Ein ganzes Sortiment von Enzymen steht heutzutage den Waschmittelherstellern zur Verfügung. Es gibt welche, die lösen Flecke von Stärke auf, andere entfernen Fett oder Eiweiß. Professor Bakul Dave und sein Team von der Universität Carbondale im US-Staat Illinois haben sich vorerst nur für eine Sorte entschieden.
"Diese Enzyme sind Proteasen, ganz gebräuchliche Zusatzstoffe in Waschmitteln. Sie zerlegen Eiweißmoleküle, zerschneiden sie in kleine Schnipsel. Daher können sie auch Eiweißflecken entfernen und auf diese Weise helfen, den Stoff zu reinigen."
Waschmittelenzyme sind ungiftig und biologisch abbaubar, aber eben auch empfindlich gegenüber Hitze, Licht oder Chemikalien. In Flüssigwaschmitteln können beispielsweise die Tenside, die Seifen-Bestandteile, die Enzyme inaktivieren. Das geschieht ganz langsam, aber immerhin lässt so die Waschkraft über Monate hinweg deutlich nach. Bakul Dave hat nun ein glasartiges Material entwickelt, das winzig kleine Poren enthält, so wie ein Schwamm. Dort hinein kann es die Enzyme aufsaugen und vor Umwelteinflüssen schützen.
""Weil das Enzym in die Poren eingebettet ist, kommen die aggressiven Stoffe aus dem Waschmittel nicht mehr so leicht an es heran. Außerdem stabilisieren die engen Poren das Molekül. Denn normalerweise, wenn ein Enzym deaktiviert wird, dann verliert es seine kompakte Gestalt. Es wird auseinandergefaltet. Aber die Poren in unserem Material kapseln es ein, das Molekül kann seine Form nicht ändern und bleibt deshalb länger stabil."
Ein feines Pulver des beladenen Materials könnte man in Flüssigwaschmittel geben und so Stabilität der Enzyme beim Waschen erhöhen. Versuche im Labor haben gezeigt: Die eingekapselten Enzyme überleben Temperaturen von bis zu 80 Grad eine ganze Stunde lang. Bei einem ungeschützten Wirkstoff tat sich schon nach 15 Minuten nichts mehr. Aber die Forscher wollten ebenso wissen, ob die Glas-Schwämme auch die Lebensdauer der Waschmittel im Lager verlängern - mit Echtzeit-Untersuchungen.
"Die längste Zeit, die wie ausprobiert haben, waren eineinhalb Jahre. So lange ist es mindesten stabil. Wir glauben, bei Raumtemperatur kann man es sehr, sehr lange aufbewahren."
Die Stabilität ist die eine Sache. Aber auf der anderen Seite müssen die feinen Glas-Schwämme auch wieder das Enzym im richtigen Augenblick abgeben, nämlich in der Wäsche. Das funktioniert, weil das Glas von alleine merkt, wie viel Wasser sich in seiner Umgebung befindet. Im Waschmittelkonzentrat ist das verhältnismäßig wenig. Die Poren bleiben eng.
"Aber wenn wir das Waschmittel verdünnen, dringt Wasser in das Glas ein und lässt es aufquellen. Auch die Poren werden dann größer. Und das Enzym wird freigesetzt, aber nur wenn ausreichend Wasser vorhanden ist, nicht im unverdünnten Waschmittel."
Hergestellt haben die Chemiker aus Illinois die quellenden Schwämme mit dem so genannten Sol-Gel-Verfahren. Eine Methode, mit der man Glas auch bei Zimmertemperatur synthetisieren kann - in diesem Fall aber kein typisches Glas. Damit es besser quillt, haben die Forscher noch eine zweite Komponente hinzugefügt, die chemisch gesehen einem gummiartigen Silikon gleicht. Das schwammartige Material vereint nun beide Eigenschaften.
"Es ist irgendetwas dazwischen, zwischen Glas und Gummi. Nicht ganz so biegsam wie Gummi, aber auch nicht ganz so hart wie Glas. Eben: Irgendetwas dazwischen."
