„Next Generation Schutztextilien“: Atemschutzmasken, die Coronaviren abtöten und waschbar sind – Dr. Katja Uhlig

Atemschutzmasken könnten schon bald eine kleine Revolution erleben: Sie sollen in absehbarer Zeit bereits auf ihrer Oberfläche Viren abtöten und bei 40°C waschbar sein. Genau daran forschen Dr. Katja Uhlig und Dr. Sebastian Kersting vom Fraunhofer IZI-BB sowie Dr. Erik Wischerhoff vom Fraunhofer IAP im Potsdam Science Park. Doch die Kombination einer antiviralen Oberfläche mit der Reinigungsfähigkeit stellt für die Forschung eine komplexe Herausforderung dar.

Unspektakulär klingt ihr Name für wissenschaftliche Laien, doch in ihrer Wirkung schaffen sie Erstaunliches: antimikrobielle Peptide, kurz AMP. Wenn die Pläne der Wissenschaftler*innen des Projekts „Next Generation Schutz-Textilien“ aufgehen, können AMP genutzt werden, um in Zukunft Coronaviren auf der Oberfläche einer Atemschutzmaske zu inaktivieren. Wissenschaftler*innen sprechen hier auch von inaktivieren, wenn Viren durch äußere Einwirkungen ihre Eigenschaft der Infektiosität verlieren. Bei den antimikrobiellen Peptiden (AMP) handelt es sich dabei um Verbindungen, die in großer Zahl auch in der Natur vorkommen und die aus den gleichen Bausteinen wie Proteine aufgebaut sind, jedoch eine deutlich geringere Länge haben. In Studien und Laborversuchen haben sie sich als sehr effizient erwiesen, wenn es darum ging, Viren oder Bakterien zu inaktivieren. Wegen ihrer Wirksamkeit werden AMP als Hoffnungsträger angesehen – auch deswegen, weil sie als Alternative bzw. Ergänzung zu Antibiotika gelten.

Für den geplanten Einsatz auf Atemschutzmasken müssen die Wissenschaftler*innen einige Spezifika beachten: „AMPs benötigen einen gewissen Freiheitsgrad, das heißt, sie benötigen Platz, um zu wirken. Befinden sich Verschmutzungen wie zum Beispiel eine hohe Zahl an inaktivierten Viren auf einer Oberfläche, können die AMP nicht mehr funktionieren“, erklärt Dr. Katja Uhlig, Arbeitsgruppenleiterin Mikrosysteme für in-vitro-Zellmodelle am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse IZI-BB. Darum müsste man die Textilien auswaschen, um jene inaktivierten Viren zu beseitigen.

Die Bindematrix: responsive Polymere

Damit die AMP über lange Zeiträume ihre volle Wirkung behalten, will das Forschungsteam diese mit responsiven Polymeren kombinieren. Diese Polymere nehmen durch den Einfluss der Temperatur – etwa in der 40°C-Wäsche – abstoßende Eigenschaften an und ermöglichen es so, dass sich die antivirale Oberfläche wieder regenerieren kann. Einfacher gesagt: Die inaktivierten Viren lassen sich leicht durch warmes Wasser abspülen, indem das Polymer aufquillt, die Verschmutzung von der Oberfläche schiebt und somit die antivirale Wirksamkeit wieder vollständig hergestellt. Auf diese Art könnte eine Atemschutzmaske viele Male gereinigt und wiederverwendet werden. Genau diese Kombination ist eine Herausforderung bei der Umsetzung, wie Dr. Katja Uhlig erläutert: „Man muss genügend AMP an geeigneten Positionen im Polymer verankern, damit die AMPs die Viren erreichen und inaktivieren können und gleichzeitig muss das Polymer seine regenerierenden Eigenschaften behalten.“

„Next Generation Schutz-Textilien“ – ein Forschungsprojekt von zehn Fraunhofer-Instituten

