Keramikgranulat aus Aluminiumoxid wurde mit einer Nanometer-feinen Schicht aus Kupferoxid überzogen, wie hier in 5.000-facher Vergrößerung zu erkennen (Elektronenmikroskopie, nachkoloriert).
Sena Yüzbasi / Empa
Mit Krankheitserregern verunreinigtes Wasser bringt jährlich Hundertausenden den Tod an Orten, wo die Wasseraufbereitung fehlt oder nur mangelhaft funktioniert. Um dem ein Ende zu setzen, gehört die Verfügbarkeit von sauberem Wasser für alle Menschen seit 2015 zur Globalen Nachhaltigkeitsagenda der Vereinten Nationen. Entsprechend dieser Zielvorgabe entwickeln Forscherteams der Empa gemeinsam mit dem Wasserforschungsinstitut Eawag neue Materialien und Technologien, um Trinkwasser von Krankheitserregern zu befreien, die sich mit herkömmlichen Maßnahmen bisher kaum oder nur mit teuren und aufwändigen Verfahren eliminieren ließen. Dabei haben es die Forschenden auf die Kleinsten unter den Keimen abgesehen: Winzige Erreger, die sich über das Trinkwasser verbreiten und verschiedene Krankheiten auslösen, etwa Kinderlähmung, Durchfall und Hepatitis. Zu diesen Erregern gehört auch das nur knapp 70 nm große Rotavirus.
"Gegen Rotaviren sind herkömmliche Wasserfilter wirkungslos", so Empa-Forscher Thomas Graule vom High Performance Ceramics-Labor in Dübendorf. Gerade diese winzigen Keime gehören aber zu den häufigsten Erregern von Magen-Darminfekten. Laut Weltgesundheitsorganisation WHO starben im Jahr 2016 weltweit rund 130.000 Kinder an einer Rotavirus-Infektion. Nun haben die Forschenden Strategien für Filtrationstechnologien entwickelt, die auf neuen Materialien basieren. Eine Eigenschaft der Viruspartikel lässt sich für eine neue Art von Filtern nutzen: die in vielen Fällen negative elektrische Ladung der Viruspartikel.
Poröse Nanobeschichtung
Um Filtertechnologien zu entwickeln, die Viren im Nanometerbereich einfangen können, setzt Graule auf Komposit-Werkstoffe, die so funktionalisiert sind, dass sie Viren gezielt binden. "Im Wasser ist die Oberfläche der Viruspartikel negativ geladen. Wir konnten zeigen, wie sich die Viruspartikel an positiv geladenen Oberflächen festsetzen", erklärt er. So arbeiten die Forscher etwa an Keramikgranulat aus Aluminiumoxid, dessen feine Körnchen mit Nanometer-dünnen Schichten von Kupferoxid überzogen werden. "Die stark poröse Kupferschicht bildet mit der Keramik einen Verbundwerkstoff mit einer positiv geladenen und immens großen spezifischen Oberfläche", so Graule. Auch winzige mehrlagige Kohlenstoffnanoröhrchen konnten die Forscher mit Kupferoxid beschichten und so eine Viruselimination ermöglichen.
