Bakterienkiller-Test auf der Weltraumstation: Speziell strukturierte Oberflächen gegen Biofilme

Wenn Matthias Maurer in Kürze im Rahmen der Mission „Cosmic Kiss“ an Bord einer SpaceX-Raumkapsel an der Spitze einer Falcon-9-Rakete zur Internationalen Raumstation (ISS) startet, hat er Heimatliches im Gepäck. Sein Doktorvater Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe an der Universität des Saarlandes, hat ihm 240 Proben mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen überlassen, die der promovierte Materialwissenschaftler unter Weltraumbedingungen testen soll. Mücklich hat an den Oberflächen mit Hilfe einer Technik namens Laserinterferenz winzige Muster erzeugt, etwa dreidimensionale Türmchen, die sehr nah beieinander stehen, oder ebenso winzige Mulden. Sie sollen verhindern, dass sich auf den Proben aus Kupfer, Messing und Stahl so genannte Biofilme bilden, die zur Brutstätte von eventuell lebensbedrohenden Bakterien werden können. Auf den Strukturen, so die Theorie, die jetzt bewiesen werden soll, finden Biofilme keinen Halt.

Materialwissenschaftler Professor Frank Mücklich
Foto: Oliver Dietze

Im Schleim fühlen Bakterien sich wohl

Biofilme sind Schleimschichten, die von Mikroorganismen gebildet werden. „Sie können lebenswichtige Kondensatleitungen verstopfen, aber auch Materialschäden herbeiführen und so die Funktionsfähigkeit der sensiblen Technik gefährden“, sagt Mücklich. „Bakterien bringen auf Oberflächen auch chemische Prozesse in Gang, die dazu führen, dass das Material korrodiert.“ Vor allem auf längeren Missionen, etwa zum Mars, kann das gefährlich werden, aber auch an Bord der ISS.

Biofilme können sich auf Griffen, Schaltern, auf allen Oberflächen bilden. Im Weltraum ist das besonders gefährlich, weil das Immunsystem der Raumfahrer durch die Schwerelosigkeit geschwächt wird. Bakterien dagegen lieben die energiereiche Strahlung im Weltall. Sie vermehren sich schneller und neigen zu Mutationen, die sie zur Gefahr für die Gesundheit machen.

Nagelbrett und unzählige Mulden

„Die Muster haben eine Dimension von wenigen Mikro- bis einigen hundert Nanometern“, sagt Mücklich. Bei den mikrostrukturierten Oberflächen der Proben handelt es sich einmal um eine Art „Nagelbrett“ von Submikrometergröße, das es Bakterien schwer machen soll, anzudocken. Andere ähneln unzähligen aneinandergereihten Mulden im Mikrometer-Maßstab, in denen Bakterien, die hier sehr gut andocken können, durch Kontakt mit Kupfer-Ionen abgetötet werden. Sodann gibt es noch Proben, die absolut glatte Oberflächen haben. Sie dienen als Referenz.

Mücklich glaubt, dass die Oberflächen, die Bakterien abweisen oder töten, auch für den irdischen Einsatz geeignet sind, etwa im medizinischen Bereich oder bei der Lebensmittelverarbeitung.

via Uni Saarland