Nanoporen aus Aluminiumoxid

Bei der Sterilfiltration befreit eine Filtrationsmembran Flüssigkeiten von unerwünschten Partikeln und Keimen. Durch die Poren des Filters, die einen Durchmesser von meist wenigen Zehntausendstel Millimetern haben, gelangt nichts, was größer ist. Herkömmliche Membranen, meist aus Kunststoffen, stoßen dabei an Grenzen: Ihre Poren sind nicht gleichmäßig verteilt, hin und wieder fallen sie auch zu groß aus. Zudem sind die meisten Viren kleiner als die Poren und lassen sich somit nicht herausfiltern.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle haben jetzt eine neue Generation von Filtrationsmembranen geschaffen: Sie entwickelten keramische Membranen mit einer regelmäßigen Porenstruktur sowie einer sehr engen und gleichmäßigen Porengrößenverteilung. Diese Membranen garantieren deutlich zuverlässigere Filtrationsergebnisse, als es bei Polymermembranen der Fall ist.

Für diese Filtrationsmembranen wird als Ausgangsmaterial hochreines Aluminium verwendet, das durch Fließpressen und thermomechanische Strukturierung in die gewünschte Form gebracht wird. Das Aluminiumformteil kommt in ein Säurebad, in dem eine anodische Oxidation stattfindet. Bei der Elektrolyse bildet sich auf der Oberfläche eine wenige Mikrometer dicke Oxidschicht. Winzige Poren wachsen während der Oxidation in das Aluminium hinein. Diese Nanoporen sind wabenförmig, senkrecht zur Oberfläche und alle parallel zueinander ausgerichtet. Um die Porengröße festzulegen, müssen die Spannung und die Konzentration der Säure stabil eingestellt werden. Auch die Dicke der nanoporösen Schicht, und damit die Durchflussrate der Membran, kann über die Dauer der Oxidation genau festgelegt werden. Abschließend müssen die Poren nur noch geöffnet werden. Dabei hilft ein chemischer Ätzschritt, der unnötige Aluminiumreste ablöst. Das Ergebnis sind hochpräzise Filtrationsmembranen mit einer hohen Porosität.

Den Porendurchmesser können die Forscher zwischen 15 und 450 Nanometer variieren. Bei 15 Nanometer haben selbst kleinste Viren keine Chance, durchzukommen. Von den neuen Filtrationsmembranen profitiert vor allem die Biotechnologie. Neben der Nutzung der Filtrationseigenschaften bei der Herstellung von sterilen Medien können auch beim Tissue Engineering, also der Kultivierung von künstlichem Gewebe, die Membranen durch ihre hohe Porosität von Vorteil sein.

Quelle: Pressemitteilung der Fraunhofer-Gesellschaft, München, 1. Juli 2010.