Erfindung aus Bremen: Paketschleuse soll vor Viren schützen

Corona hat sie inspiriert. Wissenschaftler des Bremer Fraunhofer-Instituts entwickeln gerade eine Paketschleuse. Darin sollen Gegenstände in Sekunden desinfiziert werden.

Ein Paket fährt auf einem Band unter einem Rotlichtscanner durch
Wie hier unter einem Rotlichtscanner der DHL, so sollen die Pakete in der Schleuse des Bremer Fraunhofer-Instituts mit Strahlen bearbeitet werden (Symbolbild). Bild: Imago | biky

Es klingt ein bisschen nach Science Fiction. Doch keine Weltraum-Abenteuer brachten den Physiker Christopher Dölle auf seine Idee, sondern das ebenso irdische wie allgegenwärtige Coronavirus: Dölle und vier seiner Kolleginnen und Kollegen vom Bremer Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM wollen beispielhaft anhand einer "Paketschleuse", die sie gerade entwickeln, mit einer "Doppelangriffsstrategie" gegen Viren vorgehen. In der Schleuse soll zugleich ein Angriff auf die Hülle und das Erbgut der Krankheitserreger erfolgen – durch den simultanen Einsatz von UV-Strahlen und von Hitze.

Anders ausgedrückt: Die Wissenschaftler konzipieren so etwas wie eine Durchreiche, in der Gegenstände wie Pakete oder auch Briefe automatisch und ohne Flüssigkeiten desinfiziert werden. Eine solche Erfindung könnte etwa für die Lebensmittelindustrie interessant sein, aber auch für Krankenhäuser oder Pflegeeinrichtungen etwa zur Desinfektion eingehender Post oder Ware.

Im Mai haben Dölle und sein Team mit dem Forschungsprojekt begonnen, bis Ende April nächsten Jahres läuft es noch. Allerdings hoffen die Forscher, schon vorher Ergebnisse vorstellen zu können. Zwar sei mittlerweile bekannt, dass das Coronavirus SARS-CoV-2 hauptsächlich durch Tröpfchen und durch Aerosole übertragen werde, sagt Dölle. Man wolle jedoch auch auf weitere, neue Viren vorbereitet sein, bei denen Schmierinfektionen eine größere Rolle spielten.

Bakteriophagen als Double für Coronaviren

Computer-Zeichnung, die zeigt, wie Infrarot- und UV-Strahlen zugleich auf Virus einwirken
Das Prinzip der Paketschleuse: Infrarot- und UV-Strahlen wirken zugleich auf Viren ein. Bild: Christopher Dölle, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Die Grundidee hinter Dölles Paketschleuse klingt bestechend einfach: Indem man die Viren auf einem Paket sowohl mit UV-Lampen bestrahlt als auch einer Temperatur von wenigstens 65 Grad Celsius aussetzt, macht man sich zwei virenvernichtende Verfahren zugleich zunutze. So müsste es möglich sein, auch größere Oberflächen innerhalb kürzerer Zeit zu desinfizieren als bei konventionellen Verfahren, wie etwa dem ausschließlichen Einsatz von Hitze.

Aber in welcher Zeit? Um das herauszufinden, werden Dölle und seine Kollegen mit Bakteriophagen experimentieren. "Diese Viren sind dem Coronavirus SARS-CoV-2 in ihrer Gestalt ähnlich. Auch sie sind durch eine Hülle geschützt", erläutert Dölle. Anders als Coronaviren aber vermehren sich Phagen ausschließlich in Bakterien. Dadurch seien sie für Menschen nicht gefährlich – und gut für Experimente im Labor geeignet.

