Freiburg Rühren, warten, hoffen: Freiburger Chemiker forschen an Oberflächen

Freiburg / ANDREAS CLASEN 18.09.2015
Ständig sind wir in Kontakt mit Oberflächen, ihre Erforschung ist besonders wichtig. Freiburger Wissenschaftler arbeiten an sich häutenden Urinkathetern, die lebensgefährliche Erkrankungen verhindern sollen.

Wir berühren und putzen sie, wir sitzen und fahren auf ihnen: Oberflächen. Ihre Bedeutung für unser Leben nehmen wir dennoch kaum wahr, wenn wir über das Smartphone-Glas streichen, das Auto über den Flüsterasphalt lenken, in der angerauten Biberbettwäsche Wärme suchen oder im glatten Pendant aus Satin Kühlung.

Unternehmen wie Regierungen wissen aber, wie wichtig Oberflächen sind. Hohe Summen fließen Jahr für Jahr aus privaten wie öffentlichen Geldtöpfen in diesen Forschungsbereich. Die Chemikerin Karen Lienkamp erhielt für ihr Projekt an der Universität Freiburg vom Europäischen Forschungsrat 2014 einen mit 1,49 Millionen Euro dotierten "Starting Grant". Sollten die Wissenschaftlerin und ihr Team am Institut für Mikrosystemtechnik erfolgreich sein, könnte das helfen, lebensgefährliche Erkrankungen zu verhindern.

Im Freiburger Labor formen Gummischläuche, Glaskolben- und -röhren geheimnisvoll verschlungene Systeme. Stickstoffspülungen und brummende Vakuumpumpen haben aus ihnen Wasser und Sauerstoff entfernt. Vor dem Aufbau steht im weißen Kittel Ester Karolin Riga mit einer großen Schutzbrille auf der Nase. "Wenn man normalerweise in der Chemie einen Doktor macht", sagt sie, "ist das relativ wenig anwendungsbezogen. Aber bei diesem Projekt hat man wirklich eine Vorstellung davon, wofür die eigene Arbeit gut ist."

Seit einem Jahr ist die 26-Jährige in Lienkamps zehnköpfigem Team. Da die Chefin an diesem Mittwoch durch einen dringenden Termin verhindert ist, erklärt die Doktorandin das Forschungsprojekt. "Eine Anwendungsidee ist, dass wir mit Hilfe dieser neuen Oberflächentechnik Urinkatheter besser gegen Keimbefall präparieren und dass sie seltener ausgetauscht werden müssen", sagt die Saarländerin. "Dadurch könnten wir Kranke effizienter vor Infektionen schützen und ihnen mehr Ruhe schenken, um zu genesen."

Zahlen zeigen, was das für ein wichtiger Fortschritt wäre. Das Bundesgesundheitsministerium schätzt, dass bis zu 600 000 Menschen infolge stationärer oder ambulanter Behandlungen Infektionen erleiden. Jährlich endet dies für geschätzte 15 000 Menschen tödlich. Am häufigsten treten Harnwegsinfektionen auf, denn gerade ältere Patienten benötigen oft einen Urinkatheter.

Um diesen Infektionen vorzubeugen, werden im Freiburger Labor ständig Substrate getrocknet, gekocht, gerührt und gewogen, um dann zu warten und auf Erfolg zu hoffen. Auf Basis ihres Wissens probieren die Forscher unterschiedlichste Wege aus, um ihr Ziel zu erreichen. Am Ende wollen sie die Katheteroberfläche mit einer neuen Lösung aus eigens hergestellten multifunktionalen Polymeren - das sind lange Molekül-Ketten - beschichten: Die so präparierte Oberfläche soll ein andockendes Bakterium zerstören, indem die Beschichtung dessen Außenhülle aufbricht. "Und da ist, anders als beim Einsatz von Antibiotika, die Gefahr niedrig, dass sich Resistenzen bilden", sagt Riga, "weil wir hierfür Nachbauten von körpereigenen Eiweißen einsetzen und diese gibt es ja schließlich seit Menschengedenken."

Zerstörung ist aber nicht die einzige Funktion der Beschichtung. Die Oberfläche soll sich auch "häuten" können, damit sie nicht das Schicksal eines vollen, unwirksamen Fliegen-Lockstreifens erleidet und die Gefahr entsteht, dass sich Bakterien auf den toten Kollegen wieder ansiedeln und vermehren.

Für die Häutung löst sich nach einer gewissen Zeit direkt unter der Oberfläche eine biologisch abbaubare Schicht automatisch auf, sodass die oberste Lage mit den toten Bakterien keinen Halt mehr hat und mit dem Urin den Körper verlässt. Zurück bleibt eine Schicht, die Bakterien wieder bekämpfen kann.

Wann diese neue Oberflächentechnik einmal in Krankenhäusern zum Einsatz kommt, wissen weder Riga noch Lienkamp. "Das ist Grundlagenforschung", sagt die 36-jährige Projektleiterin später am Telefon. "Niemand kann im Moment seriös sagen, wann und ob überhaupt einmal Krankenhauspatienten von dieser Forschung profitieren werden. Wir haben eine klare Vision im Kopf, die wir erreichen wollen. Das Ganze kann aber auch in einer Sackgasse enden." Visionäre Forschung ist eben ein Risikogeschäft.

Wände, an denen Graffiti abgleiten - Straßen, die Strom produzieren

Schutzschicht Bastian Rapp ist optimistisch. "Ich stelle mir vor, dass in zehn Jahren diese Materialien als Klarlacke im Handel sind, und man damit beliebige Oberflächen zuhause, im öffentlichen Raum und in der Industrie beschichten und vor Chemikalienangriffen, Korrosion, Schmutz, Vandalismus und mehr schützen kann", sagt er. Über die Erfüllung dieser Vision würden sich bestimmt viele freuen: Der Autobesitzer etwa, an dessen Fahrzeug kein Schmutz mehr haften bleibt, der Hausbesitzer, an dessen Hauswand Graffiti-Sprayer verzweifeln, weil die Farbe einfach abgleitet. Damit die Vision Wirklichkeit wird, arbeitet der promovierte Ingenieur

Rapp am Institut für Mikrostrukturtechnik des Karlsruher Instituts für Technologie mit einem Team an einem neuen Werkstoff "Fluoropor", von dem Wasser und Öl abperlen und der sehr robust sein soll. Der Bund unterstützt das Projekt mit 2,85 Millionen Euro.

Neue Wege Im niederländischen Dorf Krommenie wurde Ende 2014 ein 70 Meter langer Fahrradweg gebaut, in dem Photovoltaikmodule arbeiten. Er soll bis 2016 auf 100 Meter erweitert werden und dann mehrere Haushalte mit Strom aus der Sonne versorgen. "SolaRoad" ist der Bauherr, ein Konsortium aus der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung (TNO), der Provinz Nordholland und Industriepartnern. In Zukunft wollen sie auch Straßen auf diese Weise bauen. In Deutschland verfolgt "Solmove" ebenfalls das Ziel, Verkehrswege zu Solarkraftwerken zu machen. In den USA arbeitet die Firma "Solar Roadways" an ähnlichen Konzepten, verbaut in Prototypen aber zudem LEDs, die Straßenmarkierungen oder Warnhinweise anzeigen.

AC

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