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Kupfer im Weltall: Forschungsproben fliegen zur ISS

Die Ausbreitung von mikrobiellen Erregern wie Viren, Bakterien, Pilzen und Schimmelpilzen betrifft jedes Jahr Hunderte Millionen Menschen. Nach wie vor beschäftigt die Corona-Pandemie die Welt. Vor allem in hygienisch kritischen Bereichen wie Krankenhäusern und Trinkwasseranlagen werden solche Mikroben täglich bekämpft, um z. B. Krankenhaus-Infektionen zu verhindern. Ein neues Forschungsprojekt auf der Internationalen Raumstation ISS soll nun weitere Erkenntnisse zutage bringen – Fittings oder Rohre aus Kupfer sind dafür allerdings nicht vorgesehen.

Bakterien: Überall ein Problem

Auch im All können Bakterien zum Problem werden. Wie auf der Erde besiedeln Mikroorganismen auch die hier vom Menschen geschaffenen Lebensräume. Sie können mit Versorgungslieferungen an Bord kommen, aber vor allem stammen sie von den Menschen selbst, die von Natur aus mehr Bakterien auf und im Körper beherbergen als eigene Zellen.

Auf der ISS waren bislang fast 250 Astronautinnen und Astronauten. Da kommt auch im Mikrokosmos einiges zusammen. Auf Griffen, Hebeln, Knöpfen, überall können sich Bakterien ansiedeln und Biofilme bilden, eine Schleimschicht, in deren Schutz sie beste Bedingungen haben.

Die allermeisten der Bakterien sind harmlos. Es könnten aber auch gefährliche darunter sein, die die Situation im All ausnutzen: Das Immunsystem auch der fittesten Raumfahrerinnen und Raumfahrer wird in der Schwerelosigkeit schwächer, während die Mutationsrate der Bakterien hingegen durch die energiereiche Strahlung im Weltall zunimmt.

Neuartige Oberflächen könnten helfen

„Wir entwickeln verschiedene neuartige Oberflächen, die verhindern, dass sich solche Biofilme bilden“, sagt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. „Ziel ist, dass sich bei Weltraummissionen innerhalb der Raumstation keine Keime ausbreiten, die etwa durch die erhöhte Strahlenbelastung im isolierten Umfeld auch stärker mutieren könnten. Dies ist wichtig vor allem auch mit Blick auf die Zukunft, wenn Astronautinnen und Astronauten noch viel länger als bisher im Weltraum bleiben sollen, wie bei einem bemannten Flug zum Mars“, erklärt der Materialwissenschaftler.

In mehreren Forschungsprojekten forschen Mücklich und sein Team an neuen, antimikrobiellen Oberflächen. Bereits 2019 hatten sie gemeinsam mit der US-Weltraumbehörde NASA und dem MIT in Boston mehrere Probenserien laserstrukturierter Materialoberflächen zur ISS geschickt. Am 28. August treten jetzt zahlreiche Proben ihren Weg ins All an, bei denen Mücklich mit der europäischen Weltraumagentur ESA und dem Team von Professor Ralf Möller vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR zusammenarbeitet.

Für diese Mission haben die Forscherinnen und Forscher mit einer neuartigen Lasertechnik auf der Mikroebene der Oberflächen von Kupfer-, Messing- und Stahl-Proben mikroskopisch feine, periodische Strukturen „eingraviert“. „Wir verändern mit Laserinterferenz-Technologie gezielt die Mikrotopographie der Oberflächen – de facto ´ohne Chemie´. So wollen wir herausfinden, ob und wie Keime sich darauf in der Schwerelosigkeit ansiedeln und wie eine nanometergenaue Laserstrukturierung in Kombination mit antimikrobiellen Eigenschaften verhindern kann, dass sich Bakterienstämme ausbreiten“, erklärt Mücklich.

Hätte Kupfer dazu beitragen können, die derzeitige Situation zu verhindern?

Niemand weiß dies mit Sicherheit. Seine Eigenschaften sind jedoch unverkennbar, und nach den Auswirkungen von COVID 19 nicht nur auf die menschliche Gesundheit, sondern auch auf die Wirtschaft zu urteilen, verblassen die vermeintlich höheren Vorlaufkosten sehr schnell.

Ein weiterer hygienisch kritischer Bereich ist das Trinkwasser. Während Wasser als solches keine Coronaviren überträgt und ein Großteil der Rohrleitungen kaum mit der Hand berührt wird, klingt es für viele ziemlich gut, fast unbegrenzt haltbare, völlig wartungsfreie Rohrleitungen und Armaturen mit antimikrobiellen Eigenschaften zu haben, die gleichzeitig ideal für den Kontakt mit Wasser geeignet sind. SANHA bietet verschiedene Rohrsysteme aus Kupfer oder Kupferlegierungen an, von denen viele, wie z. B. die Pressfittings der Serie 6000, über umfangreiche internationale Zertifizierungen etwa von WRAS, CSBT oder TÜV verfügen.

Bis auch Rohre oder Fittings aus Kupfer oder anderen Werkstoffen zu Forschungszecken ins Weltall geschossen werden, könnte allerdings noch einige Zeit vergehen.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Frank Mücklich
Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes,
Steinbeis-Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland (MECS)
Tel. 0681/302-70500, Mail: frank.muecklich@uni-saarland.de
www.fuwe.uni-saarland.de - Funktionswerkstoffe
www.mec-s.de - Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik

In Teilen übernommen von Neuartige Oberflächen gegen Bakterien: Forschungsproben fliegen zur ISS (idw-online.de)