Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz hat untersucht, wie sich das Prinzip der Schleimschicht auf Nasenhärchen auf technische Filtersysteme übertragen lässt. Im Zentrum der Untersuchung steht eine dünne Flüssigkeitsschicht, die technische Filterfasern umgibt.

Partikelbindung durch Flüssigkeitsbrücken

Der Schleim, der die Nasenhaare im menschlichen Körper bedeckt, spielt eine zentrale Rolle bei der Reinigung der eingeatmeten Luft: Er fängt Pollen, Staub und andere Partikel ab, bevor diese die Lunge erreichen. In Anlehnung an die natürlichen Schleimhäute haben die Forschenden Filter entwickelt, die mit einer hauchdünnen Flüssigkeitsschicht versehen sind. Diese soll dabei helfen, Partikel durch Kapillarkräfte an den Fasern des Filters zu binden.

Dabei bilden sich Flüssigkeitsbrücken zwischen den Staubpartikeln und den Filterfasern. Diese können verhindern, dass sich Partikel wieder lösen, und führen zur Bildung kompakter Staubaggregate. In den durchgeführten Versuchen blieb der Luftstrom über längere Zeit erhalten, ohne dass die Durchlässigkeit signifikant eingeschränkt wurde.

„Diese Technologie ist ein Schritt in Richtung langlebiger, energieeffizienter Filtersysteme. Besonders beeindruckend ist, dass selbst ultrafeine Partikel im Nanometerbereich zuverlässig gebunden werden“, so Dr. Michael Kappl vom Max-Planck-Institut in Mainz.

Internationale Kooperation

Das Konzept sowie das Design des Filters wurden maßgeblich von Professor Sanghyuk Wooh (Chung-Ang University, Seoul) entwickelt. Beteiligt waren außerdem Fachleute der Incheon National University (Südkorea), der University of Cincinnati (USA) sowie des MPI-P in Deutschland.

„Luftreinhaltung ist ein globales Thema – mit dieser Arbeit zeigen wir, wie interdisziplinäre Forschung über Kontinente hinweg konkrete Lösungen hervorbringen kann“, sagte Prof. Hans-Jürgen Butt, Direktor am MPI-P.

Mögliche Einsatzbereiche

Die entwickelte Technologie könnte potenziell in verschiedenen Anwendungen erprobt werden, darunter Lüftungs- und Klimaanlagen, industrielle Abluftsysteme, medizinische Schutzmasken und Reinräume sowie Staub- und Rauchfilter in städtischen Gebieten. Die hohe Partikelbindung bei gleichbleibendem Luftdurchsatz soll Ansätze für Systeme mit reduziertem Energiebedarf ermöglichen.