Mit Holzfasern und Spinnenseide eine neue Art Kunststoff kreieren
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Apropos K
Mit Holzfasern und Spinnenseide eine neue Art Kunststoff kreieren
Seide ist ein natürliches Protein, das auch synthetisch hergestellt werden kann. Es besitzt gute und interessante Materialeigenschaften und bietet dem Anwender vielseitige Möglichkeiten. Bild: Eeva Suorlahti
Die Arbeit an Werkstoffen, die sowohl über eine hohe Festigkeit als auch über eine exorbitante Dehnbarkeit verfügen, stellt Materialwissenschaftler immer vor Herausforderungen, wie die Erhöhung der Festigkeit im Grunde immer auch den Verlust von Dehnbarkeit nach sich zieht und umgekehrt. Allerdings scheint sich eine Lösung dieser Misere abzuzeichnen.
Wissenschaftlern der Now Aalto University and des VTT Technical Research Centre in Finland ist offenbar in puncto Verknüpfung üblicherweise sich ausschließender Materialeigenschaften ein großer entwicklungstechnischer Wurf geglückt. Die Idee dazu haben sie Mutter Natur abgeschaut:
Die Forscher schufen einen neuen Werkstoff auf biologischer Basis, indem sie Holzzellulosefasern und das in Spinnennetzfäden enthaltene Seidenprotein kombinierten. Das Ergebnis sei ein sehr festes und belastbares Material gewesen, das in Zukunft möglicherweise in bestimmten Anwendungen konventionelle Kunststoffe ersetzen könne, etwa als Teil biobasierter Verbundwerkstoffe oder in medizinischen Anwendungen sowie in der Chirurgiefaser-, Textilindustrie- und Verpackungsindustrie.
Laut Markus Linder von der Aalto-Universität bietet die Natur großartige Zutaten für die Entwicklung neuer Materialien, wie z. B. feste und leicht verfügbare Zellulose und zähe und flexible Seide, die für diese Forschung verwendet werden. Beide Materialien bieten den Mehrwert, im Gegensatz zu konventionellen Kunststoffen biologisch abbaubar zu sein und die Natur nicht mit Mikroplastik zu belasten. "Unsere Wissenschaftler müssen nur in der Lage sein, diese natürlichen Eigenschaften zu reproduzieren", fügt Forschungsleiter Linder hinzu.
„Wir haben Birkenpulpe verwendet, sie zu Cellulose-Nanofibrillen zerkleinert und zu einem steifen Gerüst ausgerichtet. Gleichzeitig infiltrierten wir das Zellulose-Netzwerk mit einer weichen und energiedissipierenden Spinnenseidenklebematrix “, sagt der Pezhman Mohammadi von VTT. Seide ist ein natürliches Protein, das von Tieren wie Seidenraupen ausgeschieden wird und auch in Spinnennetzen vorkommt. Die von Forschern der Universität Aalto verwendete Spinnennetzseide wird jedoch nicht aus Spinnennetzen gewonnen, sondern Biotechnologische unter Einsatz von Gen-modifizierter Bakterien.
„Da wir die Struktur der DN kennen, können wir sie kopieren und daraus Seidenproteinmoleküle herstellen, die chemisch denen in Spinnennetzfäden ähneln. Die DNA enthält all diese Informationen “, erklärt Linder und Pezhman fügt hinzu: "Unsere Arbeit zeigt die neuen und vielseitigen Möglichkeiten des Protein-Engineerings. Zukünftig könnten wir ähnliche Verbundwerkstoffe mit leicht unterschiedlichen Bausteinen herstellen und für andere Anwendungen andere Eigenschaften erzielen. Derzeit arbeiten wir an der Herstellung neuer Verbundwerkstoffe als Implantate, schlagfeste Objekte und anderen Produkten", sagt Pezhman. (GD)