Spinnenseide synthetisch hergestellt
Ein Faden aus Spinnenseide ist dünner als ein Haar, elastischer als Gummi und reißfester als Stahl oder Nylon. Ein nur daumendickes gesponnenes Seil aus Spinnenseide könnte ein Flugzeug tragen ohne abzureißen. Im Fiberlab der Technischen Universität München ist es gelungen, dieses leistungsstarke Naturprodukt künstlich herzustellen. Spinnenseide könnte bald Seidenglanz ins Haar bringen oder in ein paar Jahren als künstliche Sehne eingesetzt werden.
Eine schmutzig gelbe Flüssigkeit dreht sich langsam in einem Glasmixer. Thomas Scheibel kontrolliert Temperatur, PH-Wert, Säuregehalt und Rührgeschwindigkeit. Es ist ein Nährmedium für Bakterien, die die Wissenschaftler im fiberlab gentechnisch so verändert haben, dass sie wie Spinnen Seidenproteine herstellen.
"Wir leisten Übersetzertätigkeit, dass die Bakterien die Sprache der Spinnen verstehen."
Thomas Scheibel fügt dem Nährmedium bestimmte Chemikalien hinzu. Daraufhin beginnen die Bakterien mit der Produktion von Seidenproteinen. Nach etwa drei Stunden kann geerntet werden.
"Wir holen dann alle Zellen raus, die werden dann mechanisch aufgeschlossen, die Moleküle kommen raus und dann muss man nur noch "nur noch", die Seide von den restlichen Molekülen abtrennen. Das sieht aus wie Eiklar. Wir gefriertrocknen das Ganze, das sieht dann aus wie Pulver, Zucker. Mehl."
In dieser Form können die Seidenmoleküle auf unbestimmte Zeit gelagert und später zu Folien oder Fliesstoffen verarbeitet werden.
Um einen hauchdünnen Seidenfaden zu gewinnen, haben die Forscher eine Art Roboter-Spinne entwickelt – allerdings mit sechs Füßen anstatt acht.
"Das ist jetzt wirklich Bionik wie sie im Buche steht. Das ist eine technische Umsetzung des Prinzips, wie es die Spinne auch macht. Die Spinne zieht die Seidenmoleküle mit den Hinterbeinen aus dem Leib und macht den Faden. Wir haben das hier mit einem technischen Prinzip, mit elektrischen Motoren, mit Stahl und Eisen und Kunststoffen umgesetzt und empfinden das Prinzip nach."
Sebastian Rammensee – Doktorand an der TU – München gelang es im Labor den Spinnkanal nachzubauen und damit die genauen chemischen und physikalischen Bedingungen, unter denen sich im Kanal ein stabiler Seidenfaden bildet, zu bestimmen.
"Das Herzstück des Experiments ist eine dünne Plexiglas-Platte mit winzigen Kanälen, jeder etwa 100 Mikrometer breit, kaum dicker als ein menschliches Haar. Durch die Kanäle fließen Lösungen mit den Protein-Bausteinen der Spinnenseide und verschiedene Chemikalien. Dank dieser Technik lassen sich die Bedingungen nachempfinden, die im Spinnkanal herrschen."
Die Münchner Forscher haben für ihre Untersuchungen viele Varianten der Mischung von Seiden-Proteinen und des Strömungsverlaufs ausprobiert.
"Das wichtigste Ergebnis: Ein stabiler Faden entsteht nur, wenn ein sogenannter Elongationsfluss herrscht. Durch eine Verengung im Kanal wird der Fluss beschleunigt. Diese Veränderung sorgt dafür, dass die bis dahin kugelförmigen Spinnenseidenaggregate zu einem Faden gezogen werden."
Ein Prinzip aus der Natur verstehen und umsetzen, das ist die Grundlage der "Bionik". Dieser interdisziplinären Wissenschaft zwischen Biologie und Technik sind zum Beispiel auch der Klettverschluss oder das Flugzeug zu verdanken.
Wegen seiner hohen Belastbarkeit ist Spinnenseide ein sehr begehrter Rohstoff. Schon vor Tausenden von Jahren benutzten Fischer in Papua-Neuguinea die wasser- und reißfesten Spinnennetze zum Fischfang. Spinnenseide ist aber nicht nur mechanisch außerordentlich stabil. Sie löst beim Menschen keine Allergien aus und hemmt Krankheitserreger. Deshalb deckten schon die Griechen in der Antike Wunden mit Spinnenseide ab.
Thomas Scheibel: "Aber es ist der Menschheit Jahrhunderte lang verwehrt geblieben, das Material im großen Stil herzustellen. Spinnen sind kannibalistisch. Im Zeitalter der Biotechnologie ist das also das neue Tor, das aufgestoßen wurde, man versucht jetzt, Seide ohne Spinnen herzustellen."
Natürliche Seidenproteine könnten zum Beispiel schon bald in Crèmes oder Shampoos für Glanzeffekte ohne Chemie sorgen. Auch atmungsaktive Textilien oder Schutzkleidung sollen aus Spinnenseide hergestellt werden. Noch gibt es aber keine Maschinen, die diese hauchdünnen Fäden verarbeiten können.
Den wichtigsten Anwendungsbereich für die Spinnenseide allerdings siehen die Forscher wegen ihrer antimikrobiellen Wirkung und hohen Belastbarkeit in der Medizin.
