Oliver Dietze
Raumfahrt

Materialforscher schicken Experimente ins All

Auf der Weltraumstation ISS leben Astronauten über Monate isoliert von der Erde und können dennoch in Kontakt mit bedrohlichen Krankheitserregern kommen wie aktuelle Studien zeigen. Über häufig kontaktierte Oberflächen können sich die Bakterien vermehren und innerhalb der Raumstation ausbreiten. Um dies zu unterbinden, haben Professor Frank Mücklich und sein Team verschiedene Materialoberflächen mit Lasern auf Mikroebene strukturiert. Damit wird den Bakterien die Anhaftung an den Oberflächen deutlich erschwert.
Von Friederike Meyer zu Tittingdorf • 31.10.2019

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der NASA und dem MIT Boston werden die Materialwissenschaftler solche Probenserien zur ISS schicken. Nach gemeinsamer zweijähriger intensiver Vorbereitung werden sie untersuchen, ob sich die gefährlichen Keime auf den modifizierten Oberflächen auch unter Weltraumbedingungen weniger stark vermehren. Mit der ESA sind 2020 und 2021 weitere Experimente geplant.

Jeder Mensch ist von zahlreichen Bakterien besiedelt, die für unsere Gesundheit im Allgemeinen kein Problem darstellen, sie können unsere Gesundheit sogar fördern. Auf den von Menschen angefassten Bedienelementen aus Glas, auf Kunststoffgriffen oder an Stahltüren können sich daraus sogenannte Biofilme bilden, die nur so von Bakterien wimmeln. Wenn sich die Keime jedoch in einem isolierten Umfeld wie der Weltraumstation ISS stark vermehren und etwa durch die erhöhte Strahlenbelastung stärker mutieren, können sie für deren Bewohner problematisch werden. Denn das Immunsystem der Astronauten ist durch die Weltraumbedingungen geschwächt. „Mit Blick auf mögliche Marsmissionen und einer bemannten Mondstation haben die Weltraumbehörden großes Interesse an Technologien, die einer Ausbreitung von Keimen entgegenwirken. Denn dann werden die Astronauten noch viel längere Zeit als bisher im Weltraum verbringen und müssen noch intensiver vor möglichen Gesundheitsgefahren geschützt werden“, erläutert Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. Der Materialwissenschaftler ist daher gleich an zwei Forschungsprojekten dazu beteiligt, eines davon gemeinsam mit der amerikanischen Weltraumbehörde NASA, das andere mit der europäischen Weltraumagentur ESA.

Iris Maurer

ESA-Astronaut Matthias Maurer mit Professor Frank Mücklich und Uni-Präsident Manfred Schmitt bei einem Besuch der Saar-Universität im April 2017.

Der Start für das erste Projekt im Rahmen der Northrop Grumman-Mission der NASA war für den 2. November geplant. Dann sollen mehrere Materialproben mit dem Cygnus-Raumschiff zur ISS fliegen, die dort jeweils mit unterschiedlichen Bakterienstämmen besiedelt werden. Auf den Materialoberflächen aus Glas, Keramik, Silikon und Metall wurden mit der sogenannten Laserinterferenztechnologie dreidimensionale Muster erzeugt. „Diese Muster haben eine Dimension von wenigen Mikro- bis einigen hundert Nanometern und führen dazu, dass Bakterien daran weniger gut haften, sich entsprechend schlechter vermehren und weniger Biofilme ausbilden können“, erklärt Professor Mücklich, der diese spezielle Lasertechnologie seit mehr als zehn Jahren mit seinem Team entwickelt und inzwischen zur Marktreife gebracht hat. Nach einer dreiwöchigen Experimentierphase auf der ISS werden die Proben quasi eingefroren und anschließend in den USA und in Deutschland untersucht. Die Wissenschaftler wollen dann herausfinden, welche Laserstrukturierung in welcher Größenordnung unter den komplexen Bedingungen im All am wirksamsten ist.

In dem weiteren Forschungsprojekt mit der ESA, das am 1. November offiziell startet und Experimente auf drei Weltraumflügen in den beiden kommenden Jahren vorsieht, geht es vor allem um mikrostrukturierte Metalloberflächen. Gemeinsam mit Kollegen im Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum in Köln wollen die Saarbrücker Materialwissenschaftler vor allem Kupfer und Edelstahl untersuchen. Sie möchten herausfinden, wie sich darauf in der Schwerelosigkeit Keime ansiedeln und wie auch dort eine nanometergenaue Laserstrukturierung in Kombination mit antimikrobiellen Eigenschaften verhindern kann, dass sich Bakterienstämme ausbreiten. Möglicherweise wird dann sogar der saarländische ESA-Astronaut Matthias Maurer, der selbst an der Universität des Saarlandes Materialwissenschaft studiert und als erster Diplomand bei Professor Mücklich abgeschlossen hat, die Experimente auf der ISS betreuen. „Das wäre ein schöner Zufall und die Krönung unserer langjährigen Zusammenarbeit in der Forschung“, sagt Frank Mücklich.

Weitere Informationen:
http://www.fuwe.uni-saarland.de - Funktionswerkstoffe
http://www.mec-s.de - Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik

Zwei Forschungsprojekte auf der Weltraumstation ISS

In einem gemeinsamen Projekt mit der NASA und dem MIT Boston schickt Materialforscher Frank Mücklich mehrere Probenserien zur ISS. In einem weiteren Forschungsprojekt mit der ESA, das Experimente auf drei Weltraumflügen in den beiden kommenden Jahren vorsieht, geht es vor allem um mikrostrukturierte Metalloberflächen. In einem Hörfunk-Interview mit SR 2 (ab Minute 6:16) erläutert Frank Mücklich die Projekte und seine Ziele.

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