Filtermembran macht Viren unschädlich

Viren k?nnen sich auf unterschiedliche Arten verbreiten. Einige tun dies ¨¹ber Tr?pfchen und Aerosole wie das neue Coronavirus, andere lassen sich im Wasser finden wie Rota- oder Enteroviren.

Bisher wurden solche aquatischen Viren mittels Nanofiltration oder durch das Verfahren der Umkehrosmose aus dem Wasser entfernt, was teuer ist und die Umwelt belastet. Nanofilter etwa bestehen aus erd?lbasierten Rohmaterialien, die Umkehrosmose wiederum ben?tigt relativ viel Energie.

Umweltfreundliche Membran entwickelt

Nun hat ein internationales Team von Forschenden unter der Leitung von Raffaele Mezzenga, Professor f¨¹r Lebensmittel und weiche Materialien an der ETH Z¨¹rich, eine neue Filtermembran entwickelt, welche Viren hocheffektiv aus Wasser eliminiert und umweltfreundlich ist. F¨¹r ihre Herstellung verwendeten die Forschenden nat¨¹rliche Ausgangsmaterialien.

Die Filtermembran basiert auf dem demselben Prinzip, das Mezzenga und seine Mitarbeitenden entwickelt haben, um Schwer- oder Edelmetalle aus dem Wasser zu entfernen. Die Grundlage der Membran sind denaturierte Molkeproteine, die sich zu feinsten F?serchen, sogenannten Amyloidfibrillen, zusammenlagern. Neu haben die Forschenden dieses Fibrillenger¨¹st mit Nanopartikeln aus Eisen-Hydroxid (Fe-O-HO) kombiniert.

Die Herstellung der Membran ist relativ einfach. Um die Fibrillen zu produzieren werden aus der Milchverarbeitung stammende Molkeproteine in S?ure zu geben und auf 90 Grad Celsius erhitzt. Dadurch strecken sich die Proteine und lagern sich aneinander an, so dass F?serchen entstehen. Die Nanopartikel lassen sich im selben Reaktionsgef?ss wie die Fibrillen erzeugen, indem die Forschenden den pH-Wert anheben und Eisensalz beigeben. Dieses ?zerf?llt? in Eisen-Hydroxid-Nanopartikel, die sich an den Amyloidfibrillen anlagern. Als Tr?ger f¨¹r die Membran verwendeten Mezzenga und seine Mitarbeitenden in diesem Fall Zellulose.

Die Kombination von Amyloidfibrillen und Eisen-Hydroxid -Nanopartikeln macht die Membran zu einer hochwirksamen und effizienten Falle f¨¹r verschiedene, im Wasser zirkulierende Viren. Das positiv geladene Eisenoxid zieht die negativ geladenen Viren elektrostatisch an und inaktiviert sie. Die Amyloidfibrillen alleine w?ren dazu nicht in der Lage, da sie wie die Virenpartikel bei neutralem pH-Wert ebenfalls negativ geladen sind. Die Fibrillen sind aber der ideale Tr?ger f¨¹r die Eisenoxid-Nanopartikel.

Verschiedene Viren hocheffizient eliminiert

Die Membran eliminiert verschiedene Viren im Wasser, so auch h¨¹llenlose Adeno-, Retro- und Enteroviren, die gef?hrliche Magendarm-Infektionen verursachen k?nnen. Pro Jahr sterben rund eine halbe Million Menschen ¨C oft Kleinkinder in Entwicklungs- und Schwellenl?ndern ¨C an Infektionen mit Enteroviren. Diese sind ?usserst z?h und s?urebest?ndig und verbleiben sehr lange im Wasser. Die Filtermembran k?nnte deshalb gerade in ?rmeren L?ndern solche Infektionen verhindern helfen.

Sehr effizient eliminiert die Membran auch Grippeviren H1N1 sowie das Sars-Cov-2-Virus aus dem Wasser. In den gefilterten Proben lag die Konzentration der beiden Viren unterhalb der Nachweisgrenze, was einer fast vollst?ndigen Eliminierung diese Krankheitserreger gleichkommt.

?Wir sind uns bewusst, dass das neue Coronavirus ¨¹berwiegend ¨¹ber Tr?pfchen und Aerosole ¨¹bertragen wird. Doch selbst dabei muss es stets von Wasser umgeben sein. Dass wir es sehr effizient auch aus dem Wasser entfernen k?nnen, unterstreicht die breite Anwendbarkeit unserer Membran eindr¨¹cklich?, sagt Mezzenga.

Konzipiert ist die Membran in erster Linie f¨¹r den Einsatz in Kl?ranlagen oder bei der Trinkwasseraufbereitung. Sie k?nnte jedoch auch in Luftfilteranlagen oder sogar in Masken eingesetzt werden. Sie besteht ausschliesslich aus biokompatiblen Materialien ¨C, k?nnte also nach Gebrauch einfach kompostiert werden, und l?sst sich mit minimalem Energieaufwand produzieren. Sie weist deshalb eine hervorragende Umweltbilanz auf, wie die Forschenden in ihrer Studie ebenfalls aufzeigen. Die Filtration ist passiv, kommt also ohne zus?tzlichen Energieaufwand aus, was den Betrieb CO2-neutral macht und sie f¨¹r verschiedene Einsatzorte pr?destiniert.

An der Arbeit beteiligt waren nebst dem Labor von Raffaele Mezzenga auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von mehreren Schweizer Universit?ten, darunter Virenspezialistinnen der Universit?ten Z¨¹rich, Lausanne und Genf, der EPFL, der Universit?t Cagliari sowie des ETH-Spin-offs externe Seite BluAct. Das Unternehmen h?lt das Patent auf diese neue Technologie.