Nahezu jeder kennt den Virenscanner auf dem PC, der unerwünschte und schädliche Inhaltsstoffe des World Wide Web  erkennen und fernhalten soll. Etwas ähnliches für die Umgebungsluft entwickelt derzeit Prof. Dr. Ralph Wystup aus Künzelsau. „Menschen wollen ihren persönlichen Raum sicher machen“, sagt er. „Auch die Atemluft. Dazu entwickeln wir unser „Luftradar“.“

Luftradar für die Atemluft

Klein, leicht und günstig soll das Gerät werden, das es zukünftig erlauben soll, in der Luft vorhandene Partikel von Pollengröße bis hinab zu Feinstäuben und Viren zu erkennen und bei gefährlichen Partikeln oder Aerosolen Alarm zu schlagen. Über das Gewicht sagt Wystup nichts, aber die sonstigen Daten lassen aufhorchen: Klein wie ein Schuhkarton soll das „Luftradar“ werden, der Zielpreis liegt im mittleren vierstelligen Bereich.

„Alles, was in er Luft ist, wollen wir erfassen können“

Die Wirkungsweise seines Detektors vergleicht er mit einer App zur Bestimmung von Pflanzen: Erst wird ein Foto gemacht, dieses Foto wird mit bekannten Daten verglichen. Wenn dieser Schritt zu keinem Ergebnis führt, werden Experten kontaktiert. Und ganz ähnlich soll seine Entwicklung auch funktionieren:

Rasterelektronenmikroskop statt Fotoapparat

Allzuviele Details will er noch nicht preisgeben, nur soviel: Da ein Fotoapparat nicht ausreicht, kleinste Teilchen sichtbar zu machen, verwenden Wystup und sein Team ein miniaturisiertes Rasterelektronenmikroskop (REM), wie es beispielsweise auch in Raumsonden zur Erforschung des Alls eingesetzt wird und auf dem Markt verfügbar ist.
Das damit erzeugte Bild wird von einer künstlichen Intelligenz untersucht und möglichst in Deckung mit bekannten Teilchen gebracht. „Bilderkennung ist nichts Neues“, sagt Wystup dazu und weiß auch: „Bilddatenbanken für Bakterien oder Viren sind vorhanden“. Falls die entdeckten Teilchen bekannt und gefährlich sind, wird gewarnt. Sollten unidentifizierbare Luftobjekte gefunden werden, werden wie bei der Blumen-App ebenfalls Experten kontaktiert.

Anwendungsmöglichkeiten

Wystup sieht viele Anwendungen: „Stellen Sie sich vor, Sie gehen einfach durch eine Drehtür und Ihre  Atemluft wird analysiert“ nennt er einen Anwendungsfall. Krankenhäuser, Labore oder ähnliche Institutionen dürften ein Markt sein. Aber auch zur Luftqualitätsmessung, zum Beispiel in Innenstädten wäre ein kleines und mobiles Gerät sicherlich einsetzbar. Und natürlich gibt es wissenschaftliche Anwendungen: zum Beispiel könnten Biologen die Zusammensetzung einer Blumenwiese anhand der Art und Konzentration der Pollen in der Luft erfassen.

Aktueller Stand

Zeigen kann Wystup das Gerät noch nicht, denn noch ist der Scanner ein gutes Stück weit von der Marktreife entfernt. Als erster Meilenstein soll nun ein Prototyp hergestellt werden, der Teilchen bis hinunter zur Pollengröße erkennen kann. Pollen sind etwa tausendmal so groß wie Viren, in den nächsten Schritten sollen dann Bakterien und später auch Viren erkannt und analysiert werden können.

Für die Entwicklung des Prototypen und die spätere Fertigung hat Wystup ein Unternehmen gegründet, er nennt es nicht etwa hochdeutsch „MeineLuft“ oder Denglisch „MyLuft“, sondern auf hohenlohisch „meiluft“. Er selbst ist für die Entwicklung der Hardware verantwortlich, sein Bruder Frederik entwickelt die Software. „Um an die Zuschüsse zu kommen, müssen Sie ein kleines Unternehmen gründen, weil es die spezielle Programme nur für kleine und mittlere Unternehmen gibt“, begründet Wystup.

Erstmal die Finanzierung sichern

Ralph Wystup demonstriert seine futuristische Atemschutzmaske. Foto: GSCHWÄTZ / Archiv

Derzeit ist Wystup mit Banken und Investoren im Gespräch, um die Finanzierung der Prototypen zu sichern. Da er bereits 13 Patente angemeldet hat, ist er optimistisch, dass sein Projekt für Geldgeber interessant ist. Bis Mitte/Ende 2022 soll der Prototyp fertiggestellt sein.

