Start-up bekämpft die Ausbreitung von Viren
Viren sind in unserem Leben allgegenwärtig. Gerade jetzt im Winter werden wir durch die hohe Virenbelastung schnell krank. Daran sind zum Großteil die sogenannten Aerosole schuld, also feste oder flüssige Schwebeteilchen in Luft. In ihnen können Viren über die Luft übertragen werden. Ein genaues Verständnis von Virus-Aerosolen ist essenziell, um Übertragungsmechanismen von Viren, wie zum Beispiel SARS-CoV-2 oder Influenza, zu identifizieren und Lösungen für das Unterbinden zu entwickeln. Physik und Chemie von Virus- Aerosolen sind das Arbeitsfeld von CIC nanoGUNE im baskischen Technologieverbund BRTA. Hier sind möglichst detailreiche, kleine und präzise Virusmodelle nötig. NanoGUNE arbeitet mit nanoskaligen molekularen Aggregaten, aber benutzt verstärkt Wasser/Virusmodelle im Zentimetermaßstab für Be- und Entnetzungsstudien.
Abbildung 1 zeigt das Modell eines Influenza-Virus mit einem Durchmesser von ca. 120 nm. Seine Oberfläche besteht aus bis zu 500 sogenannte „Spikes“, welche - anders als auf CoV - einen Abstand von nur ca. 10nm zueinander haben, zwischen denen sich somit winzige Kapillaren befinden. Flüssige Aerosole verlieren in Luft sehr rasch Wasser, sie trocknen quasi ein, was einerseits Viren deaktivieren kann. Andererseits bedeutet der Verlust an Masse eine längere Verweilzeit in der Luft. Diese feine Balance entscheidet über die Ausbreitung.
Abbildung 1: Modell eines Influenza-Virus, trocken und mit ultradünner Wasserschicht (Quelle: Reddy et al., Structure 23 (2015) 584)
Für das Zentimetermodell müssen die Kapillaren weniger als 1 mm groß sein, andernfalls verfälscht die Schwerkraft das Resultat. Eine solche Präzision bei Mikroteilen ist mit üblichen 3D-Druckverfahren wie BJ oder SLM nicht erreichbar. Mit dieser Problemstellung kam nanoGUNE zu MetShape, welche mit höchster Präzision und Auflösung bei komplexen Bauteilen werben.
MetShape ist als 3D-Druck-Dienstleister auf komplexe Problemstellungen und metallische Mikropräzisionsteile spezialisiert und konnte mit ihrer innovativen Technologie dieses Forschungsprojekt unterstützen, indem ein hochpräzises Virusmodell in Relation von 250000:1 gedruckt wurde. Damit hat das Modell in etwa einen Durchmesser von 30 mm. Durch ihre Expertise in präzisen indirekten additiven Fertigungsverfahren konnte MetShape das Modell drucken, entbindern und sintern und als fertiges Modell nanoGUNE zur Verfügung stellen. Es wurden keine Nachbearbeitungsschritte des Virusmodells benötigt, da MetShape mit seiner Technologie sehr gute Oberflächen erzielt und keine Stützstrukturen notwendig sind.
Im Vergleich zum Polymermodell (vgl. Abbildung 2) schneidet das Metallmodell aufgrund der geringeren Masse des Wassers durch die geringere Größe des Modells deutlich besser ab. Die Modelle wurden mit einem Adhäsionsspray hydrophilisiert. Beim Polymermodell verfälschen jedoch die entstehenden Wassertropfen das Ergebnis, beim Metallmodell ist hingegen korrekt benetzt.
Abbildung 2: Vergleich des Polymer- und Metallmodells
NanoGUNE ist begeistert vom Ergebnis des 3D-Druck-Dienstleisters: „Dank des von MetShape gedruckten Modells können wir nun unsere Experimente zur Be- und Entnetzung von Wasser an Viren durchführen und damit einen neuen Meilenstein in der Erforschung von Virus-Aerosolen erreichen. Wir kommen mit den neuen Möglichkeiten durch innovative Fertigungstechnologien unserem langfristigen Ziel möglichst viele Menschen vor Virusinfektionen zu schützen einen großen Schritt näher.“ (Ikerbasque Prof. Alexander Bittner). Die nächste Generation von Belüfungstechnologien wird ohne Frage auf der Ausbreitung und Lenkung von Aerosolen basieren.
Abbildung 3: von MetShape gedrucktes Modell eines Influenza-Virus im Maßstab 250000:1
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