Silberne Fäden haben eine glänzende Zukunft

27.10.2008 | Zürich/Schweiz
Silber ist mehr als nur schön.

Das Edelmetall findet schon lange Anwendung in Technik und Medizin, doch erst die Nanotechnologie macht eine feinste Beschichtung von Textilfasern mit Silberpartikeln möglich: EKG-Messungen durch T-Shirts, geruchfreie Sportbekleidung und Datentransport über die Jacke rücken so in die nahe Zukunft.

Chinesen verwenden schon seit 7000 Jahren Silbernadeln für die Akupunktur. Und wer im Mittelalter als Adliger um sein Leben fürchtete, testete den Wein mit einem Silberstäbchen: Verfärbte sich das Metall schwarz, so enthielt das Getränk Arsen. Die Besonderheiten dieses Metalls erkannten die Menschen schon früh. Heute ist bekannt, dass Silber nebst einem sehr hohen Lichtreflektionsvermögen von 98 Prozent eine unübertreffliche Leitfähigkeit und eine antistatische wie auch eine antibakterielle Wirkung hat. Das Edelmetall findet nicht nur in Münzen oder Schmuck, sondern auch im Automobilbau, in der Fotografie und Elektronik und sogar bei Antibiotika Verwendung. Die Forscher der Empa haben schon vor Jahren auf die Einzigartigkeit von Silber und deshalb auf die Entwicklung einer neuen Technologie im Nanobereich, der Niederdruck-Plasmatechnologie, gesetzt. Damit lassen sich silberbeschichtete Fasern umweltverträglicher und mit weniger Metallverbrauch als mit den bisherigen Verfahren herstellen. Dirk Hegemann, Doktor der Materialwissenschaft und Gruppenleiter der Abteilung Plasma-modifizierte Oberflächen, erklärt die entscheidenden Unterschiede: "Das bisher bekannte Galvanikbad ist ein elektrochemisches, feuchtes Verfahren und hat Vorteile, wenn es um dicke Schichten von ein paar Mikrometern geht – ein Haar ist vergleichsweise 50 Mikrometer dick. Zurzeit sind solche Textilien beispielsweise gegen Neurodermitis auf dem Markt. Allerdings zeigen diese Produkte nach einigen Waschgängen kaum mehr Wirkung, weil ein grosser Teil des Silbers herausgewaschen wird. Unsere Technologie hingegen ist ein physikalisches, trockenes Verfahren, mit dem die Silberpartikel nur gezielt an der Oberfläche und in einer dünnen, sehr gut haftenden Schicht angebracht werden."

Ein halbes Gramm Silber auf einem Kilometer Faden

Unter einer dünnen Schicht sind in der Welt der Nanotechnologie wenige bis ein paar hundert Nanometer – also Millionstel Millimeter – zu verstehen. Das bedeutet, dass auf einen Kilometer synthetisches Garn 0,5 Gramm Silber aufgetragen werden. So ein Faden behält zum einen die Eigenschaften des Silbers, also insbesondere die Leitfähigkeit und die antibakterielle Wirkung. Zum anderen werden die textilen Eigenschaften nicht verändert und er kann dadurch je nach Wunsch und wie ein unbeschichteter Faden weiterverarbeitet werden. Dirk Hegemann: "Silbernanopartikel kann man auch kaufen und in Polymere einschmelzen. Damit ist das Silber jedoch im Fadengesamtvolumen drin, wirksam ist es aber erst an der Oberfläche in der Wechselwirkung mit einer wässrigen Umgebung. Das mit unserem Verfahren beschichtete Garn kann theoretisch ein Jahr lang ununterbrochen gelöst werden, so dass dauernd Silberionen herausgewaschen werden. Je nach Aufbau und Grösse der Oberfläche werden mehr oder eben weniger Ionen herausgelöst, da ist die Anwendung entscheidend."

