Onregelmatige poriën, lage stroomsnelheden:de plastic membraanfilters die worden gebruikt bij steriele filtratie, zorgen er niet altijd voor dat de omstandigheden echt steriel zijn. Filtermembranen van aluminiumoxide zijn betrouwbaarder - de grootte van de nanoporiën kan nauwkeurig worden bepaald. Zelfs de kleinste virussen kunnen het membraan niet passeren.

De goede worden bewaard, de slechte afgeschaft - dat, in een notendop, is het principe achter steriele filtratie:een filtratiemembraan bevrijdt vloeistoffen van ongewenste deeltjes en ziektekiemen. Niets groter dan de poriën van het filter, slechts enkele tienduizendsten van een millimeter in diameter, kan passeren. Conventionele membranen, meestal gemaakt van plastic, komen met beperkingen:hun poriën zijn niet gelijkmatig verdeeld en zijn soms te breed - en er glippen toch deeltjes door. Conventionele filtratiemembranen hebben ook vrijwel geen manier om virussen te stoppen:omdat de meeste virussen kleiner zijn dan de poriën, deze technologie biedt geen manier om ze eruit te filteren.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM in Halle, Duitsland, hebben een nieuwe generatie filtratiemembranen gecreëerd:ze ontwikkelden keramische membranen met een uniforme poriestructuur en een zeer strakke en gelijkmatige poriegrootteverdeling. "Vergeleken met de keramische membranen die we eerder hebben gezien, ze bieden een betere mechanische stabiliteit en aanzienlijk hogere stroomsnelheden. Als resultaat, voor het eerst kunnen ze ook polymeermembranen vervangen", merkt op Annika Thormann, projectmanager bij IWM. Deze membranen garanderen veel betrouwbaardere filtratieresultaten dan polymeermembranen. Elektronenmicroscoopbeelden van de membranen bewijzen:de poriën zijn regelmatig naast elkaar uitgelijnd zoals de honingraten in een bijenkorf, de ene identiek aan de andere.

Om dergelijke filtratiemembranen te produceren, wat eerst nodig is, is de juiste grondstof:"We gebruiken zeer zuiver aluminium dat we met behulp van extrusieapparatuur en thermomechanische structurering tot de gewenste vorm vormen", legt Thormann uit. Maar hoe kun je met zo'n precisie minuscule poriën op een aluminium plaat maken? "Een chemische reactie doet het werk", zegt Thormann. Het gegoten aluminium onderdeel wordt in een zuurbad geplaatst waar anodische oxidatie plaatsvindt. Tijdens elektrolyse vormt zich een oxidelaag van slechts enkele micron dik op het oppervlak. "Tijdens oxidatie vormen zich kleine poriën in het aluminium, " legt Thormann uit. Deze nanoporiën zijn honingraatvormig, verticaal naar het oppervlak, en zijn parallel aan elkaar opgesteld. "Om de poriegrootte in te stellen, we moeten de spanning en de concentratie van het zuur stabiel houden", Thormann merkt op. Via de duur van het oxidatieproces kan ook de dikte van de nanoporeuze laag - en daarmee de stroomsnelheid van het membraan zelf - worden afgesteld. Uiteindelijk, de enige stap die overblijft is het openen van de poriën. Deze stap wordt bereikt met chemisch etsen om onnodig achtergebleven aluminium te verwijderen.

Het resultaat:zeer nauwkeurige filtratiemembranen met een hoge porositeit. "We kunnen poriediameters variëren tussen 15 en 450 nanometer", zegt Thormann. Op 15 nanometer, zelfs de kleinste virussen maken geen kans om er doorheen te glippen. De nieuwe filtratiemembranen zijn bijzonder gunstig voor de biotechnologie. Naast het gebruik van de filtratie-eigenschappen om steriele media te produceren, kunnen de membranen dankzij hun hoge porositeit ook tissue engineering - het kweken van kunstweefsel - vergemakkelijken.