Ein kleiner Laborraum am Forschungszentrum GKSS. Klaus-Viktor Peinemann nimmt ein Glasdöschen in die Hand und schüttelt es. Im Döschen wirbeln – wie die Würfel im Knobelbecher – schmutzig-weiße Krümel umher. Sie sehen aus wie Reste aus Kerzenwachs. Doch es ist ein wertvoller Spezialkunststoff.
"Das ist ein Block-Copolymer. Das besteht aus Polystyrol und einem zweiten Block aus Polyethylenoxid."
Peinemann hebt ein zweites Döschen hoch, darin ein klebriger Schleim – der Spezialkunststoff aufgelöst in einem Lösemittel. Dann gießt der Forscher ein paar Tropfen des Schleims auf eine Glasplatte und fährt mit einer Art Metallblock drüber.
"Sehen Sie: Jetzt entsteht ein klebriger Film. Jetzt warte ich zehn Sekunden. Jetzt sind die zehn Sekunden um. Und ich tauche diesen Film mit der Glasplatte in ein Wasserbad ein. Jetzt wird der Film sofort weiß und milchig."
Nun zieht Peinemann die Folie von der Glasplatte ab. Sie sieht aus wie ein zerplatzter Luftballon. Ein Versuch wie aus einem Experimentierkasten für Achtjährige. Doch dahinter steckt monatelange Tüftelei. Denn die unscheinbare Folie ist eine bemerkenswerte Membran: ein Sieb mit extrem feinen und regelmäßigen Poren, jede nur acht Nanometer groß, acht millionstel Millimeter. Ähnliche, wenn auch weniger präzise Membranen werden heute schon eingesetzt, und zwar im großen Stil.
"Zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, um Milch, Bier oder Wein zu filtrieren und um Abwasser zu reinigen. Die meisten Membranen haben aber eine sehr große Porenverteilung – kleine Poren und große Poren – und trennen darum nicht sehr genau. Das Besondere an dieser Membran ist, dass sie nur Poren hat, die in diesem Fall acht Nanometer groß sind und deshalb eine sehr scharfe Trenngrenze haben, sodass man Viren von kleinen Proteinen oder auch Proteine untereinander trennen kann."
Eine scharfe Trenngrenze für Eiweiße und Viren – genau das brauchen Pharmakonzerne und Biotechnologie-Unternehmen, um ihre Wirkstoffe möglichst rein herzustellen. Die Präzisionsmembranen, die man bislang dafür verwendet, sind ziemlich teuer, weil zeitraubend in der Herstellung. Anders die neue Membran aus Geesthacht.
"Wie Sie eben gesehen haben: Die Herstellung – wenn man einmal weiß, wie’s geht – geht sehr, sehr schnell. Von daher denken wir, dass sich Membranen auch viel preisgünstiger herstellen lassen können. Und wir haben die Möglichkeit, Poren im Nanometer-Maßstab maßzuschneidern. Und das kann man mit den anderen Verfahren auch nicht."
Als Ausgangsmaterial verwenden die Forscher spezielle Kunststoffe, die Block-Copolymere. Sie bestehen aus zwei Blöcken, die sich – chemisch gesehen – eigentlich gar nicht mögen. Während der zehn Sekunden, in denen sich auf der Glasplatte der Film bildet, versuchen die Blöcke irgendwie auseinander zu kommen. So ganz gelingt ihnen das in der kurzen Zeit zwar nicht. Aber: Zwischen ihnen bilden sich die nanometerkleinen Poren.
"Im Grunde geht das von alleine. Das ist das Schöne hier dran. Das ist eine Selbstorganisation."
Nur: Damit sich die Supermembran tatsächlich von alleine bildet, müssen die Rahmenbedingungen stimmen – etwa die Art und die Konzentration des Lösemittels.
"Wir haben mehrere Monate lang nicht die richtigen Bedingungen gehabt, sodass in den ersten fünf Monaten nichts Vernünftiges herausgekommen war und ich schon drauf und dran war, dass Ganze aufzugeben. Bis dann eines schönen Tages plötzlich diese Struktur herauskam. Und da waren wir sehr froh drüber."
