Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Mikroorgansimen sind ubiquit\u00e4r und \u00f6kologisch unentbehrlich, verursachen aber auch wirtschaftlich erhebliche Sch\u00e4den (z. B. Pathogene). Die Sch\u00e4digung von Baustoffen (z. B. Fassaden, D\u00e4cher) wird verst\u00e4rkt thematisiert, nimmt dar\u00fcber hinaus auch tats\u00e4chlich zu (z. B. durch erh\u00f6hten Stickstoffeintrag und den Einsatz von W\u00e4rmed\u00e4mmverbundsystemen). So sch\u00e4tzen Experten den j\u00e4hrlichen Schaden allein in Deutschland auf 2-4 Mrd. Euro. Gleichzeitig werden industriell immer elaboriertere intelligente, funktionale, selbstreinigende Oberfl\u00e4chen entwickelt.
\nDas Projekt hatte damit zwei Ziele: Erstens die Einsch\u00e4tzung, ob selbstreinigende mikro- und nanostrukturierte superhydrophobe biomimetische Oberfl\u00e4chen (Lotus-Effect\u00ae) oder photokatalytische Beschichtungen eine umweltschonende Alternative zu konventionellen, oft mit Bioziden ausgestatteten Oberfl\u00e4chen bieten. Zweitens musste erst eine standardisierte Pr\u00fcf- und Bewertungsmethode f\u00fcr den Vergleich funktionaler und konventioneller Oberfl\u00e4chen entwickelt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVor den Versuchen mit technischen Baustoffoberfl\u00e4chen wurden zun\u00e4chst Untersuchungen mit nat\u00fcrlichen Vorbildern durchgef\u00fchrt. Im Rahmen dieser Untersuchungen sollte gekl\u00e4rt werden, wie und mit wel-cher Effizienz sich bestimmte Pflanzenarten vor Pilzbefall sch\u00fctzen. F\u00fcr diese Untersuchungen wurden Weizen und Lotus verwendet, die unter bestimmten Bedingungen trotz ihrer selbstreinigenden Bl\u00e4tter einen Befall mit Mehltaupilzen aufweisen k\u00f6nnen. Im n\u00e4chsten Arbeitsschritt wurden in umfangreichen Wachstumstests aerophytische Gr\u00fcnalgen und Schimmelpilze f\u00fcr die Versuche mit Baustoffen (Fassadenfarben und Dachziegel) selektiert. Wichtigste Methoden zur Charakterisierung und Vermessung pflanzlicher wie auch technischer Oberfl\u00e4chen waren die Rasterelektronenmikroskopie sowie die Kontakt- und Abrollwinkelmessung.
\nF\u00fcr die Nass- und Trockeninokulation von Algen und Pilzen wurden zwei neue Labormethoden entwickelt. Zum Nachweis der Mikroorganismen auf technischen Oberfl\u00e4chen wurden zwei Fluoreszenzeigenschaften nutzende Methoden getestet: Die Detektion des Algenbewuchses mittels eines erweiterten und speziell angepassten Fluoreszenzmikroskops, die quantitative Erfassung des Pilzbewuchses durch Markierung des Pilzmycels mit dem Fluoreszenzfarbstoff Calcofluor. Unter Einbeziehung der neuen Inokula-tions- und Nachweismethoden fanden mehrere dreimonatige Versuchsdurchl\u00e4ufe statt, im Rahmen derer funktionale und konventionelle Baustoffoberfl\u00e4chen miteinander verglichen wurden.