Bakul Dave hofft nun, das Prinzip der quellenden Gläser auf weitere Produkte erweitern zu können, beispielsweise auf Erzeugnisse für die Körperpflege.
"Diese Enzyme sind Proteasen, ganz gebräuchliche Zusatzstoffe in Waschmitteln. Sie zerlegen Eiweißmoleküle, zerschneiden sie in kleine Schnipsel. Daher können sie auch Eiweißflecken entfernen und auf diese Weise helfen, den Stoff zu reinigen."
Waschmittelenzyme sind ungiftig und biologisch abbaubar, aber eben auch empfindlich gegenüber Hitze, Licht oder Chemikalien. In Flüssigwaschmitteln können beispielsweise die Tenside, die Seifen-Bestandteile, die Enzyme inaktivieren. Das geschieht ganz langsam, aber immerhin lässt so die Waschkraft über Monate hinweg deutlich nach. Bakul Dave hat nun ein glasartiges Material entwickelt, das winzig kleine Poren enthält, so wie ein Schwamm. Dort hinein kann es die Enzyme aufsaugen und vor Umwelteinflüssen schützen.
""Weil das Enzym in die Poren eingebettet ist, kommen die aggressiven Stoffe aus dem Waschmittel nicht mehr so leicht an es heran. Außerdem stabilisieren die engen Poren das Molekül. Denn normalerweise, wenn ein Enzym deaktiviert wird, dann verliert es seine kompakte Gestalt. Es wird auseinandergefaltet. Aber die Poren in unserem Material kapseln es ein, das Molekül kann seine Form nicht ändern und bleibt deshalb länger stabil."
Ein feines Pulver des beladenen Materials könnte man in Flüssigwaschmittel geben und so Stabilität der Enzyme beim Waschen erhöhen. Versuche im Labor haben gezeigt: Die eingekapselten Enzyme überleben Temperaturen von bis zu 80 Grad eine ganze Stunde lang. Bei einem ungeschützten Wirkstoff tat sich schon nach 15 Minuten nichts mehr. Aber die Forscher wollten ebenso wissen, ob die Glas-Schwämme auch die Lebensdauer der Waschmittel im Lager verlängern - mit Echtzeit-Untersuchungen.
"Die längste Zeit, die wie ausprobiert haben, waren eineinhalb Jahre. So lange ist es mindesten stabil. Wir glauben, bei Raumtemperatur kann man es sehr, sehr lange aufbewahren."
Die Stabilität ist die eine Sache. Aber auf der anderen Seite müssen die feinen Glas-Schwämme auch wieder das Enzym im richtigen Augenblick abgeben, nämlich in der Wäsche. Das funktioniert, weil das Glas von alleine merkt, wie viel Wasser sich in seiner Umgebung befindet. Im Waschmittelkonzentrat ist das verhältnismäßig wenig. Die Poren bleiben eng.
"Aber wenn wir das Waschmittel verdünnen, dringt Wasser in das Glas ein und lässt es aufquellen. Auch die Poren werden dann größer. Und das Enzym wird freigesetzt, aber nur wenn ausreichend Wasser vorhanden ist, nicht im unverdünnten Waschmittel."
Hergestellt haben die Chemiker aus Illinois die quellenden Schwämme mit dem so genannten Sol-Gel-Verfahren. Eine Methode, mit der man Glas auch bei Zimmertemperatur synthetisieren kann - in diesem Fall aber kein typisches Glas. Damit es besser quillt, haben die Forscher noch eine zweite Komponente hinzugefügt, die chemisch gesehen einem gummiartigen Silikon gleicht. Das schwammartige Material vereint nun beide Eigenschaften.
"Es ist irgendetwas dazwischen, zwischen Glas und Gummi. Nicht ganz so biegsam wie Gummi, aber auch nicht ganz so hart wie Glas. Eben: Irgendetwas dazwischen."
Bakul Dave hofft nun, das Prinzip der quellenden Gläser auf weitere Produkte erweitern zu können, beispielsweise auf Erzeugnisse für die Körperpflege.