Nun will Klaus-Viktor Peinemann testen, ob sich sein neues Verfahren auch für die maschinelle Fertigung eignet – die Voraussetzung für eine Serienproduktion. Die Industrie jedenfalls zeigt laut Peinemann schon ein lebhaftes Interesse an der Nano-Membran aus Geesthacht.
Forschungszentrum GKSS
"Das ist ein Block-Copolymer. Das besteht aus Polystyrol und einem zweiten Block aus Polyethylenoxid."
Peinemann hebt ein zweites Döschen hoch, darin ein klebriger Schleim – der Spezialkunststoff aufgelöst in einem Lösemittel. Dann gießt der Forscher ein paar Tropfen des Schleims auf eine Glasplatte und fährt mit einer Art Metallblock drüber.
"Sehen Sie: Jetzt entsteht ein klebriger Film. Jetzt warte ich zehn Sekunden. Jetzt sind die zehn Sekunden um. Und ich tauche diesen Film mit der Glasplatte in ein Wasserbad ein. Jetzt wird der Film sofort weiß und milchig."
Nun zieht Peinemann die Folie von der Glasplatte ab. Sie sieht aus wie ein zerplatzter Luftballon. Ein Versuch wie aus einem Experimentierkasten für Achtjährige. Doch dahinter steckt monatelange Tüftelei. Denn die unscheinbare Folie ist eine bemerkenswerte Membran: ein Sieb mit extrem feinen und regelmäßigen Poren, jede nur acht Nanometer groß, acht millionstel Millimeter. Ähnliche, wenn auch weniger präzise Membranen werden heute schon eingesetzt, und zwar im großen Stil.
"Zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, um Milch, Bier oder Wein zu filtrieren und um Abwasser zu reinigen. Die meisten Membranen haben aber eine sehr große Porenverteilung – kleine Poren und große Poren – und trennen darum nicht sehr genau. Das Besondere an dieser Membran ist, dass sie nur Poren hat, die in diesem Fall acht Nanometer groß sind und deshalb eine sehr scharfe Trenngrenze haben, sodass man Viren von kleinen Proteinen oder auch Proteine untereinander trennen kann."
Eine scharfe Trenngrenze für Eiweiße und Viren – genau das brauchen Pharmakonzerne und Biotechnologie-Unternehmen, um ihre Wirkstoffe möglichst rein herzustellen. Die Präzisionsmembranen, die man bislang dafür verwendet, sind ziemlich teuer, weil zeitraubend in der Herstellung. Anders die neue Membran aus Geesthacht.
"Wie Sie eben gesehen haben: Die Herstellung – wenn man einmal weiß, wie’s geht – geht sehr, sehr schnell. Von daher denken wir, dass sich Membranen auch viel preisgünstiger herstellen lassen können. Und wir haben die Möglichkeit, Poren im Nanometer-Maßstab maßzuschneidern. Und das kann man mit den anderen Verfahren auch nicht."
Als Ausgangsmaterial verwenden die Forscher spezielle Kunststoffe, die Block-Copolymere. Sie bestehen aus zwei Blöcken, die sich – chemisch gesehen – eigentlich gar nicht mögen. Während der zehn Sekunden, in denen sich auf der Glasplatte der Film bildet, versuchen die Blöcke irgendwie auseinander zu kommen. So ganz gelingt ihnen das in der kurzen Zeit zwar nicht. Aber: Zwischen ihnen bilden sich die nanometerkleinen Poren.
"Im Grunde geht das von alleine. Das ist das Schöne hier dran. Das ist eine Selbstorganisation."
Nur: Damit sich die Supermembran tatsächlich von alleine bildet, müssen die Rahmenbedingungen stimmen – etwa die Art und die Konzentration des Lösemittels.
"Wir haben mehrere Monate lang nicht die richtigen Bedingungen gehabt, sodass in den ersten fünf Monaten nichts Vernünftiges herausgekommen war und ich schon drauf und dran war, dass Ganze aufzugeben. Bis dann eines schönen Tages plötzlich diese Struktur herauskam. Und da waren wir sehr froh drüber."
Nun will Klaus-Viktor Peinemann testen, ob sich sein neues Verfahren auch für die maschinelle Fertigung eignet – die Voraussetzung für eine Serienproduktion. Die Industrie jedenfalls zeigt laut Peinemann schon ein lebhaftes Interesse an der Nano-Membran aus Geesthacht.
Forschungszentrum GKSS