„Ägyptisch Blau“: Das erste synthetische Pigment der Geschichte ist zurück – für Fingerabdrücke und leuchtende Zellen

In einem der Säle des Ägyptischen Museums in Kairo bleibt ein Besucher vor einem bemalten Holzsarg oder dem Fragment einer antiken Wandmalerei stehen, festgehalten von einem blauen Fleck, der trotz der Jahrhunderte noch immer leuchtet. Er tritt ein wenig näher, liest das kleine Schild und geht weiter zum nächsten Stück. Er weiß vermutlich nicht, dass dieses Blau weder aus einem Edelstein noch aus einer Pflanze stammt, sondern in ägyptischen Öfen hergestellt wurde, und dass Wissenschaftler an fernen Universitäten heute unter dem Mikroskop seinen Geheimnissen nachjagen.

Das Material, um das es geht, nennen die Wissenschaftler „Ägyptisch Blau“; chemisch handelt es sich um Calciumkupfersilicat. Die alten Ägypter zermahlten Sand, Kalk und Kupfer oder Kupfererze und erhitzten das Gemisch dann in einem Ofen, bis es sich in eine blaue Masse verwandelte, die ihrerseits zu Pigment zermahlen wurde. Die Fachliteratur beschreibt es als das erste synthetische Pigment, das der Mensch je hergestellt hat: die erste Farbe, die es in der Natur nicht fertig gab, sondern die Menschen mit ihren Händen und ihrem Wissen erfunden haben.

Beim Alter dieses Pigments weichen die Quellen leicht voneinander ab: Eine Mitteilung der University of Georgia in den USA beziffert es auf rund fünftausend Jahre, während die australische Curtin University angibt, es sei erstmals vor 3200 v. Chr. hergestellt worden. Wie die genaue Zahl auch lauten mag, sicher ist, dass es mindestens viertausend Jahre alt ist und dass es, laut derselben australischen Mitteilung, bis etwa ins vierte Jahrhundert nach Christus in Gebrauch blieb, ehe sein Rezept für Jahrhunderte aus dem Gedächtnis verschwand.

Hier gilt es, die Worte genau zu wählen. Die alten Ägypter kannten nichts, was „Nano“ hieß, und sie hatten nicht im Sinn, was Wissenschaftler erst kürzlich entdeckt haben. Aber sie waren, ohne Übertreibung, die ersten Werkstoffingenieure der Geschichte: Sie wussten, dass eine bestimmte Mischung bestimmter Rohstoffe eine bestimmte Farbe ergibt, sobald das Feuer die richtige Temperatur erreicht, und sie beherrschten es, dies über Jahrhunderte hinweg verlässlich zu wiederholen. Das ist für sich genommen Wissenschaft, auch wenn sie nie in Gleichungen niedergeschrieben wurde.

Die moderne Geschichte begann im Februar 2013, als ein Team der University of Georgia unter Leitung der Forscherin Tina Salguero eine Studie im Journal of the American Chemical Society veröffentlichte. Das Team stellte fest, dass Calciumkupfersilicat in Nanoplättchen zerfällt, die so dünn sind, dass Tausende von ihnen nebeneinander in die Breite eines einzigen menschlichen Haares passen, und dass diese Plättchen für das Auge unsichtbare Strahlung im nahen Infrarot aussenden, dieselbe Art von Strahlung, mit der Fernbedienungen und Autoschlüssel arbeiten.

Das Paradox, das die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler weckte: Ein Material, das Jahrtausende an Grabwänden überdauert hat, zerfällt, wie Scientific American berichtete, mühelos, wenn man es in heißem Wasser rührt. Den Forschern gelang es sogar, diese Plättchen mit gewöhnlichen Tintenstrahldruckern zu drucken, was den Weg zur Idee einer „Nanotinte“ ebnete, die dem Auge unscheinbar erscheint, aber ein Infrarotsignal abgibt, das sich mit einem geeigneten Gerät erfassen lässt.

Das Material hat zudem einen wirtschaftlichen Vorzug, der seinem physikalischen in nichts nachsteht. Die meisten Stoffe, die im Infrarotbereich leuchten, beruhen auf Seltenen Erden, teuren und geografisch sehr ungleich verteilten Elementen. Ägyptisch Blau dagegen besteht aus Calcium, Kupfer, Silizium und Sauerstoff, also aus billigen und reichlich vorhandenen Elementen, worin die Forscher einen möglichen wirtschaftlichen und ökologischen Nutzen sahen.

Die erste Anwendung, die den Weg aus dem Labor in die greifbare Welt fand, kam aus Australien. Am 24. Mai 2016 gab die Curtin University eine in der Fachzeitschrift Dyes and Pigments veröffentlichte Studie bekannt, in der das Team von Professor Simon Lewis fein gemahlenes Pulver aus Ägyptisch Blau einsetzte, um latente Fingerabdrücke auf gemusterten und spiegelnden Oberflächen sichtbar zu machen, an denen herkömmliche Pulver gewöhnlich scheitern, darunter, wie über die Studie berichtet wurde, Polymer-Banknoten. Der Ermittler braucht dafür nur eine billige Weißlichtquelle und eine gewöhnliche Digitalkamera mit einer einfachen Modifikation, um einzufangen, was das Pigment im Infrarotbereich abstrahlt.

