Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Natur als Vorbild: Bayreuther Forschungen zu Seidenproteinen im Ausstellungszug "Expedition Zukunft"

09.09.2009
Die Materialforschung interessiert sich zunehmend für die Eigenschaften und Strukturen von Materialien in der Tier- und Pflanzenwelt.

Diese Biomaterialien können technischen Materialien in mancher Hinsicht überlegen sein. Ein Beispiel sind Strukturproteine der Seide, die von Insekten oder Spinnen produziert werden.

Der Lehrstuhl für Biomaterialien der Universität Bayreuth unter der Leitung von Professor Dr. Thomas Scheibel befasst sich mit der künstlichen Herstellung dieser Proteine und erforscht deren innovative Umsetzung in neue Produkte. Die Forschungsarbeiten sind derzeit im Ausstellungszug "Expedition Zukunft" des Wissenschaftsjahrs 2009 zu besichtigen.

Die Materialforschung interessiert sich zunehmend für die Eigenschaften und Strukturen von Materialien in der Tier- und Pflanzenwelt. Diese Biomaterialien können technischen Materialien in mancher Hinsicht überlegen sein. Ein Beispiel dafür sind Strukturproteine der Seide, die von Insekten oder Spinnen produziert werden. Der Lehrstuhl für Biomaterialien der Universität Bayreuth unter der Leitung von Professor Dr. Thomas Scheibel befasst sich mit der künstlichen Herstellung dieser Proteine und erforscht deren innovative Umsetzung in Produkte unterschiedlicher Industriezweige.

Im Wissenschaftsjahr 2009 präsentiert das Team um Professor Scheibel seine Forschungsarbeiten im Ausstellungszug "Expedition Zukunft", der in mehr als 60 Städten in Deutschland Station macht, um über neue Entwicklungen in der Forschung zu informieren. Vom 24. bis 26. September 2009 ist der Zug, der aus insgesamt 12 Waggons mit themenspezifischen Ausstellungen besteht, im Bayreuther Hauptbahnhof zu besichtigen.

Spinnenseide - ein Biomaterial mit einzigartigen Qualitäten

Die weltweit rund 38.000 bekannten Spinnenarten produzieren Seidenfäden für eine Vielzahl von Anwendungen - insbesondere für Spinnennetze, in denen sie ihre Beute fangen, aber auch für Kokons und Klebstoffe. In allen Fällen sind die Seidenfäden extrem dünn. Ihr Durchmesser beträgt nur wenige Tausendstel Millimeter, nämlich 1 bis 5 Mikrometer. Dennoch zeichnen sich die Seidenfäden durch eine außergewöhnliche Reißfestigkeit aus: Sie sind sehr stabil und gleichzeitig extrem dehnbar.

Seidenproteine aus gentechnischer Herstellung

Wegen dieses Eigenschaftsprofils ist es attraktiv, Spinnenseide in großen Mengen möglichst kostengünstig herzustellen und für die Entwicklung neuer Produkte einzusetzen. Das Team um Professor Scheibel hat daher die künstliche Herstellung von Spinnenseiden untersucht und verschiedenartige Verfahren erprobt. Ausgangspunkt ist die biotechnische Produktion der Proteine, aus denen sich die Seidenfäden zusammensetzen. In einem ersten Schritt wird die innere Struktur der Proteine untersucht und mit Computeranalysen ausgewertet. Die so gewonnenen Informationen werden anschließend in genetische Informationen übersetzt; d.h. es wird ermittelt, wie die Gene beschaffen sind, die im Organismus der Spinne die Herstellung der Proteine steuern. Diese Gene der Spinne werden anschließend künstlich hergestellt und in lebende Organismen eingepflanzt. Als derartige Wirtsorganismen eignen sich insbesondere Bakterien des Darmbakteriums E.coli, die sich mit herkömmlichen Fermentationsprozessen in großen Mengen vermehren lassen.

Die Spinnengene können allerdings nicht unverändert in die Bakterien "eingeschleust" werden. Denn Spinnen sind hochentwickelte Gliedertiere, Bakterien sind hingegen primitive Mikroorganismen und können mit den für Spinnen charakteristischen Formen der Proteinproduktion nicht umgehen. Den Bayreuther Forschern ist es dennoch gelungen, die für die Produktion von Seidenproteinen zuständigen Gene der Spinne so zu modifizieren, dass sie sich in die Erbinformation der Bakterien einbauen lassen. Die auf diese Weise gentechnisch veränderten Bakterien stellen dann in Fermentern die gewünschten Seidenproteine her. Die Proteine werden anschließend aus den Zellen der Bakterien isoliert sowie von Zelltrümmern und bakteriellen Proteinen gereinigt. Nach einer Gefriertrocknung liegen sie als Pulver vor. In der Forschung hat sich für Proteine, die in fremden, gentechnisch veränderten Organismen erzeugt werden, der Fachbegriff "rekombinante Proteine" etabliert.

Von der Textilindustrie bis zur Medizintechnik: Neue industrielle Anwendungen

Die in Pulverform vorliegenden Seidenproteine sind das Ausgangsmaterial für industrielle Anwendungen, die derzeit intensiv erforscht werden. Mit Elektrospinnverfahren lassen sich die Seidenproteine in fadenförmige Makromoleküle - sogenannte Fibrillen - überführen, die ihrerseits zu Vliesstoffen weiterverarbeitet werden können. Diese Vliesstoffe kommen beispielsweise in Anlagen zur Staubfilterung und Luftreinhaltung zur Anwendung. Des Weiteren können durch Gieß- oder Sprühverfahren extrem dünne und zugleich kristallklare Folien hergestellt werden, die sehr widerstandsfähig sind; im Vergleich mit herkömmlichen Folien aus Kunststoff zeichnen sie sich durch eine wesentlich bessere Luft- und Wasserdurchlässigkeit aus. Zudem lassen sich die Seidenproteine auch zu extrem dünnen Filmen weiterverarbeiten, die als Oberflächenbeschichtungen oder als Verpackungsmaterial zum Einsatz kommen. Für die pharmazeutische Industrie wiederum sind Kapseln aus Seidenproteinen interessant, in denen medizinische Wirkstoffe eingeschlossen werden können. Eine vielversprechende Anwendung zeichnet sich derzeit in der Medizintechnik ab: Wenn im peripheren Nervensystem ein Nervenstrang beschädigt ist, können spezielle Fasern aus Spinnenseidenproteinen die Regeneration des Nervengewebes wirksam unterstützen.

Kontaktadressen für weitere Informationen:

Lehrstuhl für Biomaterialien
Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften
Universität Bayreuth
Professor Dr. Thomas Scheibel (Leitung)
Telefon: +49 (0)921 / 55-7360 und 55-7361
E-Mail: thomas.scheibel@bm.uni-bayreuth.de
Akad. Rat Dr. Hendrik Bargel (Wiss. Mitarbeiter)
Telefon: +49 (0)921 / 55-7347
E-Mail: hendrik.bargel@bm.uni-bayreuth.de

Christian Wißler | idw
Weitere Informationen:
http://www.fiberlab.de
http://expedition-zukunft.org

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Mikroplastik in Meeren: Hochschule Niederrhein forscht an biologisch abbaubarer Sport-Kleidung
18.09.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie
13.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie