{"id":36304,"date":"2016-07-28T07:23:33","date_gmt":"2016-07-28T05:23:33","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fmaterialwissenschaften%2Fwasserdicht-dank-bakterienfilm-neuer-moertel-laesst-fluessigkeit-abperlen.html"},"modified":"2016-07-27T11:54:43","modified_gmt":"2016-07-27T09:54:43","slug":"technische-universitaet-muenchen-wasserdicht-dank-biofilm","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/technische-universitaet-muenchen-wasserdicht-dank-biofilm\/","title":{"rendered":"Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen: Wasserdicht dank Biofilm"},"content":{"rendered":"
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Die Oberfl\u00e4chenstruktur des mit Biofilm angemischten M\u00f6rtels (links) erzeugt einen Lotuseffekt: Wassertropfen haben deutlich weniger Kontakt zur Oberfl\u00e4che als auf unbehandeltem M\u00f6rtel (rechts). (Grafik: Stefan Grumbein \/ TUM)<\/figcaption><\/figure>\n

Feuchtigkeit kann M\u00f6rtel auf Dauer zerst\u00f6ren \u2013 etwa wenn sich durch Frost Risse bilden. Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) hat einen ungew\u00f6hnlichen Weg gefunden, um M\u00f6rtel vor Feuchtigkeit zu sch\u00fctzen: Schon beim Anr\u00fchren der Masse f\u00fcgen sie einen Biofilm hinzu, eine weiche, feuchte Substanz, die von Bakterien gebildet wird.<\/strong><\/p>\n

Mit Ziegeln, M\u00f6rtel und Beton hat Prof. Oliver Lieleg<\/a> f\u00fcr gew\u00f6hnlich wenig zu tun. Als Professor f\u00fcr Biomechanik am Zentralinstitut f\u00fcr Medizintechnik (IMETUM) und der Fakult\u00e4t f\u00fcr Maschinenwesen besch\u00e4ftigt er sich haupts\u00e4chlich mit Hydrogelen aus Biopolymeren<\/a>, etwas flapsig k\u00f6nnte man sagen: mit Schleim, der von Lebewesen gebildet wird.<\/p>\n

Dazu z\u00e4hlen zum Beispiel bakterielle Biofilme wie Zahnbelag oder die schleimige, schwarze Schicht in Abflussrohren. \u201eBiofilme gelten im Allgemeinen als sch\u00e4dlich und st\u00f6rend, das ist etwas, was man eher loswerden will\u201c, sagt Oliver Lieleg. \u201eF\u00fcr mich war es deshalb reizvoll, sie f\u00fcr eine sinnvolle Anwendung nutzbar zu machen.\u201c<\/p>\n

Inspiration im Gespr\u00e4ch<\/h3>\n

Im Gespr\u00e4ch mit einem Kollegen an der TUM kam Lieleg die Idee, Biofilme zu nutzen, um die Eigenschaften von Baumaterial zu ver\u00e4ndern. Prof. Christian Gro\u00dfe ist Inhaber des Lehrstuhls f\u00fcr Zerst\u00f6rungsfreie Werkstoffpr\u00fcfung und forscht unter Anderem zu selbstheilendem Beton, der Risse selbst\u00e4ndig schlie\u00dft. Einer Variante dieses Betons sind Bakterien beigemischt, die durch eintretende Feuchtigkeit aktiviert werden und die Risse durch kalkhaltige Stoffwechselprodukte wieder schlie\u00dfen.<\/p>\n

F\u00fcr sein eigenes Projekt nahm sich Lieleg anstelle von Beton M\u00f6rtel vor. Statt Risse im Nachhinein zu flicken, will er verhindern, dass Feuchtigkeit \u00fcberhaupt erst eindringt und f\u00fcr Probleme sorgt, indem sich etwa Schimmel bildet oder gefrierendes Wasser kleine Spalten weiter aufsprengt.<\/p>\n

Bodenbakterium als Filmlieferant<\/h3>\n

Wichtigste Zutat des neuen Materials ist der Biofilm eines Bakteriums namens Bacillus subtilis<\/em>. \u201eBacillus subtilis<\/em> lebt normalerweise in B\u00f6den und ist sehr weit verbreitet\u201c, erl\u00e4utert Oliver Lieleg. \u201eWir haben f\u00fcr unsere Experimente einen einfachen Laborstamm genutzt, der sich gut vermehren l\u00e4sst, viel Biomasse bildet und v\u00f6llig ungef\u00e4hrlich ist.\u201c Im Labor z\u00fcchtete das Team um Lieleg den Bakterienfilm auf Standard-N\u00e4hrb\u00f6den. Den feuchten Biofilm mischten sie dann unter das M\u00f6rtelpulver.<\/p>\n

