Röntgenlicht macht Super-Spinnenseide möglich

Proteinfibrillen verknäueln sich zur Mikrofaser. Bild: DESY/Eberhard Reimann

Forscher der Königlich Technischen Hochschule Stockholm http://kth.se/en haben mithilfe der extrem hellen und scharfen Röntgenlichtquelle Petra III in Hamburg herausgefunden, welches Ausgangsmaterial zur Herstellung künstlicher Spinnenseide das beste ist - nämlich Kuhmolke. Schon vor der jetzigen Entdeckung waren sie auf der richtigen Spur. Sie sponnen bereits kilometerlange Fasern, die natürlicher Spinnenseide ähnlich sind.

Die Qualität der Seide wird mit dem neuen Ausgangsstoff noch besser. Zum Einsatz kommt ein Protein, das sich in Kuhmolke befindet. Unter dem Einfluss von Wärme und Säure bildet es Nanofibrillen, extrem feine Fasern, die nicht einmal unter einem Lichtmikroskop zu sehen sind. Milliarden davon gelangen in eine Trägerflüssigkeit, die durch einen feinen Kanal gepresst wird. Dort werden sie so stark verdichtet, dass sich Fasern bilden. Genau so entstehen sie, wenn die Spinne das Ausgangssekret herauspresst. Die Nanofibrillen organisieren sich selbstständig zu einer Faser.

Das Kuriose ist, dass vermeintlich weniger geeignete Fibrillen die besseren Ergebnisse liefern. Wenn die Proteinkonzentration in der Trägerflüssigkeit bei vier Prozent liegt, entstehen besonders lange und dicke schnurgerade Fibrillen. Sie sind 2.000 Nanometer lang und vier bis sieben Nanometer dick - ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. Wird die Konzentration auf sechs Prozent erhöht, bilden sich Fibrillen, die gerade mal 40 Nanometer lang und nur zwei bis drei Nanometer dick sind. Zudem sind sie weicher als ihre 50 Mal längeren Artgenossen, außerdem noch gekrümmt. Trotzdem liefern sie die bessere Spinnenseide.

Noch bessere Effizienz

Das Röntgenlicht liefert die Erklärung für die gesteigerte Effizienz: "Die krummen Nanofibrillen verhaken sich viel besser miteinander als die geraden", sagt Stephan Roth, der Professor in Stockholm und am Deutschen-Elektronensynchrotron in Hamburg ist, das Petra III betreibt. "Im Röntgenstreubild sieht man, dass die Struktur der gekrümmten Fibrillen auch in der fertigen Faser erhalten bleibt."

Am Ziel sind die Forscher aber noch nicht. "Natürliche Seide hat eine noch komplexere Struktur aus evolutionär optimierten Proteinen", erläutert Christofer Lendel aus Stockholm. Das Team bescheinigt seinem Produkt "mittlere Qualität". In weiteren Versuchen wollen die Forscher noch näher an die Struktur herankommen, die die Natur der Spinnenseide gegeben hat. "Der gesamte Prozess lässt sich nun optimieren, um Fasern mit besseren oder maßgeschneiderten Eigenschaften herzustellen", verdeutlicht Lendel.

Spinnenseide ist fünfmal zugfester als Stahl gleicher Dicke, was Insekten zu spüren bekommen, die sich in den Netzen der Spinnen verfangen. Dabei ist die Naturfaser extrem leicht und äußerst elastisch. Ein Faden, der um die ganze Welt gespannt wird, wöge ganze 500 Gramm. Forscher der Technischen Universität München und ihre Ausgründung AMSilk, vertreiben bereits künstliche Spinnenfäden unter dem Markennamen "Biosteel" und könnten jetzt Konkurrenz bekommen. Dann nämlich, wenn das Hamburg-Stockholm-Team eine noch bessere Seidenfaser entwickelt.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens