Verschiedene Stoffe, Papiertücher, Kaffeefilter gehören zu den Materialien, die Mainzer Max-Planck-Wissenschaftler neben OP-Masken darauf getestet haben, wie gut sie Partikel unterschiedlicher Größe aus der Luft filtern. Die Ergebnisse lassen sich gut auf Tröpfchen übertragen, die bei der Übertragung des Coronavirus eine entscheidende Rolle spielen.(Bild: Dom Jack)
Irgendein Stoff, den die Mainzer Forschenden als Filtermaterial untersuchten, dürfte sich in jedem Haushalt finden. Neben Baumwolle und Papiertüchern prüften sie unter anderem Mikrofasertücher, Kaffeefilter und Vliese von Staubsaugerbeuteln darauf, wie gut sich daran Partikel und damit auch potenziell infektiöse Tröpfchen abscheiden. „Wir haben festgestellt, dass alle untersuchten Filtermaterialien vor allem große Partikel von fünf Mikrometern und größer sehr effizient abscheiden. Die Effizienz liegt meist bei 90 Prozent und darüber“, sagt Frank Drewnick, Leiter einer Forschungsgruppe in der Abteilung Partikelchemie. Somit könnten die Stoffe einen Großteil der Tröpfchen, die für die Ansteckung mit dem Coronavirus die größte Rolle spielen, abfangen. Denn diese Tröpfchen sind nach allem, was man derzeit weiß, deutlich größer als einige Mikrometer.
Mikrofaser oder Staubsaugervlies?
Die Untersuchung ergab aber auch, dass die Filterwirkung für Partikel kleiner als 2,5 Mikrometer stark vom verwendeten Filtermaterial abhängt und zwischen 100 und 500 Nanometern oft ein Minimum erreicht. Es zeigte sich beispielsweise, dass Mikrofasertücher Partikel solcher Größe weniger effizient zurückhalten als Staubsaugervlies oder eine Kombination aus Baumwoll- und Biberstoff. Noch kleinere Partikel werden durch viele Materialien wieder besser abgefangen. Das SARS-CoV-2-Virus ist etwa 100 Nanometer groß. Laut Studien wird es beim Niesen, Husten oder Sprechen aber in wesentlich größeren Tröpfchen transportiert. Wie effizient ein Filter Partikel abscheidet, hängt jedoch nicht nur von der Partikelgröße ab, sondern auch von der elektrischen Ladung sowohl der Teilchen als auch der Fasern des Filterstoffs und der Geschwindigkeit der Luftströmung durch das Material.
Medikamente gegen Corona und Covid-19
Virostatika: Zentraler Bestandteil eines Virus ist seine Erbinformation, zu deren Vermehrung eine Gruppe von Enzymen, sogenannte Polymerasen notwendig sind. Wirkstoffe, die diese Enzyme hemmen, können auch die Vermehrung und Verbreitung von Viren eindämmen. Beispiele für solche Virostatika, die auch gegen Sars-Cov-2 wirken könnten, sind die Wirkstoffe Faviparivir und Remdesivir. Letzteres wurde ursprünglich gegen das Ebola-Virus entwickelt.Bild: molekuul.be ‒ AdobeStock
Protease-Hemmer: Die Kombination der Wirkstoffe Lopinavir und Ritonavir hemmt Enzyme, die Proteine an bestimmten Stellen zerschneiden, sogenannte Proteasen. Unter dem Handelsnamen Kaletra vertreibt Abbot das Medikament als etabliertes Mittel gegen HIV. Protease-Hemmer sind auch als Medikamente gegen Covid-19 in der Erprobung.Bild: molekuul.be ‒ AdobeStock
Interferone: Interferone sind körpereigene Proteine, die dem Immunsystem als Botenstoffe dienen und dessen Aktivität beeinflussen. Bei Virus-Infektionen spielt insbesondere das Beta-Interferon eine Rolle. Gegen Sars-Cov-2 soll synthetisches Interferon besonders in Kombination mit anderen Mitteln wie Protease-Hemmern helfen. Bild: petarg-AdobeStock
Chloroquin: Die genaue Wirkungsweise der Malaria-Medikamente Chloroquin und Hydroxychloroquin ist noch ungeklärt. Während der Sars-Epidemie 2002 zeigten sich in klinischen Studien positive Effekte, weshalb das von Bayer als Resochin vermarktete Medikament auch als Wirkstoff gegen Sars-Cov-2 wieder Interesse weckte und in mehreren klinischen Studien getestet wird.Bild: molekuul.be ‒ AdobeStock
Das Mainzer Unternehmen Biontech hat bei der Entwicklung eines Impfstoffs gegen das neuartige Coronavirus die Nase vorn. Bild: Guerrieroale - adobe stock
Vektor-Impfstoffe: Für den Menschen harmlose Viren lassen sich mit gentechnischen Methoden so verändern, dass sie Bestandteile anderer Viren mit sich tragen. Diese manipulierten Viren, sogenannte Vektoren, dienen als Impfstoff, indem sie dem Immunsystem spezifische Teile eines Krankheitserregers präsentieren, ohne dass der Körper dem Erreger selbst ausgesetzt ist. Unter anderem die Masernimpfung und der erste zugelassene Ebola-Impfstoff funktionieren nach diesem Prinzip. Mehrere Covid-19-Impfstoffe dieser Art sind in frühen Stadien der klinischen Erprobung. Bild: iaremenko ‒ AdobeStock
mRNA-Impfstoffe: Messenger-RNA (mRNA) basierte Impfstoffe bestehen nicht aus Virus-Material wie klassische Impfstoffe, sondern stellen einen Bauplan für ein Virenprotein dar. Gelangt dieser Plan in eine Körperzelle, produziert diese zunächst das entsprechende Protein. Darauf reagiert das Immunsystem mit der Produktion von Antikörpern. mRNA-Impfstoffe wären deutlich einfacher und schneller in großen Mengen zu produzieren als klassische Impfstoffe. Allerdings ist das Verfahren noch völlig neu, bislang gibt es keine zugelassenen Impfstoffe dieser Art. Bild: vchalup ‒ AdobeStock
Der Stoff für eine Gesichtsmaske muss allerdings nicht nur effizient Partikel und Tröpfchen abhalten, wichtig ist auch, wie leicht man durch ihn atmen kann. Um dies zu testen, haben die Atmosphärenforscher den Druckabfall der Luft bei Durchströmen durch das Filtergewebe gemessen. Er sollte am besten niedrig sein – bei gleichzeitig hoher Filterwirkung. Bei den Tests ergaben sich für doppellagigen festen Baumwollstoff sowie eine Kombination von Staubsaugerbeutelmaterial und Baumwollstoff etwas schlechtere Werte zum Druckabfall als für professionelle OP-Masken oder eine Kombination aus Jersey und Biberstoff. An einem Kaffeefilter scheiden sich größere Partikel zwar gut ab, sie sind aber kaum luftdurchlässig und deshalb nicht besonders praxistauglich.
„Unsere Daten machen keine Aussage darüber, wie gut eine Gesichtsmaske tatsächlich schützt. Sie helfen aber möglicherweise bei der Auswahl geeigneter Filtermaterialien für selbstgenähte“, sagt Drewnick, der weitere Materialien testen und größere Stichproben untersuchen will. Er betont, dass die Wirksamkeit einer Maske von vielen Faktoren abhängt. Entscheidend ist nicht nur die korrekte Handhabung, sondern auch, welcher Anteil der Luft beim Atmen, Husten oder Niesen tatsächlich durch die Maske oder durch einen Luftspalt zwischen Maske und Gesicht strömt oder wie häufig und auf welche Weise die Maske gereinigt wird.
Umfunktionierte Messinstrumente
Für die Untersuchung, welche Allerweltsmaterialien sich zum Schneidern von Gesichtsmasken eignen könnten, funktionierten Frank Drewnick und sein Team kurzerhand einige Messinstrumente um, mit denen sie sonst die Eigenschaften atmosphärischer Aerosolpartikel analysieren. „Es zeigte sich schnell, dass unsere Messtechniken und Methoden zur Partikelerzeugung, die wir eigentlich für ganz andere Zwecke einsetzen, bestens geeignet sind, um im Labor Filter und Filtermaterialien zu untersuchen“, sagt Stephan Borrmann, Direktor der Abteilung Partikelchemie des Max-Planck-Instituts für Chemie.
Um die Abscheideeffizienz, also die Fähigkeit eines Materials, Partikel abzufangen, zu testen, nutzte Drewnicks Team Kochsalzpartikel definierter Größe und Aerosolpartikel im Nano- und Mikrometerbereich aus der Umgebungsluft. Die Partikel schickten sie mit einem Luftstrom durch die verschiedenen Proben und bestimmten davor und dahinter die Partikelkonzentration. Aus dem Unterschied der Partikelkonzentrationen ergibt sich dann die Effizienz, mit der ein Material Partikel einer bestimmten Größe abscheidet. Andere Stoffeigenschaften wie die Hautverträglichkeit haben die Mainzer Forscher zwar nicht untersucht, dennoch tragen sie mit ihrer Testreihe ganz praktisch dazu bei, die Corona-Epidemie zu bewältigen.
Informationen über das Coronavirus Sars-Cov-2 und die Krankheit Covid-19 liefert das Robert Koch-Institut.
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