• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Zur Hauptsidebar springen

Die Chemie Zeitschrift Österreichs

Das unabhängige Traditionsmagazin

  • Das Magazin
    • Über die Österreichische Chemie Zeitschrift
    • 120 Jahre
    • Abonnement
    • Mediadaten
    • Online-Archiv
  • Resorts
    • Forschung
    • Foto Freitag
    • Messe
    • Publikation
    • Personalia
    • Bildung
    • Termine
    • News-Archiv 2015
    • News-Archiv 2016
    • News-Archiv 2017
    • News-Archiv 2018
    • News-Archiv 2019
  • Studienführer Technische Chemie
  • Chemie-Lexikon
  • Links
    • L&B
    • labor
    • Kunststoff
  • Welkin Media Verlag
Aktuelle Seite: Startseite / Publikation / Künstliche Seide aus Kuhmolke

Künstliche Seide aus Kuhmolke

26. Januar 2017 von Birgit Fischer

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer künstlich hergestellten Mikrofaser. Bild: KTH Stockholm
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer künstlich hergestellten Mikrofaser. Bild: KTH Stockholm

Ein zentraler Prozess für die künstliche Produktion von Seide konnte nun von einem schwedisch-deutschen Forscherteam bei DESY (Deutsche Elektronen-Synchrotron – das führende deutsche Beschleunigerzentrum) entschlüsselt werden. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

„Weltweit arbeiten zahlreiche Forschergruppen daran, Seide künstlich herzustellen“, betont Ko-Autor Prof. Stephan Roth von DESY, der Adjunct Professor an der KTH Stockholm ist. „Solches Material könnte auch so modifiziert werden, dass es neue Eigenschaften bekommt, und beispielsweise für Biosensoren oder selbstauflösende Wundverbände dienen.“

Seide, als ein begehrtes Material mit erstaunlichen Eigenschaften (ultraleicht, enorm belastbar, extrem elastisch), wird bislang aufwendig aus gezüchteten Raupen gewonnen. Die Natur nachzuahmen ist in diesem Fall besonders schwierig. Das schwedische Team setzt dabei auf eine Selbstmontage des biologischen Ausgangsmaterials.

„Das ist ein im Grunde sehr einfacher Prozess“, erläutert Lundell. „Manche Proteine bilden unter den richtigen Umgebungsbedingungen von selbst Nanofibrillen. Diese Proteinfibrillen werden dann in einer Trägerflüssigkeit durch einen Kanal gepresst, in dem sie mit zusätzlichen seitlichen Wasserstrahlen so stark verdichtet werden, dass sie sich zusammenlagern und eine Faser formen.“

Dr. Fredrik Lundell | Foto: KTH
Dr. Fredrik Lundell | Foto: KTH

Mit diesem Prozess hydrodynamischer Fokussierung hatte ein Team um Lundell auch bereits künstliche Holzfasern aus Zellulosefädchen hergestellt. Tatsächlich habe der Prozess einige Gemeinsamkeit mit der Art und Weise, wie Spinnen ihre Seide produzieren erläutert Lendel.

Als Ausgangsmaterial diente den Forschern in der aktuellen Studie ein Molke-Protein, das unter dem Einfluss von Hitze und Säure Nanofibrillen bildet. Die längsten und dicksten Fibrillen entstehen bei einer Proteinkonzentration von weniger als vier Prozent in der Lösung. Sie werden im Mittel knapp 2000 Nanometer (millionstel Millimeter) lang und 4 bis 7 Nanometer dick. Bei einer Proteinkonzentration von mehr als sechs Prozent in der Lösung bleiben die Fibrillen dagegen mit durchschnittlich 40 Nanometern deutlich kürzer und werden auch nur 2 bis 3 Nanometer dick. Zudem sind sie wurmartig gekrümmt statt gerade und 15 bis 25 Mal weicher als die langen Fibrillen.