"Damit kann man zum Beispiel Implantate neu beschichten, Wirkstoffe im Körper implantieren Krebsheilung ist ein großes Thema, aber auch Implantatverbesserung, künstlicher Sehnenersatz zum Beispiel beim Kreuzband, der Achillesferse, dort wo man besonders belastbares Material benötigt."
Doch bis es soweit ist, wird noch einige Zeit vergehen. Da beisst die Maus keinen Faden ab.
"Wir leisten Übersetzertätigkeit, dass die Bakterien die Sprache der Spinnen verstehen."
Thomas Scheibel fügt dem Nährmedium bestimmte Chemikalien hinzu. Daraufhin beginnen die Bakterien mit der Produktion von Seidenproteinen. Nach etwa drei Stunden kann geerntet werden.
"Wir holen dann alle Zellen raus, die werden dann mechanisch aufgeschlossen, die Moleküle kommen raus und dann muss man nur noch "nur noch", die Seide von den restlichen Molekülen abtrennen. Das sieht aus wie Eiklar. Wir gefriertrocknen das Ganze, das sieht dann aus wie Pulver, Zucker. Mehl."
In dieser Form können die Seidenmoleküle auf unbestimmte Zeit gelagert und später zu Folien oder Fliesstoffen verarbeitet werden.
Um einen hauchdünnen Seidenfaden zu gewinnen, haben die Forscher eine Art Roboter-Spinne entwickelt – allerdings mit sechs Füßen anstatt acht.
"Das ist jetzt wirklich Bionik wie sie im Buche steht. Das ist eine technische Umsetzung des Prinzips, wie es die Spinne auch macht. Die Spinne zieht die Seidenmoleküle mit den Hinterbeinen aus dem Leib und macht den Faden. Wir haben das hier mit einem technischen Prinzip, mit elektrischen Motoren, mit Stahl und Eisen und Kunststoffen umgesetzt und empfinden das Prinzip nach."
Sebastian Rammensee – Doktorand an der TU – München gelang es im Labor den Spinnkanal nachzubauen und damit die genauen chemischen und physikalischen Bedingungen, unter denen sich im Kanal ein stabiler Seidenfaden bildet, zu bestimmen.
"Das Herzstück des Experiments ist eine dünne Plexiglas-Platte mit winzigen Kanälen, jeder etwa 100 Mikrometer breit, kaum dicker als ein menschliches Haar. Durch die Kanäle fließen Lösungen mit den Protein-Bausteinen der Spinnenseide und verschiedene Chemikalien. Dank dieser Technik lassen sich die Bedingungen nachempfinden, die im Spinnkanal herrschen."
Die Münchner Forscher haben für ihre Untersuchungen viele Varianten der Mischung von Seiden-Proteinen und des Strömungsverlaufs ausprobiert.
"Das wichtigste Ergebnis: Ein stabiler Faden entsteht nur, wenn ein sogenannter Elongationsfluss herrscht. Durch eine Verengung im Kanal wird der Fluss beschleunigt. Diese Veränderung sorgt dafür, dass die bis dahin kugelförmigen Spinnenseidenaggregate zu einem Faden gezogen werden."
Ein Prinzip aus der Natur verstehen und umsetzen, das ist die Grundlage der "Bionik". Dieser interdisziplinären Wissenschaft zwischen Biologie und Technik sind zum Beispiel auch der Klettverschluss oder das Flugzeug zu verdanken.
Wegen seiner hohen Belastbarkeit ist Spinnenseide ein sehr begehrter Rohstoff. Schon vor Tausenden von Jahren benutzten Fischer in Papua-Neuguinea die wasser- und reißfesten Spinnennetze zum Fischfang. Spinnenseide ist aber nicht nur mechanisch außerordentlich stabil. Sie löst beim Menschen keine Allergien aus und hemmt Krankheitserreger. Deshalb deckten schon die Griechen in der Antike Wunden mit Spinnenseide ab.
Thomas Scheibel: "Aber es ist der Menschheit Jahrhunderte lang verwehrt geblieben, das Material im großen Stil herzustellen. Spinnen sind kannibalistisch. Im Zeitalter der Biotechnologie ist das also das neue Tor, das aufgestoßen wurde, man versucht jetzt, Seide ohne Spinnen herzustellen."
Natürliche Seidenproteine könnten zum Beispiel schon bald in Crèmes oder Shampoos für Glanzeffekte ohne Chemie sorgen. Auch atmungsaktive Textilien oder Schutzkleidung sollen aus Spinnenseide hergestellt werden. Noch gibt es aber keine Maschinen, die diese hauchdünnen Fäden verarbeiten können.
Den wichtigsten Anwendungsbereich für die Spinnenseide allerdings siehen die Forscher wegen ihrer antimikrobiellen Wirkung und hohen Belastbarkeit in der Medizin.
"Damit kann man zum Beispiel Implantate neu beschichten, Wirkstoffe im Körper implantieren Krebsheilung ist ein großes Thema, aber auch Implantatverbesserung, künstlicher Sehnenersatz zum Beispiel beim Kreuzband, der Achillesferse, dort wo man besonders belastbares Material benötigt."
Doch bis es soweit ist, wird noch einige Zeit vergehen. Da beisst die Maus keinen Faden ab.