Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Die mechanischen Eigenschaften der Eierstiele der Florfliege sind so beachtlich, dass Forscher sie für technische Fasern nachbilden möchten. Foto: Wikimedia Commons, Karthik R. Bhat

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. 

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen Fäden. Die sogenannten Eierstiele sind nur etwa 15 Mikrometer dick und halten das Gewicht der Eier problemlos. Um diese beeindruckende Faser herzustellen, sondert die Florfliege auf dem Blatt ein Proteinsekret ab. Das Ei wird anschließend in den Tropfen gelegt und senkrecht zur Oberfläche herausgezogen. Der entstehende Seidenfaden härtet dann an der Luft aus.

"Im Unterschied zu den meisten anderen Seidenarten weist der Eistiel der Florfliege eine spezielle Struktur mit faszinierenden mechanischen Eigenschaften auf: Die Florfliegenseide ist äußerst biegesteif und stabil. Diese Besonderheiten möchten wir auf Fasern aus Florfliegenseide übertragen. Bisher war es jedoch nicht möglich, derartige Seidenproteine in ausreichender Menge und Reinheit herzustellen", erklärt Martin Schmidt, Biotechnologe am Fraunhofer IAP in Potsdam-Golm. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der Firma AMSilk GmbH arbeitet der Forscher daran, Florfliegen-Seidenproteine mit Hilfe von Bakterien in großen Mengen mittels eines biotechnologischen Prozesses herzustellen. Die molekularbiologischen Vorarbeiten führte das Team von Professor Dr. Thomas Scheibel vom Lehrstuhl Biomaterialien der Universität Bayreuth durch. Sie konstruierten eine spezielle Gensequenz, welche Bakterien befähigt, das Seidenprotein herzustellen. Am Fraunhofer IAP optimiert Martin Schmidt nun das Herstellungsverfahren, so dass
das Seidenprotein kostengünstig in industrierelevanten Mengen hergestellt werden kann. Erst dann wird die Materialentwicklung möglich.

Die Firma AMSilk unterstützt dieses Projekt mit molekularbiologischen Arbeiten, sowie mit ihrem umfangreichen Knowhow im Bereich der Seidenanalytik und -produktion. Das mittelständische Unternehmen aus Martinsried entwickelt seit Jahren erfolgreich seidenbasierte Biopolymere für verschiedenste Anwendungen. "Unsere Seidentechnologie ist mittlerweile etabliert und erste Produkte sind bereits am Markt verfügbar. Während die von uns verwendete Biosteel-Faser nach dem Vorbild der Spinnenseide aber eher weich und flexibel ist, ist Florfliegenseide sehr biegesteif. Diese spezielle Eigenschaft macht sie für die Medizintechnik, aber auch als Verstärkungsfaser für den Leichtbau, also beispielsweise für Autos, Flugzeuge oder Schiffe, interessant. Wir freuen uns, mit dem Fraunhofer IAP einen Partner gefunden zu haben, der dieses Projekt in allen Bereichen – von der Entwicklung des Seidenmaterials bis zur fertigen Faser – mit seiner Expertise unterstützen kann", erklärt Dr. Lin Römer, wissenschaftlicher Geschäftsführer von AMSilk. Gefördert wird das Projekt durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe FNR, einem Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft.

Sowohl die Entwicklung und Charakterisierung von Fasern und faserverstärkten Compositen für den Leichtbau als auch die Entwicklung von biobasierten Polymeren sind bereits seit 25 Jahren ein Spezialgebiet des Fraunhofer IAP. Im institutseigenen Spinntechnikum können technische Fasern entweder aus einer Lösung oder aus einer Schmelze im industrienahen Maßstab hergestellt werden. "Die Kombination von Biotechnologie und Polymerforschung unter einem Dach bietet beste Voraussetzungen für die Herstellung von Fasern aus Florfliegenseide. Das ist ein enormer Vorteil, um innovative Anwendungsfelder zu erschließen", sagt Schmidt.