Wissenschaftler entwickeln umweltfreundliche künstliche Spinnenseide

Spinnenseide - das Material, aus dem Spinnen ihre stabilen Netze weben - ist reißfest, extrem elastisch, zudem biologisch abbaubar und hitzestabil bis 200 Grad, dazu bakterienabwehrend und fungizid - mit anderen Worten, ein wahres Wundermaterial, an dem die Forschung und Industrie schon lange interessiert ist. Jetzt ist es Wissenschaftlern der Universität Cambridge gelungen, künstliche Spinnenseide herzustellen. Das ist auch vorher bereits gelungen, aber die neue künstliche Spinnenseide ist vollständig aus Wasser gemacht und könnte zukünftig zur Herstellung umweltfreundlicher Textilien und Sensoren verwendet werden.

Die Fasern, die an Mini-Bungeeseile erinnern, können große Energiemengen aufnehmen, und sind - im Gegensatz zu früheren Methoden der Herstellung synthetischer Spinnenseide - nachhaltig, nicht giftig, da sie ohne schädliche Lösungsmittel auskommen, und können bei Zimmertemperatur hergestellt werden, so die Forscher, die ihre Erkenntnisse in der Fachzeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences" veröffentlichten.

Die Fasern sind aus einem zähflüssigen Material namens Hydrogel gemacht, das zu 98 Prozent aus Wasser besteht. Die restlichen 2 Prozent sind Silica und Zellulose, beides natürlich vorkommende Materialien, die durch tonnenförmige molekulare "Handschellen" zusammengehalten werden. Die chemischen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten ermöglichen es, dass lange Fasern aus dem Gel gezogen werden können. Die extrem dünnen Fäden haben nur einen Durchmesser von ein paar Millionstel Meter. Nachdem das Hydrogel für etwa 30 Sekunden gedehnt wurde, verdunstet das Wasser und zurück bleibt eine starke Faser.

"Obwohl unsere Fasern nicht so stark sind wie die stärkste Spinnenseide, können sie Belastungen von zwischen 100 und 150 Megapascal aushalten, was [der Stärke] anderer synthetischer und Naturseide enspricht. Unsere Fasern sind jedoch nicht giftig und viel weniger energieintensiv herzustellen", kommentierte Mitautor Darshil Shah vom Fachbereich Architektur der Universität Cambridge.

Besonders die Eigenschaft, dass sie Schwingungen gut abdämpfen - eine spezielle Eigenschaft von Spinnenseide - machen die Fasern so besonders. Es gibt nur wenige Synthetikfasern, die diese Eigenschaft haben, die in einigen Fällen sogar besser ist als bei Naturseide. "Wir glauben, dass die Methode der Faserherstellung eine nachhaltige Alternative zu bestehenden Herstellungsmethoden sein könnte", sagte Shah.

"Wenn man sich die Fasern anschaut, sieht man eine Reihe verschiedener Kräfte, die sie auf verschiedenen Skalen zusammenhalten. Es ist wie eine Hierarchie, die zu einer komplexen Mischung von Eigenschaften führt", erklärte Yuchao Wu, Doktorand des Fachbereichs Chemie der Universität und Hauptautor der Studie.

Die Studie ist das Ergebnis einer Kollaboration zwischen dem Melville-Labor für Polymersynthese des Fachbereichs Chemie unter der Leitung von Professor Oren Scherman und dem the Centre for Natural Material Innovation des Fachbereichs Architektur unter der Leitung von Dr. Michael Ramage. Sie wurde vom britischen Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) und dem Leverhulme Trust unterstützt.

Foto: William Waterway