Antibakterielle Wirkung hilft nach Operationen

Und Anwendungen würden sich mehr als genug finden, davon ist auch Niklaus Zemp, Geschäftsführer der Tersuisse Multifils SA, überzeugt. Die Firma aus Emmenbrücke hat letztes Jahr die Patentrechte am Faser-Beschichtungsverfahren sowie die Pilotanlage von der Empa übernommen. Niklaus Zemp dazu: "Der reine und konstante Silberionenrelease ist sehr wichtig, damit wir die erforderliche Qualität auch erbringen können. Wir stecken nun mitten in der Entwicklung dieser metallisierten Faser. Es bestehen viele Ideen, aber die Sache ist neu und es braucht nun zusätzliche Partner, die Projekte beispielsweise im Bereich der antibakteriellen Anwendung mit uns weiterentwickeln." Damit spricht Niklaus Zemp den wohl potenzialträchtigsten Zweig an; Silber an und für sich wirkt nicht antibakteriell, aber in Kontakt mit Wasser – sei es im Körper, mit der Haut, mit Schweiss oder Luftfeuchtigkeit – oxidiert die Metalloberfläche, und aus dieser Schicht werden die antibakteriell wirkenden Silberionen herausgewaschen. Welche Menge an Silber sich aus einer Matrix herauslösen soll, definiert die Dichte an Partikel: Je mehr Ionen gelöst werden, umso grösser ist die antibakterielle Wirkung. Doch muss beachtet werden, dass einige Bakterien sehr leicht, andere kaum oder nur mit grosser Menge an Silber abzutöten sind. So kann es wirkungsvoll und ganz gezielt dort eingesetzt werden, wo die zu bekämpfenden Bakterien bekannt sind, beispielsweise im Krankenhaus. Der Markt an textilen, medizinischen Utensilien ist jedoch noch sehr klein. Erst Auflagen für Wunden sind erhältlich, an Pflastern beispielsweise wird noch geforscht, da hier die Menge der Silberabgabe an die Verletzung angepasst werden muss, damit keine toxische Wirkung entsteht. Eine grosse Chance sieht Dirk Hegemann hingegen bei der Entwicklung von Implantaten: "Mit den in einer polymeren Matrix eingebundenen Silbernanopartikeln kann während zwei oder drei Tagen eine antibakterielle Wirkung erzielt werden, ohne dass das Silber die Zellen am Wachsen behindern würde. Das wäre nach einer Operation sehr hilfreich."

Umkleidekabinen als geruchsfreie Zone

Direkt ins Schwärmen kommt man ob der Möglichkeiten wie antibakteriell wirkender Bekleidung, besonders für den Sport: Schon allein die Vorstellung von geruchsneutralen Tänzern in Clubs oder von Umkleidekabinen, die man ohne olfaktorischen Schock betritt, begeistert. Doch Silber hat ja noch viel mehr zu bieten: Es ist auch einer der besten elektrischen Leiter und kann dadurch einen antistatischen Effekt erzielen. "Letzteres wäre sehr erwünscht für Berufskleidung", meint Dirk Hegemann, "beispielsweise für Chirurgen im Operationssaal oder Berufe im Zusammenhang mit Mikroelektronik-Bauteilen, für Filter im Auto oder in der Industrie, wo elektrische Aufladung vermieden werden soll." Gemäss den Empa-Tests sei die silberverarbeitete Faser bei entsprechender textiler Einarbeitung auch sehr resistent und könne mehr als 50 Waschgänge überstehen, versichert Dirk Hegemann. Produkte aus leitfähigen Fasern wie beispielsweise Handschuhe mit bereits integrierter Handybedienung oder Jacken, mit denen die MP3-Daten übertragen werden können, sind keine Zukunftsmusik mehr, sondern bereits auf dem Markt erhältlich. Alles, was keine hohen Ströme und eine damit verbundene starke Erwärmung mit sich bringt, ist denkbar. So auch ein T-Shirt, das nicht nur Körperfunktionen wie den Puls misst, sondern auch ein EKG durchführt. Umgekehrt könnte mit einem in ein anderes Material eingenähten Silberfaden anhand des elektrischen Widerstands die Unversehrtheit des Materials kontrolliert werden. Gerade bei teuren Filterstoffen in industriellen Prozessen – wo ein Wechsel von Filtern bis anhin routinemässig durchgeführt wird – würde so eine Art Detektor Kosten sparen.

Nach der Forschung ist vor der neuen Idee

Nach der Forschung und Entwicklung des Plasmaverfahrens beschäftigt sich die Empa bereits auch schon mit der Verfeinerung der Faser. Dirk Hegemann erklärt: "Wir untersuchen, wie sie im Kontakt mit der Haut reagiert, ob beispielsweise Verfärbungen zu vermeiden sind. Wir arbeiten aber auch an Weiterentwicklungen: mehrere Schichten auftragen, die Technik zur Kontaktierung für die Datenübertragung verfeinern, andere Fäden ausprobieren. Und wir denken an die Verwendung von Metallen wie Gold, Palladium oder Titan. Uns schweben mehrfache Beschichtungen mit unterschiedlichen Metallen vor. So könnten abgeschirmte, textile Leitungen hergestellt, Leuchtstoffe eingebracht und Bildschirme in Vorhänge integriert werden." Und schliesslich folgt Dirk Hegemanns abschliessende Vision: "Zurzeit werden an chinesischen Hochhäusern an Stelle eines Verputzes oftmals Textilien angebracht. Würde man darauf Fotovoltaik betreiben und all diese Flächen zur Stromgewinnung nutzen, wäre das ein effizienter und sauberer Beitrag zur Lösung des Energieproblems in Asien." In Anbetracht solch grosser Ideen stimmt es zuversichtlich, dass sich die Uridee bereits in der Umsetzung befindet.

Quelle: Pressemeldung Credit Suisse

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