Mit einer neuartigen elektrochemischen Technologie können Viren und andere Krankheitserreger aktiv unschädlich gemacht werden. Das haben Mitarbeiter dreier Forschungsgruppen des Instituts für Chemie und Biotechnologie der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) in Wädenswil getestet. Bereits Anfang 2021 hatten sie, zusammen mit dem Entwickler der Technologie, der Osmotex AG aus Thalwil, den Prototypen einer Maske vorgelegt, die sich per Knopfdruck mit einer angelegten Spannung quasi selbst desinfiziert. Die Forschenden konnten nachweisen, dass die neuartige Maske sicher und gesundheitlich unbedenklich ist. Inzwischen ist die Maske marktreif und kann erworben werden. Die Technologie dahinter ist aber auch für weitere Anwendungen interessant.
Spannung an der Maske erzeugt reaktive Sauerstoffspezies
Der Prototyp dieser, wie die Entwickler sagen, „weltweit einzigartigen Maske aus elektrochemischen Textilien“ erreicht eine antivirale Wirkung von über 99 Prozent, heißt es aus Wädenswil. Die neuartige Maske filtert nicht nur die Luft, sie enthält auch einen mehrlagigen Spezialstoff, der von stromleitenden Elementen durchzogen ist, und eine Spannungsquelle. Zwischen zwei leitenden Schichten liegt eine isolierende Membran. Mit einer Batterie wird auf Knopfdruck eine elektrische Spannung von wenigen Volt angelegt. Diese bewirkt, wenn die Maske zum Beispiel nach Kontakt mit der Atemluft eine gewisse Feuchtigkeit aufweist, die Bildung reaktiver Sauerstoffmoleküle: Im textilen Gewebe entstehen Wasserstoffperoxid und Ozon, die Viren und Bakterien in wenigen Minuten inaktivieren.
„Ein Teil dieser Moleküle diffundiert auch aus dem Stoff heraus und umgibt die Maske wie eine winzige Wolke“, erläutert ZHAW-Chemiker Prof. Chahan Yeretzian vom Institut für Chemie und Biotechnologie. Er ist einer der Forscher, die die Eigenschaften der Masken getestet haben. Die angelegte Spannung und die Konzentration der Sauerstoffmoleküle sind minimal und nach Angaben der Forscher für Menschen unbedenklich. Ozon und Wasserstoffperoxid zerfallen bereits nach kurzer Zeit wieder.
Je nach Spannung und Material – über 99 % der Viren inaktiviert
Welche reaktiven Sauerstoffmoleküle produziert werden und wie effizient diese die Krankheitserreger inaktivieren, hängt von der eingesetzten Spannung und von den verwendeten textilen Materialien ab. Im Labor suchen die ZHAW-Forschenden aktuell nach der optimalen Mischung. „Je nach Spannung und Aufbau des Textils erreichen wir eine Vireninaktivierung von über 99 Prozent“, so ZHAW-Projektleiter Dr. Sebastian Opitz. Die Effizienz könnte also je nach Einsatzbereich spezifisch angepasst werden.
Streng genommen kann man mit diesen Werten nicht von einer Sterilisation sprechen – die per Definition kein Krankheitserreger überstehen dürfte. „Aber“, so erläutert Yeretzian, „wir testen gemäß den Vorgaben mit sehr hohen Mengen an Erregern. Unter realen, weniger stark belasteten Bedingungen ist davon auszugehen, dass nach dem Anlegen der Spannung keine aktiven Erreger mehr auf der Maske sind.“
Schon die ersten Versuche zeigten das Potenzial
Laut Osmotex-Cheftechnologe Trond Heldal waren schon die Resultate der ersten Versuche mit der elektrochemisch aktiven Maske vielversprechend. Das entsprechende Verfahren hat Osmotex patentieren lassen und vergibt für bestimmte Anwendungen und geographische Regionen Lizenzen an andere Unternehmen. Das wissenschaftliche Know-how der ZHAW hat laut Heldal dazu beigetragen, die Maske zu optimieren und in kurzer Zeit zur Marktreife bringen.
Das Forschungsprojekt wurde von ZHAW-Chemiker Yeretzian und Osmotex gemeinsam initiiert und läuft noch bis 2022. Während sich Yeretzians Team um die Sicherheit der Maske kümmert, ist das Team des ZHAW-Mikrobiologen Prof. Martin Sievers für die Effizienz und jenes von ZHAW-Chemiker Prof. Christian Adlhart für das Material zuständig. Die Wirksamkeit der elektrochemischen Technologie wurde mit einer Studie im Sommer 2020 dokumentiert. Danach ging es darum, die „Technologie für sterile Schutzmasken zu optimieren und alltagstauglich zu machen“, so Yeretzian.
Coronosvirus-Pandemie: Technologie auf Masken übertragen
Ursprünglich war das elektrochemische Verfahren von Osmotex entwickelt worden, um den Schweiß in Sporttextilien aktiv nach außen zu transportieren – dass dabei reaktive Sauerstoffmoleküle entstehen, war beobachtet worden. Mit der Ausbreitung der Coronavirus-Pandemie bekam es jedoch eine neue Bedeutung und mündete schließlich in die Weiterentwicklung und die Tests mit den Masken. Innosuisse hat das Vorhaben mit über 900 000 Schweizer Franken gefördert.
Ideen auch für Bekleidung und OP-Tisch-Abdeckungen
Es sind aber nicht nur die Masken entstanden, sondern auch schon neue Produktideen. Osmotex und die ZHAW-Forschenden wollen im Rahmen des weiterlaufenden Projektes die Technologie nun auch auf weitere Anwendungen ausdehnen, so etwa auf Sitzbezüge und andere Textilien im öffentlichen Bereich. Die Liste der potenziellen Anwendungsbereiche ist lang: Spitäler, Rettungsteams, Hotels, öffentliche Verkehrsmittel, Büros oder Arbeitsplätze könnten die Technologie und daraus entwickelte Produkte nutzen.
Im Gesundheitsbereich wären OP-Tisch-Abdeckungen, vor allem aber selbstreinigende Kleidungsstücke für das Personal interessant. Durch die elektrochemische Reaktion könnten teure sowie potenziell gefährliche chemische Stoffe oder UV-Systeme ersetzt werden. „Die elektrochemische Inaktivierung der Erreger könnte sogar eine Antwort auf die wachsende Problematik multiresistenter Krankenhauskeime sein“, sagt Chahan Yeretzian. Denkbar sind aber auch alltägliche Anwendungen. Beispielsweise könnte eine Handtasche aus dem Hightech-Textil der einfachen Sterilisierung von Gegenständen wie Schlüssel, Handy oder Münzen dienen. Für diese Anwendung gebe es „schon mindestens einen Interessenten, der die Idee umsetzen will.“ (op)
Kontakt zu den Forschern:
Prof. Dr. Chahan Yeretzian
Institut für Chemie und Biotechnologie
ZHAW-Departement Life Sciences und Facility Management
E-Mail: chahan.yeretzian@zhaw.ch
www.zhaw.ch
Weitere Informationen
Mehr über die Masken, die das Unternehmen Ray-Mask inzwischen anbietet:
Die Technologieentwickler von Osmotex vergeben Lizenzen an Interessenten, die Produktideen mit den Hightech-Textilien umsetzen wollen:
