28.09.2021

Fünfzehnmal berührt

Laserstrukturierte antimikrobielle Oberflächen auf der Internationalen Raumstation im Test.

Die Versorgungsmission zur Internationalen Raumstation (ISS) namens SpaceX CRS-23 – der 23. kommerzielle Start des Raumtransporters Dragon – hat neben 35 weiteren Experimenten aus Deutschland auch ein gemeinsames Experiment der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS), des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Universität des Saarlandes und des University College London (Centre for Nature Inspired Engineering) an Bord. ESA-Astronaut Thomas Pesquet installierte auf der ISS das Experiment und führte den ersten Test durch.

 

Abb.: Zu sehen ist ein Touch Array, wie es auf der ISS benutzt wird: Der...
Abb.: Zu sehen ist ein Touch Array, wie es auf der ISS benutzt wird: Der schmale Streifen trägt getrennte Felder mit unterschiedlichen Metallen, die von den Astronauten berührt werden. (Bild: IfGA)

Das Experiment mit Beteiligung der H-BRS nennt sich „Touching Surfaces“. Ralf Möller, Projektleiter am Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften der Hochschule, erklärt: „Mikroorganismen sind in der Raumfahrt so präsent wie auf der Erde. Sie erreichen das All über Equipment, Experimente und über die Astronauten selbst. Sie verbreiten sich so über die ganze Raumstation und entwickeln eine ganz eigene Mikroflora.“ Diese könne sich unter den Bedingungen des Weltraumfluges verändern, so Möller weiter. Entstehende Biofilme können aber nicht nur Auswirkungen auf die Gesundheit der Astronauten haben, sie können sogar zu Material­schäden führen.

Folglich wäre die Verwendung neuartiger antimikrobieller Oberflächen eine alternative Strategie gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Reinigungsverfahren oder von Desinfektionsmitteln, um das mikrobielle Wachstum und die Bildung von Biofilm zu hemmen. So wichtig die erhofften Ergebnisse für die Raumfahrt auch sind, so sicher könne das am besten geeignete Design für „biozide“ Oberflächen auch für Anwendungen auf der Erde zum Einsatz kommen, ist sich Möller sicher. Der Professor für Weltraum­mikrobiologie der H-BRS und des DLR nennt öffentliche Verkehrsmittel, klinische Bereiche oder die Gestaltung von Wohnräumen – oder als Zukunfts­vision bemannte Raumfahrt­missionen. Überall, wo viele Menschen auf engen Raum interagieren und eine spezielle Hygiene notwendig ist.

Oberflächen aus Kupfer, Messing und Stahl sind auf der ISS im Test. Oberflächenmuster in der Größenordnung einzelner Mikroorganismen vergrößern die Kontaktfläche zwischen Oberfläche und Mikroben. Die unterschiedliche Oberflächen­strukturierung im Experiment untersucht die bakterielle Anhaftung und die antimikrobielle Wirksamkeit der verschiedenen Materialien.

Insgesamt werden fünf Touch Arrays zur ISS geschickt. Die ESA-Astronauten Thomas Pesquet und Matthias Maurer werden die Touch Arrays in regelmäßigen Abständen während ihrer Missionen berühren. Insgesamt werden die Touch Arrays mindestens 15-mal angefasst. Die Touch Arrays werden in der Raumstation an häufig und seltener genutzten Stellen angebracht, dies erlaubt eine Beobachtung bezüglich der Verteilung von Mikroorganismen innerhalb der ISS.

Bevor Touching Surfaces weltraumtauglich war, untersuchte das Team um Möller die antimikrobielle Wirkung verschiedener metallischer Oberflächen bereits in Labor­experimenten. Die Forschergruppe entwickelte eine maßgeschneiderte Funktionalisierung der metallischen Oberflächen mit einzig­artigen Nano­strukturen mittels einer ultrakurz gepulsten direkten Laserbehandlung.

„Da wir die Versuche mit den Touch Arrays, wie sie nun auch auf der ISS zu finden sind, auch im Labor durchgeführt haben, können wir erstens herausfinden, welche Arten von Mikroorganismen sich unter Weltraum­bedingungen und durch Berührungen der Astronauten auf den Oberflächen festsetzen. Die Wirksamkeit der laser­strukturierten Oberflächen im Weltraum im Vergleich zur Erde ist ein zweiter Punkt, dem wir entgegenfiebern“, sagt Möller und fiebert jetzt schon den Ergebnissen entgegen. Die Auswertungen von Touching Surfaces findet unter anderem im Microbiome Center der H-BRS statt.

HS Bonn-Rhein-Sieg / DE

 

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