Biofilm schält sich von Oberfläche mit mikroskopischen Kratern ab

Pulsierende Oberfläche gegen Bewuchs auf Schiffsrümpfen

Durham (USA) – Mit einer neuartigen elektroaktiven Beschichtung könnten Containerschiffe störenden Bewuchs an ihren Rümpfen einfach abschütteln. Dazu entwickelten Wissenschaftler der Universität in Durham einen Kunststofffilm, der mit elektrischen Spannungen in pulsierende Bewegungen versetzt werden kann. Wie sie in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ berichten, lässt sich die dynamische Beschichtung schon heute auf große Flächen auftragen. Damit verfügen Reeder und Hobbysegler nach dem Verbot giftiger Schiffsanstriche mit Tributylzinn (TBT) in Zukunft möglicherweise über eine neue Option, den Bewuchs mit Seepocken und Muscheln zu verhindern. Diese haftfreudigen Organismen erhöhen den Strömungswiderstand der Schiffe und lassen den Treibstoffverbrauch auf den langen Fahrten signifikant ansteigen.

Auf einer festen Oberfläche ist die elektrisch aktive Elastomerschicht angebracht. Darüber befindet sich ein Biofilm. Durch Anlegen einer Spannung verändert sich ihre Form. Auf der veränderten Oberfläche ist der Biofilm verschwunden.
Prinzip der elektroaktiven Oberfläche

„Bisher beruhen Antifouling-Technologien auf inaktiven Oberflächen, die sich nicht verformen können“, sagt Xuanhe Zhao von der Duke University in Durham. Zusammen mit seinen Kollegen schuf er daher eine elektroaktive Beschichtung, die aus drei Lagen besteht. Auf eine hauchdünne Metallschicht legten die Forscher einen isolierenden Kunststofffilm. Auf diesen verteilten sie eine silikonhaltige Flüssigkeit und ließen sie zu einer flexiblen Schicht aushärten. In einem Salzwasserbecken konnten nun vier Tage lang Bakterien einen Biofilm bilden. In weiteren Versuchen siedelten sich zudem kleine Seepocken auf der Beschichtung an.

Die so bewachsene elektroaktive Beschichtung setzten Zhao und Kollegen unter Gleichspannung. Schon geringe elektrische Felder von bis zu 0,1 Volt pro Meter reichten aus, damit sich die Silikonschicht verformte und mikrometerkleine Krater bildete. Innerhalb von zehn Minuten schalteten sie die Spannung 200 Mal aus und an und erzeugten so eine pulsierende Bewegung in der Silikonschicht. Wegen dieser kleinen Formveränderungen konnten sich weder der Biofilm noch die Seepocken an der Oberfläche halten und wurden nahezu vollständig abgeschüttelt.

Einsatzreif ist diese elektroaktive Beschichtung bisher nicht. Doch Zhao betont, dass alle Komponenten schon heute auf große Flächen aufgetragen werden könnten. So ist es nicht unwahrscheinlich, dass nach den Laborversuchen bald weitere Experimente beispielsweise an kleinen Yachten folgen werden. Sollten diese erfolgreich verlaufen, bieten sich weitaus größere Flächen an den Rümpfen von Containerschiffen für Praxistests an. Parallel gilt es, die Haltbarkeit der elektroaktiven Beschichtung während langer Fahrten zu überprüfen.