Durch die hydrodynamische Fokussierung mit Hilfe seitlicher Wasserstrahlen verknäulen sich die Proteinfibrillen zu einer Mikrofaser. Bild: DESY/Eberhard Reimann
Durch die hydrodynamische Fokussierung mit Hilfe seitlicher Wasserstrahlen verknäulen sich die Proteinfibrillen zu einer Mikrofaser. | Foto: DESY/Eberhard Reimann

Die Wissenschafter konnten mit Hilfe von PETRA III (DESYs extrem intensive Röntgenlichtquelle) beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Überraschenderweise sind Proteinfibrillen minderer Qualität dabei besser als Ausgangsmaterial geeignet, als die längsten Proteinfibrillen. Sie konnten weiters klären, warum aus den langen, geraden Fibrillen schlechtere Fasern entstehen als aus den kurzen, gekrümmten.

„Die krummen Nanofibrillen verhaken sich viel besser miteinander als die geraden. Im Röntgenstreubild sieht man, dass die Struktur der gekrümmten Fibrillen auch in der fertigen Faser erhalten bleibt“, berichtet Ko-Autor Roth, der die DESY-Messstation P03 leitet, an der die Versuche stattfanden.

Dr. Christofer Lendel | Foto: Peter Ardell
Dr. Christofer Lendel | Foto: Peter Ardell

„Die stärksten Fasern entstehen bei einer ausgewogenen Balance zwischen einer geordneten Nanostruktur des Materials und einer Verflechtung der Fibrillen“, ergänzt Lendel.

„Natürliche Seide hat eine noch komplexere Struktur aus evolutionär optimierten Proteinen. Sie fügen sich so zusammen, dass es sowohl Regionen mit starker Ordnung gibt, sogenannte Beta-Sheets, die der Faser Stärke verleihen, als auch Regionen mit geringer Ordnung, die der Faser Flexibilität geben. Die Faserstrukturen der künstlichen und der natürlichen Seide unterscheiden sich allerdings wesentlich. Insbesondere haben die Proteinketten in natürlicher Seide eine größere Zahl intermolekularer Wechselwirkungen, die die Proteine verbinden und zu einer stärkeren Faser führen.“

„Wir haben das Molkeprotein benutzt, um das zu Grunde liegende Prinzip zu verstehen“, erläutert Lendel. „Der gesamte Prozess lässt sich nun optimieren, um Fasern mit besseren oder maßgeschneiderten Eigenschaften herzustellen.“ In den Laborversuchen entstanden etwa fünf Millimeter lange künstliche Seidenfasern von mittlerer Qualität. Die Erkenntnisse könnten dabei auch der Entwicklung anderer Materialien mit neuartigen Eigenschaften dienen, etwa künstlichem Gewebe für die Medizin.

[alert-warning]Publikation:

Ayaka Kamada, Nitesh Mittal, L. Daniel Söderberg, Tobias Ingverud, Wiebke Ohm, Stephan Roth, Fredrik Lundell, Christofer Lendel.
Flow-assisted assembly of nanostructured protein microfibers.

in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2017.

DOI: 10.1073/pnas.1617260114[/alert-warning]

Kategorie: News, Publikation Stichworte: DESY, KTH, Materialforschung, Publikation, Werkstoffwissenschaften

Haupt-Sidebar

Die aktuelle Chemie

Newsletter

  • Unser Newsletter-Archiv

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Lebensmittel-&Biotechnologie und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • Nachhaltiger Zauber wirkt länger als erwartet
    am 26. September 2023 von Kerstin Sochor (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Aus Erfahrungen vorangegangener Krisen stand zu befürchten, dass auch jetzt wieder, die aus dem aktuellen Weltgeschehen entstandene Zauberformel „Nachhaltige Energieverwendung wird zum Pflichtprogramm“, sich wie der morgendliche Nebel im […]

  • WITTMANN mit zahlreichen Neuheiten auf der Fakuma 2023
    am 26. September 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die WITTMANN Gruppe präsentiert auf der Fakuma 2023 seine aktuellen Innovationen aus den Bereichen Automatisierung und Peripherie. Das Unternehmen bringt Besuchern zudem auf einem Energieeffizienzpfad die ökonomischen und technischen Vorteile der […]

