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Getunte Textilien aus dem Labor: Forscher pimpen Seidenfasern

Forschern des MIT ist es gelungen Seidenfasern chemisch zu "tunen".
Forschern des MIT ist es gelungen Seidenfasern chemisch zu "tunen".
Foto: MIT
Synthetische Seide kann mit dem Naturprodukt nicht mithalten. Nun hat ein Forscherteam immerhin Seidenraupenfasern auf chemischem Weg verbessert.

Trotz jahrzehntelanger Bemühungen gelingt es Forschungslaboren nicht immer, die Qualitäten von Naturmaterialien zu kopieren oder gar zu übertrumpfen. Die Seidenfaser ist einer dieser Wunderstoffe, dessen synthetische Geschwister nicht annähernd so reißfest und stabil sind. Die Seidenraupen sind den Laboren bisher klar überlegen und das, obwohl seit langem versucht wird, die aufwändige Produktion von Seide aus den Kokons der Raupen auf künstlichem Weg zu umgehen.

Dabei kann es die Natur sogar noch besser: einige Spinnenarten produzieren Fasern, die noch weitaus stärker und gleichzeitig dehnbarer sind, als jene der Raupen. Da diese Spinnen – anders als Seidenraupen – nicht gezüchtet werden können, müssen Textilindustrie und wissenschaftliche Forschung mit Seidenraupenfasern Vorlieb nehmen.

Das MIT-Seiden-Tuning

Statt sich weiterhin an der Herstellung synthetischer Seide die Zähne auszubeißen, haben Forscher des MIT (Massachusetts Institute of Technology) und der Tufts University nun einen anderen Weg eingeschlagen. In einem Forschungsprojekt des MIT-Professors Markus Buehler wurden herkömmliche Seidenfasern chemisch auseinandergenommen und neu zusammengesetzt, um so noch bessere Materialeigenschaften zu erhalten. Das Ergebnis: „getunte“ Seide, doppelt so stabil wie die Naturfaser der Seidenraupe, aber noch immer extrem dehnbar.

Die verbesserte Faser wurde „regenerated silk fiber“ (RSF) getauft und unlängst in einem Papier im Journal Nature Communications vorgestellt. Das Vorgehen des Forscherteams lässt sich in etwa folgendermaßen beschreiben: Die Faser wird durch ein chemisches Verfahren in ihre Bestandteile aufgelöst, aber nicht auf molekularer Ebene, sondern so, dass Mikrostrukturen erhalten bleiben.

Die Mikrofibrille, die für die Stabilität der Zellwände sorgen, sind der entscheidende Baustein für die besonderen Eigenschaften der Seidenfaser. Diese Mikrofibrillen lassen sich dann neu zusammensetzen. Das macht die Faser nicht nur doppelt so reißfest, sondern ermöglicht auch die Anordnung in Strukturen, die mit einer natürlichen Seidenfaser nicht möglich sind.

Anwendungsfelder für die Seidenfasern

Buehler vergleicht den Vorgang mit dem Abriss eines Hauses, einzig setzt das Forscherteam dazu keine Abrissbirne ein, sondern nimmt jede Wand Ziegel für Ziegel auseinander. Statt eines Schutthaufens bleiben so alle Ziegelsteine erhalten, mit denen ein neues Haus gebaut werden kann. Diese Ziegelsteine stehen metaphorisch für die Mikrostrukturen der Faser, die die Natur sehr viel besser herstellen kann als die chemischen Ingenieure. Aus diesen Mikrostrukturen lassen sich dann aber Makrostrukturen für spezielle Einsatzzwecke konstruieren.

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Mögliche Anwendungsfelder sehen die Forscher vor allem in der Medizin. Die verbesserten Seidenfasern würden sich etwa hervorragend als Nähte eignen, da sie als Naturprodukt keine Abwehrreaktionen hervorrufen. Da sie sich mit speziellen 3D-Druck-Verfahren – anders als natürliche Seidenfasern – auch in Gitter- oder Netzwerkformen anordnen lassen, eignen sich die getunten Fasern optimal für smarte Textilien. In Kombination mit Mikrosensoren könnte so etwa Bettwäsche entwickelt werden, die Körperfunktionen überwacht. Daraus könnten in weiterer Folge auch mit Biosensoren ausgestattete Textilien für den Massenmarkt entstehen.

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