Auf dem fertigen Hybridm\u00f6rtel blieb Wasser deutlich weniger haften, als auf unbehandeltem. Um diese Eigenschaft einer Oberfl\u00e4che zu messen, bestimmen Wissenschaftler den Kontaktwinkel, den ein Wassertropfen zur Oberfl\u00e4che hat. Je steiler der Winkel, desto kugelf\u00f6rmiger ist ein Tropfen und desto weniger sickert er in das jeweilige Material ein. W\u00e4hrend dieser Winkel bei Tropfen auf unbehandeltem M\u00f6rtel 30 Grad oder weniger betr\u00e4gt, ist er bei Tropfen auf dem Hybridm\u00f6rtel gut dreimal so steil. Einen \u00e4hnlichen Kontaktwinkel haben Wassertropfen auf Polytetrafluorethylen, besser bekannt unter dem Markennamen Teflon.<\/p>\n

Nanostrukturen im M\u00f6rtel<\/h3>\n

Der Grund f\u00fcr die Eigenschaften des Hybridm\u00f6rtels ist nur mit dem Elektronen-Mikroskop sichtbar: \u00dcberall an der Oberfl\u00e4che befinden sich winzige kristalline Stacheln. Dadurch kommt es zum sogenannten Lotuseffekt, der beispielsweise auch auf den Bl\u00e4ttern der namensgebenden Pflanze auftritt. Die kleinen gleichm\u00e4\u00dfigen Strukturen auf der Oberfl\u00e4che sorgen daf\u00fcr, dass nur ein kleiner Teil der Oberfl\u00e4che eines Wassertropfens die eigentliche Oberfl\u00e4che des Blattes ber\u00fchrt. Dadurch wird die Oberfl\u00e4chenspannung des Tropfens st\u00e4rker als die Kr\u00e4fte, die ihn am Blatt haften lassen, er wird kugelf\u00f6rmig und perlt ab. Ein Schnitt durch den Hybridm\u00f6rtel zeigt, dass die kristallinen Stacheln auch innerhalb des M\u00f6rtels gleichm\u00e4\u00dfig verteilt sind. Dadurch werden Kapillarkr\u00e4fte verringert, die normalerweise daf\u00fcr sorgen, dass Wasser in dem M\u00f6rtel emporsteigt, wenn ein Teil in Fl\u00fcssigkeit steht.<\/p>\n

\u00c4hnliche Stacheln kommen zwar auch auf unbehandeltem M\u00f6rtel vor, sie sind dort aber l\u00e4nger und nur an einzelnen Stellen zu finden. Ein Lotuseffekt kann nicht entstehen. Erst der beigemischte Biofilm, nehmen die Wissenschaftler an, stimuliert \u00fcberall im Volumen des Hybridmaterials ein Kristallwachstum, das zudem besonders gleichm\u00e4\u00dfig ist.<\/p>\n

Um herauszufinden, ob der Hybridm\u00f6rtel widerstandsf\u00e4hig genug ist, um tats\u00e4chlich im Bau verwendet zu werden, wird er derzeit am Lehrstuhl von Christian Gro\u00dfe gepr\u00fcft. \u201eWenn der M\u00f6rtel tats\u00e4chlich geeignet ist, sehe ich wenig Probleme f\u00fcr Firmen, ihn im gro\u00dfen Stil herzustellen\u201c, sagt Oliver Lieleg. Sowohl der verwendete Bakterienstamm als auch die N\u00e4hrb\u00f6den seien etabliert und relativ kosteng\u00fcnstig. \u201eIn unseren Experimenten haben wir au\u00dferdem herausgefunden, dass man auch gefriergetrockneten Biofilm nutzen kann. In Pulverform l\u00e4sst sich das biologische Material sehr viel leichter lagern, transportieren und dosieren.\u201c In Zukunft wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler pr\u00fcfen, ob sich auch Beton mithilfe des Biofilms gegen Wasser sch\u00fctzen l\u00e4sst.<\/p>\n

 <\/p>\n

Kontakt<\/h3>\n

Prof. Dr. Oliver Lieleg
\nProfessur f\u00fcr Biomechanik
\nTechnische Universit\u00e4t M\u00fcnchen
\nFakult\u00e4t f\u00fcr Maschinenwesen und Zentralinstitut f\u00fcr Medizintechnik
\nTelefon: +49 (0)89-289-10952
\nE-Mail: oliver.lieleg@TUM.de<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

Originalpublikation<\/h3>\n

S. Grumbein, D. Minev, M. Tallawi, K. Boettcher, F. Prade, F. Pfeiffer, C.U. Gro\u00dfe and O. Lieleg, “Hydrophobic Properties of Biofilm-Enriched Hybrid Mortar<\/a>“, Advanced Materials (2016), DOI: 10.1002\/adma.201602123<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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