Die Forschung an antiviralen, waschbaren Atemschutzmasken ist dabei nur ein kleiner Teil der Initiative „Next Generation Schutz-Textilien“. Im Zentrum stehen Ansätze für die Produktion verbesserter, qualitativ hochwertiger Schutztextilien. An dem Projekt sind insgesamt zehn Institute der Fraunhofer-Gesellschaft beteiligt. Ein echtes Großprojekt, das aus einem Ideenwettbewerb entstanden ist, den die Fraunhofer-Gesellschaft intern im März 2020 ausgeschrieben hatte. Die Wissenschaftler*innen am Fraunhofer IAP und am Fraunhofer IZI-BB im Potsdam Science Park entwickeln neben zwei anderen Projektgruppen im Schwerpunkt antivirale Beschichtungen. Sie haben sich dabei darauf spezialisiert, antivirale Eigenschaften mit regenerierenden Eigenschaften zu verbinden. Weil das Themengebiet sehr komplex ist und neue Ansätze erprobt werden, übernimmt das Fraunhofer IZI-BB mit zwei anderen Instituten die biologische Analytik – eines der Spezialgebiete von Dr. Katja Uhlig.

Wann erste antivirale, waschbare Atemschutzmasken auf dem Markt sein könnten

Durch die Komplexität des Projekts ist es entsprechend schwierig, vorauszusagen, wann die neuen Produktentwicklungen auf dem Markt sein werden. Dr. Erik Wischerhoff vom Fraunhofer IAP erläutert in Bezug auf die waschbaren, antiviralen Masken: „Tatsächlich ist es nicht ganz einfach, einen Zeithorizont zu nennen. Wenn das Projekt abgeschlossen ist, müssen wir als Fraunhofer-Institut ein Industrieunternehmen finden, das die Lösung umsetzen will. Im Optimalfall ist es direkt umsetzbar. Es ist aber auch möglich, dass für einen konkreten Anwendungsfall weiterer Entwicklungsbedarf besteht“, so der Wissenschaftler des Fraunhofer IAP. „Je nach Unternehmen und in Abhängigkeit weiterer Faktoren halte ich in solch einem Fall einen Zeitraum von zwei bis drei Jahren für realistisch.“

Nachbarschaft im Potsdam Science Park schafft Potenziale für Innovationen

Es ist also noch ein kleiner Weg zu gehen, bis die Forschungen abgeschlossen und die erforschten Technologien ihren Weg in den Markt finden werden. Bis dahin arbeiten die Teams von Dr. Katja Uhlig und Dr. Erik Wischerhoff weiter an der Kombination von antimikrobiellen Peptiden und responsiven Polymeren. Bis Ende Oktober 2021 wollen sie ihre Forschungsarbeiten abgeschlossen haben. Dr. Katja Uhlig ist optimistisch, dass die Forschungsarbeit auch bei möglichen künftigen Pandemien helfen könnte: „Die AMP sind ja auch bei anderen Viren wirksam und ebenfalls bei Bakterien. Mit den AMP können wir eine Vielzahl an Krankheitserregern eliminieren“, so die Wissenschaftlerin.

Die beiden Forschenden schätzen die Möglichkeiten der institutsübergreifenden Forschung und Entwicklung im Potsdam Science Park. „Die Bündelung von unterschiedlichen Instituten an einem Standort hat viele Vorteile. Das Potenzial für Innovationen ist hier sehr groß“, so Dr. Uhlig. „Der Standort hat sich zudem stark weiterentwickelt. Es wurde viel in die Infrastruktur investiert, es gibt mehr Kitas und Einkaufsmöglichkeiten“, so die Arbeitsgruppenleiterin für Mikrosysteme für in-vitro-Zellmodelle.

Dieser Blog und die Projekte der Standortmanagement Golm GmbH im Potsdam Science Park werden aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Brandenburg finanziert.

Bildnachweis: Dr. Katja Uhlig © Katja Uhlig (Ursprung: iklick Fotostudio)