Mit Stoff gegen Bakterien

Wenn es nach mehreren Forschern aus den Bereichen Chemie und Nanotechnologie geht, kommt bald eine neue Generation an Funktionskleidung auf den Markt, die nicht nur gut aussieht und warm hält, sondern wichtige Zusatzeigenschaften besitzt. Bereits heute werden Hosen verkauft, die dank "Nanohaaren" auf ihrer Oberfläche fleckenabweisend sind; von "Anti-Stink"-Socken ganz abgesehen, die mit Hilfe von Nanopartikeln geruchauslösende Mikroben einfangen.

Doch das war nur der Anfang. Wissenschaftler arbeiten derzeit an Textilien für Militär- und Medizinanwendungen, die noch viel mehr können sollen: Sie blockieren Giftstoffe, töten Bakterien auf der Oberfläche ab und sind dennoch atmungsaktiv genug, um den Schweiß ihres Trägers nach außen abzuführen.

Ein Team aus Wissenschaftlern von Cornell University und University of California in Davis (UC Davis) hat eine durchlässige Membran mit Polymer-Molekülen kombiniert, von denen man weiß, dass sie Bakterien abtöten können. Das vernähte Resultat soll sich für Bereiche eignen, in denen medizinisches oder militärisches Personal Krankheitserregern ausgesetzt ist, die in Gas- oder Flüssigkeitsform auftreten. Das neuartige Material soll noch in diesem Jahr in Feldversuchen getestet werden und bis 2008 auf den Markt kommen.

Kay Obendorf, Professor für Textilchemie an der Cornell University, der sich auf die Oberflächenchemie von Fasern spezialisiert hat, meint, dass es in diesem Bereich in letzter Zeit viele Arbeiten gegeben habe. Es ginge dabei immer darum, Materialien so zu kombinieren, dass sie eine höhere Funktionalität böten: "Wir brauchen Materialien, die Bakterien abhalten und gleichzeitig ihre Toxizität reduzieren."

Das Cornell/UC Davis-Projekt nahm im Jahr 2000 seinen Anfang. UC Davis-Professor Gang Sun, der sich auf Textilien und Kleidung spezialisiert hat, erfand eine Methode, Polymer-Moleküle, die Chlor enthalten, an Textilfasern anzulagern. Diese Moleküle töten Bakterien nahezu sofort, wenn sie mit ihnen in Kontakt kommen. "Es handelt sich dabei chemisch um den Stoff, den man auch als Desinfektionsmittel im Schwimmbad kennt", erklärt Sun. Der Stoff sei für die Haut verträglich, töte Bakterien und nehme Gerüche auf.

Mit dieser Technologie entwickelte Sun im Jahr 2000 den Prototypen einer geruchsfreien Socke. Dabei zeigte sich, dass sich die Chlor-Polymere auch durch einen einfachen Waschvorgang reaktivieren ließen, in dem man etwas Bleiche zusetzte. 2001 lizenzierte Sun seine Technik an ein Unternehmen namens Vanson HaloSource aus Redmond, Washington. Die Biotechnologiefirma will die Technologie kommerziell vermarkten. Dort wurden inzwischen beispielsweise erfolgreich antibakterielle Bettwäsche sowie Baumwollpads für den medizinischen Bereich entwickelt. Suns weitere Forschung wird von dem Unternehmen außerdem mit 400.000 Dollar gefördert.

Sun wusste bereits, dass das Militär Schutzkleidung entwickelt hatte, bei denen durchlässige Membranen verwendet werden, um biologische Kampfstoffe wie Bakterien abzuhalten. Einige dieser Gefahrenstoffe bleiben dabei allerdings auf der Außenoberfläche der Uniform haften, was die Seuchengefahr erhöht. 2005 setzte sich Sun daher mit Cornell-Mann Obendorf zusammen, um seine eigene Technologie mit durchlässigen Membranen zu verbinden. Das Ergebnis ist ein Hybrid-Material, das sich als Stoffbeschichtung einsetzen lässt und biologische Kampfstoffe wie den Milzbranderreger abtöten kann.

Die neue Stoffbeschichtung besteht aus einer durchlässigen Membran, die sich aus Polyurethan zusammensetzt, einem Material, das sowohl stark als auch elastisch ist und in Stoffen wie Spandex verwendet wird. Daran angeheftet befindet sich eine Schicht mit Chlor-Polymer-Molekülen, die mit der durchlässigen Membran eine chemische Einheit bilden. Die Polymerschicht zieht Flüssigkeiten an – treffen diese auf das Material, verdickt sich die Schicht und absorbiert Giftstoffe, die sich in der Flüssigkeit befinden. "Das ist der ultimative Schutz", meint Sun, "wir können Bakterien absorbieren, einfangen und abtöten."

Gleichzeitig optimierten Sun und Obendorf die Porengröße der Membran, damit Schweiß abgeführt werden kann. Bakterien werden dennoch abgehalten, weil diese wesentlich größer sind. Schweiß bildet Dampftröpfchen, die weniger als einen Nanometer Durchmesser haben – was ein paar Atompaaren in einer Reihe entspricht. Ein Milzbranderreger ist dagegen ungefähr einen Mikrometer groß.

Martin Jacobs, Exekutivdirector des National Textile Center (NTC), einer von der US-Bundesregierung finanzierten Textilforschungsgemeinschaft an acht amerikanischen Universitäten, hält Gang Suns Arbeit für einen der Haupterfolge seines Programms. Das NTC gab Sun und Obendorf insgesamt 300.000 Dollar, um die neuen Materialien zu entwickeln: "Es gibt bereits Interesse sowohl im kommerziellen Bereich als auch bei der US-Luftwaffe."

Suns Vorstellung für die Zukunft: Solche bakterienresistenten Stoffe sollen sowohl Soldaten als auch Medizinpersonal und Zivilisten schützen. Mit Obendorf und dem NTC arbeitet er außerdem an neuartigen Textilien für Menschen in der Landwirtschaft, die Pestiziden bei gleichzeitig hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind. In zwei Jahren sollen all diese Stoffe im Markt verfügbar sein. "Existiert ein potenzielles Risiko, könnten diese Technologien den besten Schutz bieten", so Forscher Sun.

Übersetzung: Ben Schwan. (wst)