Filtern mit Muschelpower

Filter spielen in vielen Bereichen des Lebens eine wichtige Rolle - vom Kaffeefilter bis zur Reinigung von Flüssigkeiten. Für die Reinigung oder Trennung von chemischen Stoffen – wie Farbstoffen in Wasser oder verschiedenen geladenen Atomen – reicht das reine Filtern nach Größe nicht aus. Es sind trickreichere Methoden erforderlich, um zum Beispiel verschiedene Ionen ähnlicher Größe voneinander zu trennen. Forscher des MPI für Polymerforschung haben jetzt einen Filter aus einem neuartigen, muschelartigen Material hergestellt. Der nur etwa zwanzig Millionstel Millimeter dicke Filter ist in der Lage, Ionen und Moleküle mit hoher Effizienz zu filtern.

In biologischen Systemen können Zellmembranen solche Trennprozesse realisieren, indem in den dünnen Poren des Siebes zusätzliche chemische Prozesse stattfinden. In künstlich hergestellten Sieben ist dies jedoch eine große Herausforderung. Die von den Wissenschaftlern des MPI für Polymerforschung hergestellte Membran kann jetzt jedoch effizient verschiedene Ionenarten oder auch ein Farbstoffgemisch trennen. Die Membran besteht aus einem Material, das einem von Muscheln produzierten Stoff sehr ähnlich ist: Polydopamin. Durch ein Elektropolymerisations-Verfahren kann die Polydopamin-Membran so hergestellt werden, dass sie subnanometergroße Kanäle als Siebporen aufweist.

Wie eine biologische Zellmembran haben diese Siebporen eine spezielle Oberflächenchemie. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, einwertige Ionen – wie einfach geladenes Natrium – und zweiwertige Ionen – wie doppelt geladenes Magnesium – trotz ihrer ähnlichen Größe zu trennen.

„Solche leicht herstellbaren Membranen sind für die Anwendungen von großem Interesse“, sagt Christopher Synatschke vom MPI für Polymerforschung. „Damit lassen sich zum Beispiel effizientere Filter für Wasser herstellen, zum Beispiel für Industrieabfälle.“ Die Forscher haben die Effizienz ihrer Membran mit anderen verglichen. Dabei konnten sie eine bemerkenswerte selektive Trennung zwischen Monovalenz-Ionen und größeren Spezies erreichen – effizienter als jede andere bisher hergestellte Membran.

Die Forscher hoffen, dass sich aus den neuen Polydopamin-Membranen neue Anwendungen entwickeln lassen - denn das Material ist nicht nur umweltfreundlich und biokompatibel, sondern lässt sich auch besonders leicht chemisch anpassen.

MPIP / RK