Vorbild Camembert

Der Camembert-Käse brachte Wissenschaftler auf die Idee, ein neues Material zu entwickeln (Bild: Shutterstock).

Forschende der ETH Zürich haben erstmals ein Verbundmaterial aus Polymeren und einem Mikroorganismus kreiert. Dieses erste «lebende Material» hat eine selbstreinigende Oberfläche und bringt bestimmte Essensflecken zum Verschwinden. Ein Camembert-Käse brachte die Wissenschaftler auf die Idee.

Der Vogelflug diente als Inspirationsquelle für die Konstruktion von Flugzeugen, und es gibt wasserabweisende Oberflächen, die Lotusblüten nachempfunden sind. Dies sind nur zwei Beispiele, bei denen sich Ingenieure von der Biologie haben inspirieren lassen. Wissenschaftler der ETH Zürich unter der Leitung von Wendelin Stark, Professor für Funktionelle Materialen, gehen nun einen Schritt weiter und haben zum ersten Mal ein Material geschaffen, das nicht nur der Biologie nachempfunden ist, sondern auch lebende Organismen, nämlich Pilze, enthält. Die Forscher nennen diesen neuen Werkstoff aus Polymeren und lebenden Organismen ein «Living Material».

Dieses lebende Material ist nach dem Sandwich-Prinzip aufgebaut. Eine Schicht eines Edelschimmelpilzes ist dabei zwischen zwei Kunststofffolien eingeklemmt. Die besondere Funktion des neuen Materials: Es reinigt sich unter speziellen Bedingungen von selbst. Das Material bringt nämlich darauf aufgebrachte Zuckerlösung zum Verschwinden.

Abwischfest und langlebig

Möglich macht dies die obere Kunststoffmembran, die porös ist. Ihre Poren sind gross genug, damit Nährstoffe und Gase zum Pilz und von ihm weg gelangen können, jedoch klein genug, um den Pilz im Sandwich eingeschlossen zu halten. Auf dem Material aufgebrachte Zuckerlösung kann so zur Pilzschicht dringen und von den Organismen metabolisiert werden.

Weniger als einen halben Millimeter dünn und flexibel ist das Material, das ETH-Doktorand Lukas Gerber entwickelt hat. Wie eine erste Machbarkeitsstudie gezeigt hat, die die Forscher in der jüngsten Ausgabe des Fachmagazins «PNAS» veröffentlichten, ist es ausserdem abwischfest und langlebig. Von Pilzen ist bekannt, dass sie Sporen bilden und so über eine sehr lange Zeit in einem Wartezustand verharren können, um ihre Aktivität zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufzunehmen.

Oberflächenschutz wie bei Edelschimmelkäse

Das Prinzip der lebenden Oberfläche haben die ETH-Forscher dem Äusseren eines Camembert-Käses nachempfunden. Dieser Käse ist von einer Weissschimmel-Schicht bedeckt, die nicht nur die Käsereifung beeinflusst, sondern ihn auch vor unerwünschten Mikroorganismen schützt.

Die Forscher denken nun daran, ihr Material weiterzuentwickeln. «Man könnte etwa einen Antibiotikum-produzierenden Pilz zwischen die beiden Kunststoffmembranen einschliessen», sagt Lukas Gerber. So könnte eine antimikrobielle Oberfläche entstehen, die das Antibiotikum genau dann produziert, wenn es gebraucht wird. Als Anwendung einer solchen Schutzoberfläche wäre die Beschichtung von Tischen und Böden in Spitälern denkbar.

Hochhaus als grüne Lunge

Eine weitere Möglichkeit ist laut Gerber, solche Materialien mit Algen statt Pilzen herzustellen. Algen produzieren Sauerstoff. Mit Algenfolie beschichtete Hochhäuser würden so zu einem grünen Turm, der die Funktion eines Waldes wahrnimmt und hilft, CO₂ abzubauen. Oder man könnte – als dritter Ansatz – Pilze und Algen in dem Material kombinieren. So entstünde eine Art künstliche Biotech-Flechte, mit der sich beispielsweise bestimmte Eiweisse erzeugen liessen. Die Eiweisse wären auch sehr einfach zu isolieren, weil sie durch die poröse Schicht dringen und so von den produzierenden Organismen getrennt sind. Diese Anwendungen sind aber alle noch Zukunftsmusik.

Quelle: Fabio Bergamin, ETH life