Wie aus einem Badeschwamm ein biosynthetischer Filter wird

Professor Hermann Ehrlich legt einen Schwamm in eine kupferhaltige alkalische Ammoniaklösung, die ein Kupferbad simuliert, das bei der Herstellung von Leiterplatten für elektronische Bauteile entsteht. Nach etwa 12 Stunden ist der Schwamm blau geworden – wenn er trocknet ist er stärker als zuvor, aber immer noch sehr leicht. „Bei pH 9 öffnen sich die Schwammfasern und die organischen Verbindungen des Proteins verändern sich“, erklärt Professor Hermann Ehrlich. Das Kupfer in der Ammoniaklösung reagiert sofort mit den organischen Bestandteilen des Schwamms, insbesondere mit Aminosäureresten, und bildet das Mineral Atacamit. „Wie ein Faden wachsen nanometergroße Kristalle mit den Schwammfasern zusammen“, erklärt der Wissenschaftler. Es stabilisiert die Struktur und sorgt gleichzeitig dafür, dass der Schwamm in seiner einzigartigen Mikrostruktur erhalten bleibt. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team um Professor Hermann Ehrlich in einer aktuellen Publikation in der Fachzeitschrift fortgeschrittene Werkstoffe.

Ein dreidimensionales und poröses Material ist von Natur aus ein Filter. Neben den Eigenschaften von acamate gibt es vielfältige Einsatzmöglichkeiten des neuen Materials als Alternative zu synthetischen Filtern. „Unser Team konnte erstmals experimentell nachweisen, dass der Verbundwerkstoff aus Seetaubenschwämmen prinzipiell bei der Entwicklung von Sensoren, Katalysatoren und antibakteriellen Filtersystemen eingesetzt werden kann“, erklärt Co-Autor Professor Martin Bertau vom Graduierteninstitut . Institut für Chemische Technologie der TU Bergakademie Freiberg.

Legt Professor Hermann Ehrlich den blauen Schwamm mit den Kristallen in eine saure Lösung, läuft die Reaktion rückwärts: Der Schwamm kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück und kann für andere Zwecke wieder verarbeitet werden. „Die neu entwickelten Materialien lassen sich immer wieder recyceln“, freut sich der Freiberger Biomineralien-Experte.

Sein Kollege Professor Martin Bertau behauptet, dass „auch nach bis zu 100 Anwendungszyklen noch eine Reaktion auf die Schwamm-Akamit-Verbindung gegeben ist.“ „Ist das Material irgendwann nicht mehr verwendbar, ist der Schwamm biologisch abbaubar und das Kupfer wird aus der Lösung gewonnen – idealerweise elektrochemisch mit erneuerbaren Energien. Dass dies möglich ist, haben wir bereits gezeigt“, sagt der Chemiker.

Forschende aus Deutschland, Polen, Australien, Spanien und der Ukraine entwickeln seit zwei Jahren neue biomimetische Modelle und Alternativen zu Kunststoffgerüsten für die moderne Materialwissenschaft. Gefördert werden sie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus und der Alexander von Humboldt-Stiftung. Extreme Biomimetics ist ein neues Wissenschaftsgebiet, das 2013 an der TU Bergakademie Freiberg gegründet wurde und sich mit der Erforschung natürlicher und vom Menschen verursachter Phänomene beschäftigt, um neue von der Biologie inspirierte 3D-Verbundmaterialien im Zentimeter- bis Metermaßstab zu entwickeln.

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Originalveröffentlichung: Tsurkan et al. (2021)Extreme Bionik: Design und Anwendung des ersten dreidimensionalen Atacamit-Schwamm-Nanokomposit. fortgeschrittene Werkstoffe https: //im Internet.Wiley.Mit/Knall /10.1002 /ADMA.20201682

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