Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

UV-Virenschutzglas – Biologisch wirksame Oberflächendesinfektion mittels mikrostrukturiertem und mit Titandioxid (TiO2) beschichtetem Glas

Verbaute Messprobe zur Bestimmung der emittierenden Streustrahlung im UV-A Bereich
© Fraunhofer IBP
Verbaute Messprobe des Prototyps, in der Ulbricht-Kugel des Fraunhofer IBPs, zur Bestimmung der emittierenden Streustrahlung im UV-A Bereich.

Wirksame Entkeimungstechnologien sind nicht erst seit der Covid 19 Pandemie ein wichtiges Thema, aber seither verstärkt im Fokus der Öffentlichkeit. Die Grundidee dieses Projekts bestand darin, ein Titandioxid (TiO2)-beschichtetes Glas, welches durch einen photokatalytischen Prozess reaktive Sauerstoffspezies erzeugt und damit die Viren- und Bakterienlast reduziert, zu einem praktisch anwendbaren transparenten Virenschutzelement weiterzuentwickeln. Das Fraunhofer IBP hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IGB und anderen Projektbeteiligten einen produktnahen Prototyp entwickelt, welcher mit Hilfe von Kanteneinkopplung von UV-A Strahlung über LEDs und Laser-Mikrostrukturierung diesen Effekt erhöht. Das Virenschutzglas kann an Verkaufstheken, in Küchen, in Kühlschränken aber auch im medizinischen Bereich die Hygiene verbessern.

Projektziele

Im von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderten »KMU akut« Cluster-Projekt »CAmPUS UV-C« – Competence-Center for the Assessment of Products with Ultraviolet Sterilization wurden für die Firma Glas Gasser die Einsatzmöglichkeiten sowie die Optimierung von Virenschutzgläsern erarbeitet. Bei der Ausarbeitung der verschiedenen Möglichkeiten zur zusätzlichen Aktivierung der Titandioxid (TiO2) beschichteten Gläser, stellte sich das vom Fraunhofer IBP entwickelte Konzept zur vertikalen Seiteneinkopplung in Kombination mit einer mikrostrukturierten Glasoberfläche als die beste Variante heraus. Die Wirksamkeit dieses Systems wurde anhand von Simulationen mit der Raytracing Software Zemax, als auch mit Messungen von Prototypen in der Ulbricht-Kugel nachgewiesen.

In einem Anschlussprojekt wurden dann die mikrostrukturierten und Titandioxid (TiO2) beschichteten Gläser weiterentwickelt und messtechnisch evaluiert.   

Projektergebnis

Nach der Erarbeitung verschiedener Konzepte und mehreren Iterationsstufen in der Produktentwicklung, inklusive Simulation und Messungen wurde ein funktionierender und produktnaher Prototyp entwickelt und hergestellt.

Die LEDs und ihre Positionierung wurden aufgrund der Berechnung und Simulation so bestimmt, dass die UV-A Strahlung effizient in das System einkoppelt. Die laserstrukturierten Streukörper wurden auf maximale Durchsicht durch das Glas und optimaler Gleichförmigkeit der Strahlungsverteilung innerhalb des Virenschutzglases ausgelegt. Durch Messungen konnte gezeigt werden, dass eine deutliche Steigerung der Aktivierung des photokatalytischen Prozesses möglich ist und somit eine schnellere Inaktivierung von Viren und Bakterien stattfindet.

Projektpartner

  • Glas Gasser GmbH
  • Pilkington Holding GmbH
  • Fraunhofer Austria Research
  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
  • polyscale GmbH & Co. KG
Polygonobjekt in optischem Simulationsprogramm Zemax
© Fraunhofer IBP
In das optische Simulationsprogramm Zemax importierte Polygonobjekt mit Streuelementen.
Simulationsergebnis eines Virenschutzglases mit mikrostrukturierter Scheibe
© Fraunhofer IBP
Simulationsergebnis eines Virenschutzglases mit mikrostrukturierter Scheibe und UV-A Seiteneinkopplung, durchgeführt mit der Software Zemax.
Scheibe mit aktivierten UV-A LEDs
© Fraunhofer IBP
Mikrostrukturierte Scheibe mit aktivierten UV-A LEDs.
Durchsicht durch das Virenschutzglas ist auch mit eingeschalteten UV-A LEDS
© Fraunhofer IBP
Die Durchsicht durch das Virenschutzglas ist auch mit eingeschalteten UV-A LEDS gegeben.