Einzigartige High-Tech-Anlage zur Herstellung von Nanofasern

Nanofasern gelten heute weltweit als ein technologisch hochinteressantes Material mit einem breiten Spektrum potenzieller Anwendungen. Um die polymerwissenschaftlichen Grundlagen dieser Anwendungen aufzuklären und innovative Einsatzmöglichkeiten zu erproben, bedarf es hochwertiger Forschungstechnologien.

Am Lehrstuhl für Biomaterialien der Universität Bayreuth unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Scheibel ist jetzt eine neu entwickelte Zentrifugen-Elektrospinnanlage in Betrieb gegangen. Sie erlaubt es mit einer bisher einzigartigen Präzision, feinste Nanofasern über lange Zeiträume hinweg in großen Mengen zu spinnen und punktgenau auf verschiedenste Träger-Materialien aufzutragen.

Die Anlage bildet den Kern eines „KeyLabs“ der TechnologieAllianzOberfranken (TAO), in dem sich die Universitäten Bayreuth und Bamberg mit den Hochschulen für angewandte Wissenschaften in Coburg und Hof zusammengeschlossen haben. Prof. Dr. Frank Ficker, Vizepräsident der Hochschule Hof für die Bereiche Forschung und Entwicklung, hat gemeinsam mit Prof. Scheibel den Aufbau der neuen Anlage initiiert.

„Wir freuen uns schon darauf, diese spannenden Forschungspotenziale gemeinsam mit unserem wissenschaftlichen Nachwuchs zu nutzen, um neue Ideen in der Faserforschung umzusetzen oder im Rahmen von Industriepartnerschaften an der Entwicklung neuer Funktionsfasern zu arbeiten“, so Prof. Scheibel. „Uns steht jetzt für die Faserforschung eine einzigartige Technologie zur Verfügung, wie es sie in ihrer Art nirgendwo sonst in Deutschland gibt. Der Firma Dienes, die die Anlage sehr sorgfältig und aufgrund langjähriger Erfahrungen entsprechend unseren Wünschen realisiert hat, danken wir ausdrücklich für die hervorragende Kooperation.“

Die Anlage wurde von der Firma Dienes in Darmstadt eigens für das neue KeyLab konzipiert, das sich derzeit noch an der Ingenieurfakultät der Universität Bayreuth befindet und ab 2017 im TAO-Forschungsgebäude auf dem Campus angesiedelt sein wird. Die technologische Pointe besteht darin, dass in der Anlage zwei Komponenten, die für sich bereits bekannt sind, zusammengeführt und miteinander verzahnt werden:

• Eine Zentrifuge, die üblicherweise bei der Produktion und beim Auftragen feinster Lack-Tropfen zum Einsatz kommt, wurde umgerüstet – und zwar so, dass mit ihr aus einer Polymerlösung, bedingt durch eine hohe Zentrifugalkraft, winzige Faseransätze (Koni) gebildet werden.

• Unterhalb des Zentrifugenkopfes befindet sich ein starkes elektromagnetisches Feld. Dieses bewirkt, dass die Fäden beschleunigt nach unten in Richtung der Gegenelektrode gezogen werden. Ein Trägermaterial befindet sich auf dieser Gegenelektrode, um die Weiterverarbeitung der nanometerdünnen Fasern zu erleichtern, die sich auf dem Träger als Vlies abscheiden. So verbindet die Anlage die Zentrifugentechnologie mit einem Faserspinn-Know-how, das dem „Elektrospinnen“ zugrunde liegt.

Derzeit arbeiten die Forschungspartner in Bayreuth und Hof gemeinsam u.a. an der Entwicklung von Feinstaubfiltern auf Basis von Spinnenseiden-Nanovliesen. Sie haben eine weit bessere Luftdurchlässigkeit als herkömmliche Filter. Mit klassischen Elektrospinn-Methoden konnten enorme Vorteile der elektrogesponnenen Spinnenseidenvliese in der Filtertechnik gezeigt werden.

Allerdings stellte sich heraus, dass die eingesetzten Methoden für eine Massenproduktion nicht uneingeschränkt tauglich sind, was sich durch die Etablierung der neuen Methode ändert. So entstand die Initiative, für das KeyLab der Universität Bayreuth diese leistungsstarke Anlage zu bauen.

Grundsätzlich ist die Zahl der innovativen Anwendungen, vor allem im Bereich der Filtertechnologie nahezu unbegrenzt. Und auch für die Herstellung von Implantaten in der regenerativen Medizin, beispielsweise die Züchtung von Nervenzellen, zeigen sich Verbesserungsansätze. Derzeit arbeitet die Anlage noch mit einer bioverträglichen Kunststofflösung aus Poly-Ethylen-Oxid oder mit Polymilchsäure.

Aber schon bald – so ist es geplant – wird sie mit einer Lösung aus Spinnenseidenproteinen in Betrieb gehen. Dann könnten die im TAO-KeyLab produzierten Nanofasern eine Kombination aus exzellenten mechanischen Eigenschaften, Bioverträglichkeit und Bioabbaubarkeit aufweisen, an die keine anderen Fasern heranreichen.

Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Scheibel
Universität Bayreuth
Lehrstuhl für Biomaterialien
Tel.: +49 (0)921 / 55-7360
E-Mail: thomas.scheibel