Untitled - Aachener Verfahrenstechnik

99,9% der Plasmaproteine zurückgehalten und
dennoch verblockt die Filtermembran über Dekaden
hinweg nicht. Solche außerordentlichen
Eigenschaften konnten in technisch erzeugten
Filtermembranen bis dato nicht hergestellt werden.
Das Verständnis der einzigartigen Eigenschaften
von biologischen Filtersystemen erfordert
die Analyse ihres strukturellen Aufbaus, um
sie anschließend mit den biophysikalischen Mechanismen
der Separationsprozesse assoziieren
zu können. Dabei müssen strukturelle Elemente
in der zellulären (µm-Bereich) und molekularen
(nm-Bereich) Größenordnung berücksichtigt
werden. Der strukturelle Aufbau im zellulären
Bereich kann anhand von histologischen
Untersuchungen ermittelt werden. Er war lange
Zeit Schwerpunkt medizinischer Forschung,
weshalb es eine Fülle von umfangreichen Informationen
gibt. Dahingegen ist die Analyse
der bio-physikalischen Mechanismen der Separationsprozesse
komplex, da Detailkenntnis der
Strukturen im molekularen Bereich erforderlich
ist. Aus dieser Detailkenntnis kann anschließend
auf die physikalischen Separationseffekte rückgeschlossen
werden. Die histologische Betrachtung
der Nierenwand zeigt, dass an die Blutbahn
die endothele Oberflächenschicht angrenzt. Sie
setzt sich aus der Gylcocalyx und der endothelen
Oberflächenlage zusammen. Die endothele
Oberflächenschicht gehört zu fenestrierten
Endothelzellen, deren Fenster bis zu 50% der
gesamten Oberfläche ausmachen können und
mit der Glycocalyx gefüllt sind. Die Basal-Lamina
befindet sich zwischen dem Endothel und den
Podozyten. Sie dient als „Haft-Grundlage“ der
Zellschichten und ermöglicht eine hormonelle
Kommunikation beider Zelltypen. Auf der Harnseite
befinden sich die Podozyten. Auch sie besitzen,
wie das Endothel, Öffnungen, die aber
von einem Diaphragma beschichtet sind. Proteine
des Blutserums sowie Proteine der Zelloberflächen
sind unter physiologischen Bedingungen
negativ geladen. Die endothele Oberflächenschicht
enthält eine Vielzahl von negativ geladenen
Seitengruppen. Daher kann angenommen
werden, dass der physikalische Separationsprozess
hier eine Funktion der Molekülladungen
ist. Dahingegen besitzt die Basal-Lamina eine
„feinmaschige“, netzartige Struktur, die aus unterschiedlichen
Proteinfasern zusammengesetzt
ist. Eine feinmaschige Struktur lässt auf einen
Durchfluss-Widerstand folgern. Das Diaphragma
in den Öffnungen der Podozyten ist reich an
verschiedenen Transportproteinen, weshalb eine
Selektivität der durchgehenden Stoffe gegeben
ist. Die histologische Betrachtung der Nierenwand
(siehe Abb.6) zeigt, dass unterschiedliche
strukturelle Ebenen mit abweichenden Separationsprozessen
vorhanden sind. Somit besitzen
biologische Filtersysteme eine komplexe
Struktur mit funktioneller Hierarchie, aus der ihre
einzigartigen Eigenschaften hervorgehen. Im
Zuge dieses Projektes sollen die funktionellen
Hierarchien biologischer Filtersysteme für technische
Filter adaptiert werden.
Abb.6: Schema der Nierenwand
Haraldsson, Physiol. Rev., 2008, 88, 451
Das Nametech Projekt – Entwicklung von intensivierten
Wasserbehandlungskonzepten
durch Integration von Nano- und Membrantechnologien
Ohne jeden Zweifel ist die Behandlung von Wasser
eines der wichtigsten Themen auf dem Gebiet
der Umwelttechnologie. Das Nametech Projekt
als Teil des Projektclusters „Nanotechnologies
for water treatment“ – unterstützt duch
die Europäische Kommission – macht sich Errungenschaften
aus der Nanotechnologie zunutze,
um Verbesserungen in der Membranfiltration
für weitergehende Wasserbehandlung hervorzubringen.
Ziel des Projekts ist es, dem Europäischen
Membranmarkt einen Aufschwung zu
bescheren, indem Nanotechnologie bei großen
Membranherstellern eingeführt wird. Dabei richtet
sich der Hauptfokus der Forschungsaktivitäten
auf die Nutzung von nanostrukturierten Ma-
9 Chemische Verfahrenstechnik Rührkessel - Die AVT im Blick