Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zu künstlichem Gewebe?

18.05.2009
Weich und hoch belastbar wie biologisches Gewebe: DNA-umhüllte Kohlenstoffnanoröhrchen

Für moderne Implantate und die Zucht künstlicher Gewebe und Organe werden Materialien mit möglichst naturnahen Eigenschaften benötigt. Das Gewebe unseres Körpers zeigt jedoch eine Eigenschaftskombination, die nur sehr schwer in synthetischen Materialien nachgeahmt werden kann: Es ist gleichzeitig weich und sehr belastbar.

Ein australisch-koreanisches Forscherteam um Geoffrey M. Spinks und Seon Jeong Kim hat nun ein neuartiges, hochporöses schwammartiges Material entwickelt, das in seinen mechanischen Eigenschaften dem von biologischem Weichteilgewebe sehr nahe kommt. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, besteht es aus einem robusten Netzwerk aus DNA-Strängen und Kohlenstoffnanoröhrchen.

Weichteilgewebe wie Sehnen, Muskeln, Arterien, Haut und andere Organe erhalten ihre mechanische Stütze durch die extrazelluläre Matrix, einem Netz proteinbasierter Nanofasern. Verschiedene Protein-Morphologien führen dabei zu Geweben mit einer ganzen Bandbreite von Steifigkeiten. Als Implantate oder als Gerüste für die Gewebezüchtung braucht man poröse, weiche Materialien - die meist aber sehr fragil sind. Da viele biologische Gewebe regelmäßig starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, ist es zudem wichtig, dass das Implantatmaterial eine vergleichbare Elastizität ausweist, um Entzündungen zu vermeiden. Gleichzeitig muss das Material sehr fest und belastbar sein, sonst kann es versagen.

Das neue Konzept nutzt DNA-Stränge als Matrix, die die gerüstbildenden Kohlenstoffnanoröhrchen in Anwesenheit einer ionischen Flüssigkeit regelrecht einwickeln und zu einem Gel vernetzen. Dieses Gel kann man spinnen: Nicht anders als beim Nassspinnen von Seide oder Kunstfasern für Textilien lassen sich hauchfeine Fäden erzeugen, wenn man das Gel in ein spezielles Bad eindüst. Die getrockneten Fäden haben eine poröse schwammartige Struktur und bestehen aus einem Netzwerk ineinander verschränkter ca. 50 nm dünner Nanofasern. Einweichen in einer Calciumchloridlösung vernetzt die DNA weiter, die Fäden werden wesentlich dichter und fester miteinander verbunden.

Diese schwammartigen Fasern ähneln den Kollagenfasernetzen der biologischen extrazellulären Matrix. Sie lassen sich zudem knoten, flechten und zu textilartigen Strukturen verweben. So entstehen Materialien, die so elastisch sind wie die weichsten natürlichen Gewebe, gleichzeitig verleihen ihnen die robusten DNA-Kontaktstellen eine hohe Belastbarkeit.

Ein weiterer Vorteil ist die elektrische Leitfähigkeit des neuen Materials, das sich damit auch als Elektrodenmaterial für mechanische Stellglieder, Energiespeicher und Sensoren eignet. So gelang es den Forschern etwa, einen Wasserstoffperoxid-Sensor herzustellen. Die Kohlenstoffnanoröhrchen katalysieren die Oxidation von Wasserstoffperoxid, dabei entsteht ein messbarer Stromfluss. Wasserstoffperoxid spielt eine Rolle in der normalen Herzfunktion und bei bestimmten Herzerkrankungen. Ein robuster Sensor mit der Dehnbarkeit des Herzmuskels wäre eine große Hilfe für die Erforschung dieser Zusammenhänge.

Angewandte Chemie: Presseinfo 19/2009

Autor: Geoffrey M. Spinks, University of Wollongong (Australia), http://www.uow.edu.au/science/research/ipri/people/UOW001340.html

Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.200804788

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69495 Weinheim, Germany

Geoffrey M. Spinks | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de
http://www.uow.edu.au/science/research/ipri/people/UOW001340.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzen gegen Staunässe schützen
17.10.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Erweiterung des Lichtwegs macht winzige Strukturen in Körperzellen sichtbar
17.10.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie

Pflanzen gegen Staunässe schützen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Trends der Umweltbranche auf der Spur

17.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz