eines Festkolloquiums im DECHEMA-Haus, Theodor-Heuss-Allee 25, in Frankfurt/Main statt.

Der DECHEMA-Preis der Max-Buchner-Forschungsstiftung wird seit 1951 jährlich vergeben. Damit werden herausragende Forschungsarbeiten aus den Bereichen Technische Chemie, Verfahrenstechnik, Biotechnologie und Chemische Apparatetechnik gewürdigt. Besonders Arbeiten jüngerer Forscher werden dafür berücksichtigt. Sie sollen von grundsätzlicher Bedeutung sein und eine enge Verflechtung von Forschung und praktischer Anwendung zeigen.

Zur Arbeit des Preisträgers:
Vom Prozess zum Produkt: Nanopartikel nach Maß mittels Sprühpyrolyse
Nanopartikel haben längst Einzug in unsere makroskopische Welt gehalten. Sie begegnen uns in Nahrungsmitteln, Kosmetikprodukten, Autolacken, selbstreinigenden Oberflächen und finden sich auch als Katalysatoren bei chemischen oder verfahrenstechnischen Prozessen wieder. Diese Partikel bewegen sich in einer Größe von 1 bis 100 Nanometern – dem millionsten Teil eines Millimeters. In dieser Nanowelt werden viele physikalische und chemische Eigenschaften (z.B. Schmelzpunkt, Lichtabsorption, mechanisches, elektronisches oder magnetisches Verhalten), die in der makroskopischen Welt größenunabhängig sind, plötzlich von der Größe abhängig. Die Anwendungsgebiete für Nanopartikel lassen sich jedoch noch beachtlich erweitern, wenn sie mit genau kontrollierbaren Eigenschaften kosteneffizient hergestellt werden können.

Lutz Mädler hat mit der Sprühpyrolyse ein kostengünstiges Verfahren entwickelt, mit dem das Partikelwachstum und somit auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Nanopartikel gezielt gesteuert werden können. Der Ausgangsstoff wird dabei einer bis zu 3000°C heißen Flamme ausgesetzt. Durch Sinter- und Kollisionsvorgänge entstehen die Nanopartikel. Über die Flammtemperatur und -geschwindigkeit kann das Partikelwachstum gesteuert werden. Sobald die Sintervorgänge durch Erniedrigung der Temperatur unterbrochen werden, endet das Wachstum. Dadurch wird es möglich, maßgeschneiderte Nanopartikel herzustellen. Durch gezielte Formulierungen der Ausgangsstoffe können beliebige Mehrkomponentensysteme synthetisiert werden. Komplex zusammengesetzte Nanopartikel können beispielsweise durch Einbettung in eine anorganische oder organische Polymermatrix hergestellt werden. Diese Komposit-Materialien eignen sich für widerstandsfähige Dentalfüllungen oder in anderer Zusammensetzung für UV-Schutzfilme sowie als Stabilisator und Fotoinitiator in Polymeren.

Die Tatsache, dass Nanomaterialien in immer neuen Anwendungen eingesetzt werden, hat in den letzten Jahren eine kontroverse Diskussion um das potenzielle Risiko dieser Materialien für biologische Systeme angefacht. Lutz Mädler beschäftigt sich deshalb auch mit den Wechselwirkungen an den Nano-Bio-Schnittstellen und hat dazu gemeinsam mit acht weiteren Forschern den Stand der Forschung zusammengefasst und die Grundlagen für eine Strategie zur Untersuchung von Nanomaterialien herausgearbeitet. Dabei ist es wichtig, nicht nur die isolierten Nanoteilchen zu betrachten, sonder auch immer ihre Umgebung, beispielsweise das Zellmedium oder die Lungenflüssigkeit. „Wir haben zum Beispiel herausgefunden, dass die Umgebung bestimmt, wie schnell sich Nanopartikel lösen oder gar auflösen. Es geht jetzt darum, verschiedene wissenschaftliche Paradigmen für solche Wechselwirkungen zu formulieren“, so Mädler. (Zitat aus einem Interview, Technology Review, 31.7.09)

Beruflicher Werdegang des Preisträgers

Lutz Mädler (Jahrgang 1971) studierte Technische Physik an der TH/HTW Zwickau. Während seines Studiums absolvierte er ein Forschungssemester an der Queen's University in Belfast. 1999 promovierte er mit Auszeichnung an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg im Fachgebiet Verfahrenstechnik. Seine Dissertation auf dem Gebiet der mechanischen Partikelerzeugung und -freisetzung fertigte er am Fraunhofer Institut für Toxikologie und Aerosolforschung (heute ITEM) an. Anschließend war er als Oberassistent/-ingenieur an der ETH Zürich im Particle Technology Laboratory im Department für Maschinenbau und Verfahrenstechnik beschäftigt. 2004 habilitierte er sich auf dem Gebiet der Gasphasensynthese von Nanopartikeln.

Von 2005 bis 2007 war Mädler für drei Jahre als Lecturer und Senior Researcher an der University of California Los Angeles (UCLA) im Department of Chemical and Biomolecular Engineering tätig. Auf Grund seiner dortigen Arbeiten auf dem Gebiet der Nanopartikelsynthese und der Nano-Bio-Grenzflächenphänomene ist er ständiges Mitglied des California NanoSystems Institute (CNSI).

Seit Januar 2008 hat Lutz Mädler die Professur für Mechanische Verfahrenstechnik im Fachbereich Produktionstechnik an der Universität Bremen inne. Er leitet dort außerdem die Hauptabteilung Verfahrenstechnik des Stiftung Instituts für Werkstofftechnik (IWT). Seine Forschungsinteressen umfassen partikuläre Systeme und deren Wechselwirkungen in der Gasphase. Dazu zählen reaktive und nicht-reaktive Sprühprozesse und deren Stoff- und Energietransport zur Herstellung von metallischen und keramischen Werkstoffen, funktionellen Schichten und Nanopartikeln.

Seit 2009 ist er Mitglied im wissenschaftlichen Beirat (Scientific advisory board / assoziierter Kompetenzträger) des Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologien (UFT), Bremen.

Für seine Arbeiten wurde Mädler 2004 mit dem erstmals verliehen BASF Award in Process Engineering „for a young scientist whose research brings the close relationship between natural and engineering sciences at a high level“ ausgezeichnet. In 2005 erhielt er den renommierten Smoluchowski Preis der Internationalen Gesellschaft für Aerosolforschung.