  • PSA, die sich selbst desinifziert
    am 25. September 2023 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Ein an der Rice University entwickeltes Material dekontaminiert seine Oberfläche in wenigen Sekunden und bietet neue Möglichkeiten bei PSA. Mithilfe von elektrischem Strom erwärmt es seine Außenfläche schnell auf über 100 Grad Celsius, auf der […]

  • NEO·E in automatisierter Produktionszelle auf der FAKUMA
    am 25. September 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die PlastiVation Machinery GmbH zeigt auf der Fakuma 2023 zwei Spritzgießmaschinen der Tederic NEO series im Produktionsbetrieb. Zu sehen sind eine komplette Produktionszelle mit elektrischer NEO·E230 und Automation sowie die kosteneffiziente […]

  • Papierhandtuch Recycling für die biotechnologische Wertstoffproduktion
    am 22. September 2023 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    An der Ostfalia Hochschule wird erforscht, wie Papierhandtücher für die biotechnologische Produktion neuer Wertstoffe recycelt werden können. Ziel ist die Entwicklung einer Methode zur Verzuckerung von Papierhandtüchern. Bakterien können […]

  • Auswechselbare Nadelverschlussvorkammer Vario Shot Xgate
    am 22. September 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    HASCO erweitert sein Düsenprogramm für Spritzgießwerkzeuge mit der auswechselbaren Nadelverschlussvorkammer Vario Shot Xgate. Xgate bietet eine präzise Nadelführung mit Vorzentrierung und ist hochgradig beständig gegen abrasive und chemisch […]

  • Recycling von Faserverbundwerkstoffen aus Rotorblättern
    am 20. September 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Das Fraunhofer IFAM leitet ein Projekt zum nachhaltigen Recycling von Faserverbundwerkstoffen aus Rotorblättern mittels Pyrolyse. Eine anschließende Oberflächenbehandlung und Qualitätsprüfung der Rezyklate ermöglichen die erneute industrielle […]

  • Neue Velcorin-Abfüllanlage von LANXESS in Betrieb
    am 20. September 2023 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    LANXESS hat seine neue Velcorin-Abfüllanlage in Betrieb genommen, die anstelle von Glas- nun Aluminium-Kannen als Packmittel einsetzt. Die Aluminiumverpackungen sollen Kunden ein verbessertes Handling, einen vereinfachten Transport und eine […]

  • ENGEL part finder: Unterstützung im Betriebs- und Wartungsalltag
    am 18. September 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Der ENGEL part finder ermöglicht es, nahezu alle Bauteile einer ENGEL-Spritzgießmaschine auf einfache Weise zu identifizieren und zu bestellen. Der Teilescout kann nicht nur neue Teile aktueller Maschinen, sondern auch verschmutzte, abgenutzte […]

  • Analytik Jena-Campus: der Grundstein ist gelegt
    am 18. September 2023 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Anfang September hat Analytik Jena den Grundstein für den neuen Analytik Jena-Campus am Standort Jena-Göschwitz gelegt. Zusammen mit der Muttergesellschaft Endress+Hauser investiert das Unternehmen ca. 45 Millionen Euro in das künftige […]

Schlagwörter

ABB Aktuelle Nachrichten über BASF analytica Analytik Analytik Jena Anlagenbau Automation Automatisierung Awards B&R Borealis BR CEM CO2 Danfoss Digitalisierung Endress+Hauser Evonik FCIO Festo Finance Forschung Foto Freitag FotoFreitag Hardware Industrie 4.0 Jubiläum Kreislaufwirtschaft Labor LANXESS Lenzing Logistik Messe Messe München MesseNews Messer Nachhaltigkeit OMV Personalia Publikation Pumpen Recycling Shimadzu TU Graz Webinar

Kategorien

Copyright © 2023 · WelkinMedia Fachverlag