Dann kam 2020 der größte Sprung, als ein Team der Universität Göttingen zusammen mit Partnern der University of California in Riverside eine Studie in Nature Communications veröffentlichte. Das Team maß die Emission der Nanoplättchen aus Ägyptisch Blau und fand sie bei rund 910 Nanometern; wichtiger noch: Diese Emission verblasst auch bei langer Lichteinwirkung nicht, anders als die üblichen organischen Farbstoffe wie Rhodamin, die unter dem Laser rasch ausbleichen. Praktisch bedeutet das, dass ein Forscher eine Probe stundenlang beobachten kann, ohne dass seine Markierung erlischt.

Das Team setzte diese Plättchen als feine Sonden in Embryonen der Taufliege (Drosophila) ein und verfolgte die Bewegung jedes einzelnen Partikels im Raum zwischen den Zellen, um daraus die mechanischen Eigenschaften des Gewebes abzulesen; dabei beobachtete es, dass sich Partikel näher an den Zellkernen in einem engeren Bereich bewegten, was die Forscher damit erklärten, dass das Medium um die Kerne dichter ist. Außerdem brachten sie die Plättchen in Blätter der Ackerschmalwand (Arabidopsis) ein, indem sie die Lösung mit einer nadellosen Spritze in das Blatt infiltrierten, eine in Pflanzenlaboren gängige Technik, und die Plättchen blieben durch ihr charakteristisches Signal sichtbar. All das wurde mit gewöhnlichen, preisgünstigen Siliziumkameras aufgenommen, nicht mit den stickstoffgekühlten Kameras, die viele Infrarotmaterialien erfordern.

Warum ist das wichtig? Weil nahes Infrarot lebendes Gewebe besser durchdringt als sichtbares Licht, weshalb Forscher für die biomedizinische Bildgebung, für Sicherheitstinten, die Dokumente vor Fälschung schützen, und für Geräte der optischen Kommunikation auf diese Strahlung setzen. Die Ehrlichkeit gebietet allerdings den Hinweis, dass all das zum Zeitpunkt der Niederschrift dieser Zeilen und nach unserem Kenntnisstand noch im Bereich der Forschung und der Laborversuche liegt und noch nicht zu einem medizinischen Produkt geworden ist, das an Patienten eingesetzt wird.

Und wir kommen zurück zur Frage des Stolzes, denn es ist ein Stolz unter Vorbehalt. Die genaue Wahrheit lautet, dass in einem alten Material eine moderne Eigenschaft entdeckt wurde, nicht, dass die Vorfahren absichtlich ein Nano-Geheimnis in den Wänden versteckt hätten. Was aber wirklich Stolz verdient, ist, dass die alten Ägypter die richtigen Rohstoffe wählten, ihr Feuer beherrschten und ihr Rezept Tausende Male mit ein und demselben Ergebnis wiederholten und der Welt so ein Material hinterließen, das so stabil ist, dass Wissenschaftler des 21. Jahrhunderts darin fanden, was sie in Materialien aus den modernsten Laboren nicht fanden.

Und die Frage, die an den Leser zurückgeht: Wo stehen die Labore von heute gegenüber diesem Erbe? Die drei Studien, auf denen dieser Artikel beruht, kamen aus Georgia, Perth und Göttingen, in Zusammenarbeit mit Riverside. Doch das Bild in Ägypten ist nicht leer: Restauratoren des Holzlabors im Konservierungszentrum des Großen Ägyptischen Museums nutzten in einer 2017 veröffentlichten Studie das Infrarotleuchten von Ägyptisch Blau, um dessen Verteilung auf einem bemalten Holzsarg aus der Spätzeit des alten Ägypten zu erfassen, selbst dort, wo seine Spuren gering oder mit anderen Pigmenten vermischt waren, also genau jene Nutzung der Eigenschaft, der die Welt nachjagt; und Forscher des Nationalen Forschungszentrums und des Nationalen Forschungszentrums für Wohnungs- und Bauwesen stellten das Pigment 2023 in Nanogröße für dekorative und korrosionsbeständige Beschichtungen her. Für die biologische Bildgebung oder den Nachweis von Fingerabdrücken mit Nanoplättchen dagegen haben wir bis zum Zeitpunkt der Niederschrift dieser Zeilen keine veröffentlichte ägyptische Studie gefunden, was eher an einer Lücke in dem liegen mag, was uns erreicht hat, als in dem, was es gibt. Die Rohstoffe sind noch immer hier, Sand, Kalk und Kupfer, und die Chemie- und Physikstudenten an unseren Universitäten verdienen es, dass man ihnen sagt: In einem Material, das den Namen ihres Landes trägt, liegt ein offenes Forschungsfeld, dessen Türen noch nicht geschlossen sind.

Und wenn jener Besucher bei einem künftigen Besuch in denselben Saal zurückkehrt und vor demselben blauen Fleck steht, sieht er ihn vielleicht mit anderen Augen: nicht nur als schöne Farbe, sondern als Botschaft eines unbekannten Chemikers, der die erste synthetische Farbe der Geschichte zusammensetzte, eine Botschaft, die noch immer, in einem Licht, das wir nicht sehen, in Laboren ankommt, deren Existenz er sich nie hätte vorstellen können.