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Dienstag, 04.09.2018

Das umgekehrte Sieb

Von Stefan Parsch

Ein Filter fürs Grobe. Foto: Tak-Sing Wong/Birgitt Boschitsch/Penn State
Ein Filter fürs Grobe. Foto: Tak-Sing Wong/Birgitt Boschitsch/Penn State

© Tak-Sing Wong/Birgitt Boschitsch

University Park. Amerikanische Forscher haben ein umgekehrtes Sieb entwickelt: Es lässt größere Partikel durch, hält aber kleinere zurück. Diese ungewöhnliche Funktion hat eine Gruppe um Tak-Sing Wong von der Pennsylvania State University in University Park (Pennsylvania, USA) mithilfe von flüssigen Membranen erreicht. Sie lassen sich leicht von einem größeren Gegenstand durchstoßen, schließen das Loch aber sofort wieder („Selbstheilung“). Die Wissenschaftler erläutern die Funktion im Fachmagazin Science Advances.

Das Vorbild für die flüssige Membran ist die biologische Zelle: Ihre Hülle besteht aus Molekülen, die in einem Teilbereich wasseranziehend, in einem anderen wasserabstoßend sind. Deshalb richten sich die Moleküle immer wieder auf die gleiche Weise aus, was zur „Selbstheilung“ einer Zellmembran führt. So kann sich eine Zelle auch um verhältnismäßig große (Nahrungs-)Partikel stülpen und diese in sich aufnehmen. Auf ähnliche Weise umschließen Tenside beim Waschen Schmutzpartikel und lösen sie von Textilien.

Die einfachste flüssige Membran von Wong und Kollegen besteht dementsprechend aus voll entsalztem Wasser und Seifenlauge. Eine solche Membran ist in der Lage, kleine Tropfen zurückzuhalten, während größere leicht durchstoßen können. „Typischerweise ist ein kleineres Objekt aufgrund seiner geringeren Masse mit geringerer Bewegungsenergie ausgestattet“, erklärt Wong. Die Bewegungsenergie ist der entscheidende Faktor, ob ein Gegenstand die Membran passieren kann.

Die Studienautoren nennen mehrere Anwendungsmöglichkeiten für ihren besonderen Filter: So könnte die in einem Metallring platzierte Membran kleinere Insekten vom Eindringen abhalten, während eine Honigbiene die Barriere überwinden könnte. Auch könnte die Membran schlechte Gerüche, beispielsweise in wasserlosen Toiletten, von der Raumluft fernhalten. Das Gleiche gilt für andere Arten von Gasen, für die die Zusammensetzung der Membran je nach Reaktionsfähigkeit angepasst werden könnte. „Es gibt zahllose potenzielle Zusätze, aus denen man eine Membran für die Anwendung von Interesse maßschneidern kann“, sagt die Erstautorin der Studie, Birgitt Boschitsch Stogin von der Pennsylvania State University.

Die Forscher simulierten auch eine Operation, um zu zeigen, dass ihre Erfindung bei unzureichenden hygienischen Bedingungen, etwa in Kriegsgebieten, angewendet werden könnte. Während die chirurgischen Instrumente ohne Mühe die Membran durchstoßen, hält diese Mikroorganismen von der Wunde fern. Dies ist nur möglich, weil die flüssige Membran sich bei einer Störung so schnell regenerieren kann, dass sie die medizinischen Instrumente eng umschließt.

(dpa)

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