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Im Rahmen der Versuche, die Covid-19-Pandemie einzudämmen, werden Papiermasken zunehmend obligatorisch. Ihre relative Wirksamkeit wird nicht mehr in Frage gestellt, aber ihr weit verbreiteter Einsatz hat eine Reihe von Nachteilen. Dazu gehören die Umweltauswirkungen von Einwegmasken, die aus Schichten nicht gewebter Polypropylen-Kunststoff-Mikrofasern bestehen. Zudem fangen sie Krankheitserreger lediglich ein, anstatt sie zu zerstören. «In einem Krankenhaus werden diese Masken in speziellen Behältern aufbewahrt und entsprechend behandelt», sagt László Forró, Leiter des Labors für Physik der komplexen Materie der EPFL. «Ihre Verwendung in der übrigen Welt – wo sie in offene Mülltonnen geworfen und sogar auf der Strasse liegengelassen werden – kann sie jedoch zu neuen Kontaminationsquellen machen.»
Die Forschenden im Labor von Forró arbeiten an einer vielversprechenden Lösung für dieses Problem: eine Membran aus Titanoxid-Nanodrähten, die ähnlich wie Filterpapier aussieht, aber antibakterielle und antivirale Eigenschaften besitzt.
Ihr Material funktioniert, indem es die photokatalytischen Eigenschaften von Titandioxid nutzt. Wenn die Fasern ultravioletter Strahlung ausgesetzt werden, wandeln sie die Feuchtigkeit in Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid um, die in der Lage sind, Krankheitserreger zu zerstören. «Da unser Filter aussergewöhnlich gut Feuchtigkeit absorbiert, kann er Tröpfchen einfangen, die Viren und Bakterien tragen», sagt Forró. «Dies schafft ein günstiges Umfeld für den Oxidationsprozess, der durch Licht ausgelöst wird.»
Die Arbeit der Forschenden erscheint heute in Advanced Functional Materials und beinhaltet Experimente, die die Fähigkeit der Membran nachweisen, E. coli, das Referenzbakterium in der biomedizinischen Forschung, und DNA-Stränge in Sekundenschnelle zu zerstören. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse behaupten die Forschenden – auch wenn dies experimentell noch nachgewiesen werden muss –, dass das Verfahren bei einer Vielzahl von Viren, darunter SARS-CoV-2, ebenso erfolgreich wäre.
In ihrem Artikel heisst es auch, dass die Herstellung solcher Membranen in grossem Massstab machbar wäre: Allein die Ausrüstung des Labors kann bis zu 200 m2 Filterpapier pro Woche herstellen, was für bis zu 80 000 Masken pro Monat ausreicht. Ausserdem könnten die Masken sterilisiert und tausendfach wiederverwendet werden. Dies würde Engpässe lindern und die Abfallmenge von Einweg-OP-Masken erheblich reduzieren. Schliesslich macht der Herstellungsprozess, bei dem die Titanit-Nanodrähte kalziniert werden, die Masken stabil und verhindert das Risiko des Einatmens von Nanopartikeln durch den Anwender.
Ein Start-up namens Swoxid bereitet bereits die Auslagerung der Technologie aus dem Labor vor. «Die Membranen könnten auch in Luftbehandlungsanwendungen wie Lüftungs- und Klimaanlagen sowie in der persönlichen Schutzausrüstung eingesetzt werden», sagt Endre Horváth, Hauptautor des Artikels und Mitbegründer von Swoxid.