Sieb filtert Nanopartikel und absorbiert Sonnenenergie

Eine Membran aus Kunststofffäden und Eiweißen ergibt einen neuartigen Filter für mikroskopisch kleine, im Wasser verteilte Teilchen. In derFachzeitschrift Advanced Functional Materials berichten Professor Mady Elbahri und sein Team vom Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und dem Institut für Polymerforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht über ihr Sieb für Nanopartikel.

Die Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe hat eine Membran entwickelt, mit der auch kleine Organismen oder Viren aus Wasser gefiltert werden können.

Nanofluid ist Wasser, in dem sich metallene Nanopartikel befinden, die allerdings nicht durch herkömmliche makroporöse Polymermembranen herausgefiltert werden können. Denn die Metallpartikel sind 1000-fach dünner als ein menschliches Haar und damit viel zu klein für die 3 µm bis 4 µm großen Öffnungen zwischen den Fäden der Membran. Noch dazu würden kleinere Öffnungen schnell verstopfen. Druck wäre nötig, um die Lösung zu filtern.

Diese Hindernisse umgehen Elbahri und sein Team, indem sie einfache Proteine auf den Fäden der Membran ansiedeln. Eine geniales Prinzip: Das Forscherteam hat herausgefunden, dass dieses konventionelle Protein durch Wasser aktiviert wird. Es schaltet seine metallbindende Eigenschaft ein, und das Metall wird vom Protein zurückgehalten. Mit dem gleichen Prinzip, mit dem Metallpartikel eingefangen werden können, sollen im nächsten Schritt Biomoleküle und winzige Organismen ausgesiebt werden.

Filtert das Nanosieb Metallpartikel wie Gold aus der Flüssigkeit, ergibt sich eine weitere Anwendung. Denn mit keiner anderen Methode gelang es bisher, eine so gleichmäßige Verteilung von Metallpartikeln zu erreichen. Das war unerwartet, so Elbahri. Im trockenen Zustand nimmt die Membran sogar die Farbe des Metalls, in diesem Fall das Rot des Goldes, an. Wird das Nanosieb mit den gefilterten Partikeln feucht, wird es jedoch schwarz. Es funktioniert dann als so genannter ‚black absorber’, wobei das Wasser als Speicher für die absorbierte Solarenergie eingesetzt werden kann.

Die Erfindung wird es künftig ermöglichen, winzige Teilchen, Organismen oder Viren aus Wasser herauszufiltern. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Entwicklung, ein Bio-Nano-Komposit, bereits in Europa patentieren lassen. Ein weiteres Patent für die USA wurde gerade eingereicht. Neben der Einsatzmöglichkeit als Wasserfilter und als Absorber für Sonnenenergie hat das Bio-Nano-Komposit außerdem großes Potenzial im Bereich der Katalyse.

Prof. Dr. Mady Elbahri
www.tf.uni-kiel.de