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Forscher bauten aerodynamischen Partikelfilter von Echsenatemweg nach

13.02.2020

Diese Meldung ist Teil einer wöchentlichen Zusammenfassung für den APA-Science-Newsletter Nr. 06/2020 und nicht zwingend tagesaktuell

Der "Sandfisch" ist eine Echse, die im Wüstensand schwimmt. Seine Atemwege sind aerodynamische Partikelfilter, damit er nicht an Sandkörnern erstickt, so Linzer Forscher. Sie klärten mit 3D-Modellen, wie das Tier die Luft sandfrei macht, meldeten eine Echsenatemtrakt-ähnliche Partikelfiltervorrichtung zum Patent an und veröffentlichen die Studie im Fachmagazin "Bioinspiration and Biomimetics".

Offiziell heißt der Sandfisch "Apothekerskink" (Scincus scincus). Im Altertum wurde er von "Heilkundigen" gefangen, pulverisiert, zu Asche verbrannt und in Apotheken verkauft. Man versprach sich Heil- und aphrodisierende (luststeigernde) Wirkung von ihm. Die alten Ägypter balsamierten die Echsen wiederum so wie ihre Pharaonen ein und legten sie ihnen als Grabbeigabe in die letzte Ruhestätte.

Sandfische sind bis zu 20 Zentimeter lang und verbringen die meiste Zeit ihres Lebens eingegraben im feinen Wüstensand. Dort können sie bis zu einer Tiefe von einem halben Meter atmen, ohne Sand in ihre Lungen zu bekommen. Das ermöglicht ihnen eine spezielle Filtertechnik in der Nasenhöhle, fand ein Team um Anna Stadler und Werner Baumgartner vom Institut für Medizin- und Biomechatronik der Universität Linz heraus. Die feinen Partikel werden dort aerodynamisch aus der Luft abgesondert.

Modell aus dem 3D-Drucker

Die Forscher ließen einen 3D-Drucker ein Modell des Sandfisch-Atemtrakts bauen. Sie untersuchten damit die Luftströmungen und was mit "eingeatmetem" Sand passiert. "Zu Beginn ist ein runder Kanal, und dann folgt eine Kammer, die oben breit und unten schmal ist", erklärte Stadler im Gespräch mit der APA. Dort kommt es durch den größeren Querschnitt zu einem Druckabfall und Geschwindigkeitseinbruch der Atemluft, weswegen der Sand sich absetzt. Zusätzlich wird er dort von Schleim festgehalten.

Geleert wird das Depot durch eine Art Niesen. Die Echse atmet durchschnittlich zwei Sekunden lang gemächlich ein, das Ausatmen hingegen erfolgt sehr intensiv in nur 40 Millisekunden.

Das aerodynamische Filtersystem funktioniert bei einer gewissen Teilchengröße bis zu einem halben Millimeter Durchmesser. Laut Computersimulationen können die Sandfische aber auch 70 Mikrometer kleine Partikel aus der Atemluft abscheiden.

Die Forscher der Uni Linz haben ein Patent auf eine von Sandfisch-Atemwegen abgeschaute "Vorrichtung zum Filtern von Partikeln" angemeldet. Mit diesem "neuartigen Filtersystem, das sich an der Echsennase orientiert", wäre es möglich, sogar Kleinstpartikeln von fünf Mikrometern Durchmesser herauszufiltern. Die Vorrichtung hätte einen guten Selbstreinigungsmechanismus, indem es die Ausatemtechnik des Sandfischs nachahmt. Gegenüber anderen Filtersystemen wäre es auch leise und kommt ohne empfindliche Membranen aus.

Service: https://doi.org/10.1088/1748-3190/ab6137

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