Portrait von Professorin Jennifer Niessner

Professorin entwickelt Corona-Schutzmasken für Risikogruppe

|27.08.2020
Interview mit Professorin Jennifer Niessner.
Diejenigen, die am dringendsten einen Schutz brauchen, können mit aktuellen Masken nicht geschützt werden.
Interview mit Professorin Jennifer Niessner.

Professorin Jennifer Niessner lehrt Technische Physik und Strömungslehre im Studiengang Verfahrens- und Umwelttechnik. Ihre Expertise: Aerosolfilter. Diese entfernen gefährliche Aerosole (kleinste gesundheitsschädliche Teilchen in der Luft) und Aerosolnebel (kleinste Flüssigkeitströpfchen in der Luft). Ihr Fachwissen wendet Niessner nun für die Corona-Situation an. Mit ihrem Forschungsprojekt BioPROTECT-Mask richtet sie sich an Corona-Risikopatienten, um ihnen einen sicheren und angenehmeren Mund-Nasen-Schutz zu ermöglichen. 

Was genau sind Aerosolfilter?

Aerosolfilter filtern kleinste Teilchen aus der Luft heraus. Dazu gehören zum Beispiel Feinstaubfilter, die Feststoffteilchen abscheiden. Aber auch Filter für Aerosolnebel, kleine Flüssigkeitströpfchen in der Luft. 

Wo kommen diese Filter zum Einsatz?

Zum Beispiel in Diesel-Fahrzeugen. Schon vor Corona wurden Aerosolnebelfilter zur Reinigung der Luft aus Fertigungshallen eingesetzt, aber auch um Bremssysteme in Lkws und Bussen zu schätzen und Druckluft in der Industrie zu säubern. Auch Schutzmasken sind eine spezielle Form von Aerosolnebelfiltern.

Sind Aerosole generell problematisch?

Ja, da kleinste Teilchen (< 2,5 µm) in die Lunge eindringen können und dort – je nach Substanz – zu Vergiftungen, Verätzungen, Allergien und Lungenkrebs führen können. Virenbeladene Aerosole stellen nun nochmal eine ganz neue und akute Gefahr dar.

Stichwort Viren: Wie lässt sich Ihr Fachwissen über Aerosolfilter auf Corona übertragen?

Tatsächlich sind Schutzmasken den anderen Aerosolfiltern sehr ähnlich. Sie bestehen alle aus faserigen Filtermaterialien, mit Fasern, die einen Durchmesser von wenigen µm haben. Der einzige Unterschied ist, dass man bei der Materialwahl bei Schutzmasken aufpassen muss. Bei Feinstaub- und Aerosolnebelfiltern sind häufig Glasfasern im Einsatz, die aus gesundheitlichen Gründen nicht für Masken geeignet sind. Hier wird eher mit Kunststoff gearbeitet. Ziel ist auch bei Schutzmasken ein hoher Abscheidegrad für Aerosole bei kleinem Druckverlust. 

Was bedeutet dieser „kleine Druckverlust“?

Ein geringerer Atemwiderstand, also besser Luft zu bekommen. Bei Schutzmasken bedeutet ein großer Druckverlust einen großen Atemwiderstand, was besonders für Risikopatienten mit chronischen Lungenerkrankungen kritisch ist, die auch ohne Maske schon Atemschwierigkeiten haben. 

Welche Eigenschaften fehlen Ihnen an aktuellen Mundschutzmasken?

Gerade die Masken mit einer guten Schutzwirkung haben diesen sehr hohen Strömungswiderstand und behindern damit, wie oben erwähnt, die Atmung. Das ist gerade für die besonders durch SARS-CoV-2 gefährdeten Personen mit chronischen Lungenerkrankungen wie Asthma oder COPD kritisch. Für diese Personengruppe sind die aktuell verfügbaren Masken nicht geeignet. Diejenigen, die am dringendsten einen Schutz brauchen, können also nicht geschützt werden. Meist sind diese Personen auch noch von der Maskenpflicht befreit und dadurch noch stärker in Gefahr, sich zu infizieren.

Was sind Ihre konkreten Anforderungen an die optimale Maske?

Die Maske muss ein Multitalent sein! Sie soll gut schützen, also einen hohen Abscheidegrad für Viren in der Luft haben und der Strömungswiderstand muss gering sein, um gut atmen zu können. Das ist im Allgemeinen ein Widerspruch. Außerdem sollten wiederverwendbare Masken beständig sein und keine Einbußen durch Sterilisation, Waschen oder Bügeln erleiden.

Wie gehen Sie im Moment vor, wie muss ich mir Ihre aktuelle Forschungsarbeit vorstellen?

Wir stehen noch ganz am Anfang. Das Projekt ist erst zum 1. August 2020 angelaufen. Nun müssen zunächst einmal Prüfstände konzipiert und ausgelegt werden und dann schnellstmöglich aufgebaut werden. Auch führen wir aktuell 3D-Scans eines Puppenkopfes mit und ohne Maske durch, damit wir die reale Situation in den Strömungssimulationen bestmöglich abbilden können. Den Puppenkopf selbst werden wir im Prüfstand als „Maskenträger“ einbauen. Zusätzlich werden µCT-Scans der aktuellen Masken angefertigt, damit wir die Filterstruktur als Basis für Strömungssimulationen vorliegen haben. Ein Kollege, André Baumann, baut bereits allererste Strömungssimulationen auf, in denen die Aerosolemission beim Husten mit Maske berechnet und visualisiert wird.

Aus wie vielen Köpfen besteht Ihr Forschungsteam?

An Filterthemen arbeiten aktuell 4 Mitarbeiter*innen mit, in BioPROTECT-Mask sind 2 weitere Stellen verfügbar. Dazu kommen 9 Studierende, die über Bachelorarbeiten, Masterarbeiten und Projektarbeiten mitarbeiten. Zum BioPROTECT-Mask-Team gehörten außerhalb der HHN noch 3 Lungenfachärzte, ein Forscher aus dem medizinischen Bereich, 2 Krankenpfleger*innen und noch mehrere Personen unseres beteiligten Filterherstellers.

Für Ihre Forschung haben Sie Fördergelder beantragt. Wie hoch war die finanzielle Unterstützung?

Für das Projekt haben wir insgesamt knapp eine halbe Million Euro eingeworben. An die HHN fließen davon gut 180.000 Euro.

Zum Abschluss bei der Expertin nachgefragt: bringt unser derzeitiges Mundschutz-Tragen etwas?

Gleich vorweg – ich bin keine Medizinerin und kann die Frage nur aus Strömungssicht beantworten. Wenn alle im Raum Anwesenden Stoffmasken als „Filter“ tragen, wird sich die Aerosolkonzentration um einen gewissen Prozentsatz reduzieren. Das ist auf jeden Fall schon mal gut. Ob diese Reduktion tatsächlich ausreicht, um in dem kritischen Fall, dass eine der Personen infiziert ist, die Infektion der anderen Personen garantiert zu vermeiden, ist nicht sicher. Besser ist es auf jeden Fall, das Ansteckungsrisiko weiter zu minimieren, indem die Personen Masken mit besserer Abscheideleistung tragen. Wenn diese Masken dann auch noch einen niedrigen Atemwiderstand aufweisen, werden die Masken hoffentlich nicht nur besser schützen, sondern auch weniger ungern getragen werden. Unser Ziel ist es, genau das zu erreichen.

Professorin im, Gespräch

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