Amerikanische Wissenschaftler haben eine Möglichkeit gefunden, aus der wasserdichten Wand winziger Kohlenstoffröhrchen einen effizienten Wasserfilter zu machen: Sie legen zwischen Wasser und Röhrchenwand eine schwache elektrische Spannung an, so dass sich in der Wand eine positive und im Wasser eine negative Ladung ausbilden. Dank dieses Tricks wird aus der wasserabweisenden Kohlenstoffschicht des Nanoröhrchens eine wasserdurchlässige Membran mit einem eingebauten Leitsystem, denn Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung des Wassers können durch Veränderungen der Spannung gezielt gesteuert werden. In Zukunft könnte diese Entdeckung helfen, Wasser zu entsalzen oder es von biologischen Schadstoffen zu befreien.
Nanoröhren haben einen Durchmesser von nur wenigen Millionstel Millimetern und bestehen wie ihre Verwandten, die fußballförmigen
Buckyballs, aus einer Kohlenstoffschicht, in der die Atome wabenartig miteinander verbunden sind. Das macht die winzigen Röhrchen hydrophob, das heißt, sie stoßen ähnlich wie fettige Oberflächen Wassertropfen ab. Durch das Anlegen einer Spannung von lediglich 1,7 Volt lässt sich das jedoch ändern, konnten Nikhil Koratkar vom Rensselaer Polytechnic Institute und sein Team nun zeigen: Die Spannung sorgt dafür, dass sich aus dem Wasser stammende Sauerstoffatome mit dem Kohlenstoff der Röhrchenwand verbinden. Dadurch verändern sich die Oberflächeneigenschaften der Wand, und sie lässt Wasser ungehindert passieren.
Die Kontrollmöglichkeiten dieser Methode sind sehr vielfältig, berichten die Wissenschaftler. So beschleunigt sich etwa die Fließgeschwindigkeit exponentiell, wenn die Spannung nur leicht erhöht wird. Werden die Ladungen hingegen umgekehrt, stößt die Kohlenstoffröhre das Wasser noch stärker ab als ohne Spannung. Das ermöglicht es auch, den Wasserfluss an- und auszuschalten: Das Wasser bewegt sich durch die Wand, sobald eine positive Ladung daran angelegt wird, und wird sofort gestoppt, wenn sie negativ geladen wird. Die Methode ist sogar so genau, dass zwei nebeneinanderliegende Röhrchen unterschiedlich angesteuert werden können und so das eine Wasser problemlos durchlässt, während das andere vollkommen wasserdicht bleibt.
Die Entdeckung von Koratkar und seinen Kollegen ist besonders deswegen interessant, weil sich die Wände von Nanoröhren aufgrund ihrer Struktur hervorragend als Mikrofilter eignen, mit denen auch kleinste Verunreinigungen aufgefangen werden könnten. Als nächstes wollen die Forscher daher Nanoröhrchen entwerfen, die gezielt einzelne DNA-Moleküle, Proteine oder organische Schadstoffe aus dem Wasser herausfiltern können.
Nikhil Koratkar (Rensselaer Polytechnic Institute, Troy) et al.: Nano Letters, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1021/nl062853g ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
