- Die Zugfestigkeit von Spinnenseide kann bis zu 150 Newton pro Quadratmillimeter erreichen, vergleichbar mit Stahl.
- Forscher suchen nach Methoden zur künstlichen Herstellung von Spinnenseide, um die Produktionsbeschränkungen zu überwinden.
- Forscher der Swedish University of Agricultural Sciences haben gezeigt, dass Proteine effizienter produziert werden können.
- Das Team untersucht die Anwendung von Spinnenseide in medizinischen Bereichen und führt entsprechende Tests durch.
Die Zugfestigkeit von Spinnenseide kann bis zu 150 Newton pro Quadratmillimeter erreichen und hält dieser Zugkraft bis zum Bruch stand. Forscher erkunden Methoden zur künstlichen Herstellung von Spinnenseide, da die Menge, die jede Spinne produziert, relativ gering ist. Die entscheidende Herausforderung besteht darin, die flüssigen Seidenproteine aus den speziellen Drüsen der Spinnen in tatsächliche Fasern umzuwandeln.
Spinnenseide ist ein biologisches Material, das von diesen arachniden Tieren erzeugt wird und hauptsächlich in Form von fadenförmigen Fasern vorliegt. Sie besitzt eine hohe Elastizität und eine Festigkeit, die mit Stahl vergleichbar ist. Das Interessante an dieser Seide ist, dass sie in verschiedenen Formen existiert, wobei jede Form ihre spezifische Verwendung hat. Während der feine Faden die häufigste Form ist, die Spinnen zum Weben von Netzen verwenden, nutzen diese Tiere auch andere Formen, beispielsweise um Beute zu fangen, Eier zu schützen oder als Sicherheitsleine.
Unter den vielen Eigenschaften sticht die Zugfestigkeit von Spinnenseide besonders hervor, die bis zu 15 Gigapascal (GPa) erreichen kann, was bedeutet, dass sie einer Zugkraft von 150 Newton pro Quadratmillimeter standhält, vergleichbar mit hochwertigem Stahl. Aufgrund ihrer Zugfestigkeit, Zähigkeit, Leichtigkeit und biologischen Abbaubarkeit hat Spinnenseide potenziellen Anwendungswert in der Textilindustrie.
Herausforderungen bei der künstlichen Herstellung von Spinnenseide
Da jede Spinne relativ wenig Seide produziert und nicht in großem Maßstab wie Seidenraupen gezüchtet werden kann, da sie kannibalistisch sind, suchen Forscher nach Methoden zur künstlichen Herstellung von Spinnenseide. Professorin Sarah Stellwagen von der University of North Carolina (UNC) wies in einem Interview darauf hin, dass die Herausforderung darin besteht, die flüssigen Seidenproteine aus den speziellen Drüsen der Spinnen in tatsächliche Fasern umzuwandeln. „Die Forscher haben große Mengen an Proteinmischungen hergestellt, wie es die Spinnen tun, aber im Gegensatz zu Spinnen haben sie es noch nicht geschafft, diese Proteine in einem für die Öffentlichkeit verfügbaren Maßstab zu festen Fäden zu spinnen.
“Professorin Stellwagen ist Assistenzprofessorin im Fachbereich Biowissenschaften an der UNC Charlotte.
Der Produktionsprozess von Spinnenseide
Spinnen erreichen diesen Prozess, indem sie die Flüssigkeit aus ihren Drüsen durch enge Röhren pressen, ihre chemische Umgebung verändern und eine enge Struktur namens β-Faltblatt assemblieren. Anschließend wird die Faser in fester Form aus ihrem Spinnapparat ausgestoßen. Dennoch wurden auch Fortschritte in der Forschung erzielt. Forscher der Swedish University of Agricultural Sciences (SLU) haben gezeigt, dass Proteine in größerem und effizienterem Maßstab produziert werden können, was auch zur Senkung der Produktionskosten beiträgt. Die Forscher Anna Rising und Benjamin Schmuck haben zuvor eine Förderung von 200.000 Euro von der H&M Stiftung erhalten und arbeiten derzeit daran, Fasern und Garne aus Proteinen für Textilversuche herzustellen.
Das Team untersucht auch die Anwendung dieser Fasern in medizinischen Bereichen. Professorin Rising erklärte: „Diese Förderung (Finanzierungs- und Unterstützungsprogramm) gibt uns die Möglichkeit, den nächsten Schritt zu machen: mehr Experimente durchzuführen, den Produktionsprozess zu verbessern und genügend Material zu produzieren, um Garne und Textilien zu testen.“ Frühere Forschungen von King’s College London und der California State University, San Diego, haben die „molekularen Marker“ entschlüsselt, die Spinnenseide stärker als Stahl und zäher als Kevlar machen.
Zukünftiges Potenzial der künstlichen Herstellung von Spinnenseide
Spinnenseide zieht aufgrund ihrer überlegenen Festigkeit und Zähigkeit breite Aufmerksamkeit auf sich, insbesondere hinsichtlich potenzieller Anwendungen in den Bereichen Textil und Medizin. Während die Forscher daran arbeiten, die Herausforderungen der geringen Produktionsmenge von Spinnenseide zu überwinden, könnte die Entwicklung von Technologien zur künstlichen Herstellung die betreffenden Branchen verändern. Durch die Verbesserung der Proteinproduktion und der Textilversuche könnte in Zukunft eine großflächige Produktion realisiert werden, was die Kommerzialisierung von Biomaterialien vorantreibt und neue Optionen für die Verwendung umweltfreundlicher Materialien bietet.