Nanoporer gør sterilfiltrering mere pålidelig

Uregelmæssige porer, lave strømningshastigheder:De plastmembranfiltre, der bruges til sterilfiltrering, sikrer ikke altid, at forholdene er virkelig sterile. Filtermembraner af aluminiumoxid er mere pålidelige - størrelsen af ​​nanoporerne kan bestemmes med præcision. Selv de mindste vira kan ikke passere gennem membranen.

De gode bevares, de dårlige gjort op med - det, i en nøddeskal, er princippet bag sterilfiltrering:En filtreringsmembran frigør væsker for uønskede partikler og bakterier. Intet større end filterets porer, kun et par ti tusindedele af en millimeter i diameter, kan passere igennem. Konventionelle membraner, normalt lavet af plastik, kommer med begrænsninger:Deres porer er ikke jævnt fordelt og er nogle gange for brede - og partikler slipper trods alt igennem. Konventionelle filtreringsmembraner har stort set ingen mulighed for at stoppe vira:Fordi de fleste vira er mindre end porerne, denne teknologi giver ingen mulighed for at filtrere dem fra.

Nu, forskere ved Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM i Halle, Tyskland, har skabt en ny generation af filtreringsmembraner:De udviklede keramiske membraner med en ensartet porestruktur og en meget stram og jævn porestørrelsesfordeling. "Sammenlignet med de keramiske membraner, vi har set tidligere, de giver bedre mekanisk stabilitet og betydeligt højere strømningshastigheder. Som resultat, for første gang er de også i stand til at erstatte polymermembraner", bemærker Annika Thormann, projektleder hos IWM. Disse membraner garanterer meget mere pålidelige filtreringsresultater end polymermembraner gør. Elektronmikroskopbilleder af membranerne beviser:Porerne er jævnligt justeret ved siden af ​​hinanden som honningkager i en bikube, en identisk med den næste.

For at fremstille sådanne filtreringsmembraner, det, der kræves først, er det rigtige råmateriale:"Vi bruger højrent aluminium, som vi støber til den ønskede form ved hjælp af ekstruderingsudstyr og termomekanisk strukturering", forklarer Thormann. Men hvordan kan du skabe små porer på en aluminiumsplade med en sådan præcision? "En kemisk reaktion gør jobbet", siger Thormann. Den formstøbte aluminiumsdel anbringes i et syrebad, hvor der sker anodisk oxidation. Et oxidlag på kun få mikrometer tykt dannes på overfladen under elektrolyse. "Små porer dannes i aluminiumet under oxidation, " forklarer Thormann. Disse nanoporer er bikageformede, lodret i forhold til overfladen, og er opstillet parallelt med hinanden. "For at indstille porestørrelsen, vi skal holde spændingen og koncentrationen af ​​syren stabil", Thormann bemærker. Tykkelsen af ​​det nanoporøse lag - og dermed flowhastigheden af ​​selve membranen - kan også finjusteres via varigheden af ​​oxidationsprocessen. Til sidst, det eneste skridt tilbage er at åbne porerne. Dette trin udføres med kemisk ætsning for at fjerne unødvendigt resterende aluminium.

Resultatet:Højpræcisionsfiltreringsmembraner med et højt porøsitetsniveau. "Vi kan variere porediametre mellem 15 og 450 nanometer", siger Thormann. Ved 15 nanometer, selv de mindste vira har ikke en chance for at slippe igennem. De nye filtreringsmembraner er særligt gavnlige for bioteknologien. Udover brugen af ​​filtreringsegenskaberne til fremstilling af sterile medier kan membranerne også lette vævsteknologi - dyrkning af kunstigt væv - takket være deres høje porøsitet.