Anderes Projekt auf Eis

Für den Virendetektor hat Wystup ein anderes Projekt auf Eis gelegt: Die futuristische Atemschuzmaske, die in Zusammenarbeit mit mehreren hohenlohischen Unternehmen entwickelt wurde, wird vorerst nicht weiterentwickelt. Der Bedarf an einem solch komplexen Atemschutz, bei dem sowohl die ein- als auch die ausgeatmete Lust gefiltert wird, habe sich während der Pandemie nicht gezeigt. „Der Sensor ist lukrativer“, meint Wystup.

Text: Matthias Lauterer

Professorin Jennifer Niessner von der Hochschule Heilbronn (HHN) entwickelt laut einer Pressemitteilung Corona-Schutzmasken für Hochrisikopatienten mit chronischen Lungenerkrankungen. Ob beim Einkaufen oder der Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel: Alltagsmasken sind in vielen Situationen Pflicht und tatsächlich stellen sie eine vielversprechende Option sowohl zum Selbst- als auch zum Fremdschutz vor SARS-CoV-2 dar. Besonders für Risikopatienten ist es wichtig, dass der Strömungswiderstand, der sogenannte Druckverlust der Masken, klein genug ist, sodass die Atmung nicht behindert ist. Falls nicht genug zertifizierte Masken verfügbar sind, werden selbst hergestellte Alltagsmasken als Option diskutiert. Es gibt allerdings nur wenige systematische und experimentelle Studien darüber, wie diese Masken am besten herzustellen sind, um ein hohes Schutzniveau – einen sogenannten hohen Abscheidegrad – bei einem tolerablen Druckverlust und gutem Tragekomfort zu erzielen. Dies erforscht aktuell Professorin Niessner, die Expertin ist auf dem Gebiet der Filterströmung. Bisher erforschte und entwickelte sie technische Filter wie zum Beispiel Ölnebelfilter in Fertigungshallen, Lufttrocknerkartuschen in Lkw-Bremsen oder Mikroplastikfilter für Waschmaschinen.

Aerosolforschung für Schutzmasken

Das Prinzip der Aerosolfilter ist auch für Schutzmasken ähnlich: Sie bestehen alle aus faserigen Filtermaterialien, mit Fasern, die einen Durchmesser von wenigen µm haben. Der einzige Unterschied ist die Materialwahl. Bei Feinstaub- und Aerosolnebelfiltern sind häufig Glasfasern im Einsatz, die aus gesundheitlichen Gründen nicht für Masken genutzt werden können. „Wir erforschen in unserem aktuellen Projekt BioPROTECT-Mask zunächst durch Strömungssimulationen, wie Masken optimal aufgebaut sein müssen. Wir testen also, welches Filtermaterial ideal geeignet ist, um möglichst viele Tröpfchen abzuhalten. Der sogenannte Abscheidegrad soll hoch sein, dies aber bei möglichst komfortabler Atmung, denn die fällt Risikopatienten ohnehin schwer“, erklärt Niessner in der Mitteilung.

Kooperation mit einem Industrie- und drei Klink-Partnern

Die Professorin kooperiert dazu sowohl mit drei Klink-Partnern in ganz Deutschland, die klinische Tests unter kontrollierten Bedingungen durchführen werden. Außerdem arbeitet Niessner mit Junker-Filter zusammen. Das Unternehmen stellt Filter her und wird die Prototypen der Masken für die klinischen Tests nach den Maßgaben des Forscherteams fertigen. Für den Entwurf optimierter Schutzmasken testet Niessner mit ihrem Team zunächst unterschiedliche Filtermaterialien, um schließlich die optimale 3D-Geometrie der Filter zu definieren. Diese virtuell optimierten Schutzmasken werden als reale Prototypen von Junker-Filter gefertigt und ebenfalls wieder Messungen von Druckverlust und Abscheidegrad sowie klinischen Tests unterworfen.

Ein Schritt weiter

In ihrer Masken-Forschung geht Niessner sogar noch einen Schritt weiter: „Auch der Einfluss der Tragedauer und der damit einhergehenden Durchfeuchtung der Maske sowie der Einfluss von Sterilisation werden untersucht, denn die optimale Maske bietet nicht nur guten Schutz und hohen Trage-Komfort, sondern erleidet auch keine Einbußen bei häufigem Waschen mit hoher Temperatur oder sonstigen Sterilisationsmaßnahmen“, erläutert Niessner. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt knapp 500.000 Euro gefördert und läuft bis Ende 2021.

Weitere Informationen unter https://www.hs-heilbronn.de/bio-protect 

Quelle: Pressemitteilung der HHN