\nBeim Bewilligungsempf\u00e4nger in Bonn wie auch bei den Kooperationspartnern wurden Pr\u00fcfk\u00f6rper \u00fcber mehrere Monate im Freiland ausgelagert. Dabei waren die Materialien einer unterschiedlich starken Belastung mit Mikroorganismen ausgesetzt. Als zus\u00e4tzliche Methoden wurden bei den Kooperationspartnern Pr\u00fcfk\u00f6rper schnellbewittert oder im Vorfeld der Freilandexposition einer mikrobiellen Vorbehandlung unterzogen. Au\u00dferdem wurde die wasserabweisende Fl\u00e4che von Materialien vor und nach Behandlung oder Auslagerung bestimmt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Untersuchungen mit den nat\u00fcrlichen Vorbildern Weizen und Lotus f\u00fchrte zu folgenden Ergebnissen: Am System Weizen-Mehltau konnte gezeigt werden, dass bei intakter Oberfl\u00e4chenstruktur feinste Benebelung ausreicht, um Pilzsporen von der Oberfl\u00e4che zu entfernen. Vergleichsversuche mit Lotus deuteten ebenfalls darauf hin, dass Niederschlag der entscheidende Faktor zur Reduktion bzw. Suppression der Besiedelung mit Pathogenen ist. Die Wachstumstests mit Gr\u00fcnalgen ergaben, dass insbesondere eine Mischkultur aus vier Arten (Chlorococcum spec., Klebsormidium flaccidum, Stichococcus bacillaris, Tetracystis spec.) optimal f\u00fcr Inokulationsversuche mit Baustoffen geeignet ist. Von den getesteten Schimmelpilzen zeigten sich Penicillium chrysogenum und Cladosporium cladosporioides als besonders wachstumsf\u00e4hig. Der quantitative Nachweis der Algenbelegung durch Autofluoreszenz-Messungen war mit sehr hoher Aufl\u00f6sung m\u00f6glich, selbst einzelne Algenzellen konnten zuverl\u00e4ssig detektiert werden. Bei den Pilzen gelang es, durch Verwendung des Fluoreszenzfarbstoffs Calcofluor auch makroskopisch nicht erkennbaren Pilzbewuchs zu markieren und exakt zu quantifizieren. M\u00f6gliche standardisierte Pr\u00fcfverfahren f\u00fcr den Nachweis von Mikroorganismen auf Baustoffoberfl\u00e4chen waren damit etabliert.
\nDie vergleichende standardisierte Pr\u00fcfung konventioneller und funktionaler technischer Oberfl\u00e4chen hatte folgendes Ergebnis: Bei der Nassdeposition im Labor waren funktionale Oberfl\u00e4chen tendenziell geringer belegt. Bei der Trockendeposition lie\u00df sich nur bei Pilzen ein signifikanter Unterschied zwischen konventionellen und funktionalen Oberfl\u00e4chen erkennen. Die mehrmonatige Auslagerung von Pr\u00fcfk\u00f6rpern im Freiland erbrachte sehr heterogene Ergebnisse. Diese best\u00e4tigten die hohe Komplexit\u00e4t der Problematik. Weiterf\u00fchrende Untersuchungen zu Kondensationseffekten auf superhydrophoben Oberfl\u00e4chen bewie-sen erstmals unsere langj\u00e4hrige Voraussage, dass die in der Natur immer wieder zu beobachtende Dop-pelstruktur eine entscheidende Bedeutung hat: Kondensation war immer dann minimiert, wenn Oberfl\u00e4chen einen klaren hierarchischen Aufbau aus Mikro- und Nanostrukturen aufwiesen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
W\u00e4hrend der Projektlaufzeit sind aus dem Nees-Institut f\u00fcr Biodiversit\u00e4t der Pflanzen etwa 20 Publikatio-nen zum Lotus-Effect\u00ae und zu angrenzenden Themen erschienen. Dar\u00fcber hinaus wurde in \u00fcber 60 Medienbeitr\u00e4gen \u00fcber den Lotus-Effect\u00ae und den Inhalt des Projekts berichtet. Durch diese Beitr\u00e4ge und durch mehr als 40 Vortr\u00e4ge wurde die Bekanntheit des Themas in der \u00d6ffentlichkeit weiter gesteigert. Im Rahmen von 13 Messen und Ausstellungen wurde dem interessierten Publikum auf ganz praktische Weise der Lotus-Effect\u00ae und seine Anwendungsgebiete nahe gebracht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Funktionsoberfl\u00e4chen, wie Lotus-Effect\u00ae-Oberfl\u00e4chen und photokatalytische Beschichtungen, k\u00f6nnen hinsichtlich ihrer Resistenz gegen\u00fcber Algen- und Pilzbefall eine Alternative zu konventionellen, mit Bioziden ausgestatteten Baustoffoberfl\u00e4chen sein. Die Entwicklung einer standardisierten Pr\u00fcfmethode f\u00fcr den Vergleich funktionaler und konventioneller Baustoffoberfl\u00e4chen ist gelungen. Die Ergebnisse des Projektes haben bereits einen angewandten Beitrag zur Entwicklung eines neuen funktionalen und um-weltschonenden Dachziegels geleistet. Dieser befindet sich erfolgreich auf dem Markt. Dar\u00fcber hinaus haben die Ergebnisse die Optimierung funktionaler, umweltschonender Fassadenbeschichtungen unterst\u00fctzt. Dies hatte die Entwicklung eines neuen selbstreinigenden Fassadenputzes zur Folge, der ebenfalls bereits auf dem Markt erh\u00e4ltlich ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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