Grundsätzlich, erläutert Dölle, rechne man zur Desinfektion eines Gegenstands bei einer Temperatur von 65 Grad 15 Minuten ein. "Doch das ist für unsere Zwecke nicht akzeptabel", sagt der Physiker. In einer Paketschleuse, wie er sie sich vorstelle, müssten sich täglich 100 Pakete oder mehr desinfizieren lassen. Also müsse es schneller gehen. Zwar seien bei einer Temperatur von 95 Grad nur noch fünf Minuten vonnöten, um nahezu alle Viren auf einer Oberfläche abzutöten. Doch selbst fünf Minuten seien noch viel zu lang, zumal die Hitze nicht nur Viren auf der Oberfläche töte, sondern auch den Inhalt des Pakets beschädigen könne.

Drei Meter langer Prototyp

Mann mittleren Alters mit Jacket und rahmenloser Brille guckt für Portrait in Kamera
Der Erfinder der Paketschleuse: Physiker Christopher Dölle. Bild: Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Daher möchte Dölle die Desinfektionsdauer durch die Kombination von Hitze und UV-Strahlung verkürzen. "Bei geschickt gewählter Konfiguration sollten Zeiten unterhalb von 10 Sekunden erzielbar sein", beschreibt er das Ziel. Um es zu erreichen, simuliert sein Team die Bestrahlung derzeit mit kommerziell erhältlichen UV-Lampen. Allein auf UV-Strahlen zu setzen und ganz auf die Wärmebehandlung zu verzichten, kommt für Dölle allerdings auch nicht infrage.

"Die Paketschleuse soll sich auch für Oberflächen eignen, die nicht ganz glatt sind", sagt er. Solche Oberflächen aber ließen sich nicht lückenlos mit den Strahlen einer Lampe erreichen – wohl aber mit Wärme. Aus diesen Gründen führe der Weg zum Erfolg nur über die Kombination aus UV-Strahlung und hohen Temperaturen.

Dölle und sein Team planen den Prototyp ihrer Paketdurchreiche als Drei-Schachten-System mit zwei Schleusen. Es soll drei Meter lang, 60 Zentimeter hoch und 40 Zentimetern breit werden. Damit entspricht der Prototyp in seinen Maßen ungefähr drei aneinander gereihten handelsüblichen Zimmeraquarien und wäre für etwa 90 Prozent aller Pakete groß genug. Wenn möglich, soll die Einheit aber künftig noch kompakter als Ein-Schacht-System gestaltet werden.

Schleusen schützen vor Strahlen

Das aktuelle Modell sieht vor, dass man auf der einen Seite ein Paket einsteckt und es anschließend im Mittelschacht, bei beidseitig geschlossenen Schleusen, bestrahlt und erhitzt wird, ehe es auf der anderen Seite herauskommt. "UV-Strahlung ist gefährlich. Wir müssen daher sicherstellen, dass der Anwender keine Strahlen auf die Haut oder ins Auge bekommt", erklärt Dölle den Einsatz der beiden Schleusen zum Mittelschacht mit der UV-Lampe. Wichtig ist ihm in diesem Zusammenhang der Hinweis: "Wir entwickeln hier kein fertiges Produkt. Wir wollen beispielhaft klären, was unter welchen Voraussetzungen bei der Desinfektion von Gegenständen machbar ist."

Natürlich sei auch eine anders geformte oder deutlich kleinere Paketschleuse denkbar. Das Ziel der Fraunhofer-Institute bestehe grundsätzlich darin, Technologien in die Industrie zu transferieren und nicht darin, Serien zu produzieren. Dölle sagt allerdings auch: "Wenn am Ende ein Unternehmen auf uns zukommt und gemeinsam mit uns beispielsweise eine Briefschleuse entwickeln möchte, werden wir uns bestimmt nicht verschließen." Gleiches gelte selbstverständlich auch für größere Desinfektionsschleusen.

Wie Pakete in der Schleuse desinfiziert werden

Video vom 6. September 2020
Computer-Zeichnung, die zeigt, wie Infrarot- und UV-Strahlen zugleich auf Virus einwirken
Bild: Christopher Dölle, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Bild: Christopher Dölle, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Autor

  • Alexander Schnackenburg Autor

Dieses Thema im Programm: Bremen Eins, Der Tag, 28. August 2020, 23:30 Uhr

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