Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stärker als Stahl - Forscher spinnen ultrafeste Zellulosefäden bei DESYs Röntgenquelle PETRA III

02.06.2014

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY erfolgreich ein neues Verfahren zur Produktion extrem starker Zellulosefäden getestet. Die innovative Methode flechtet ultrafestes Garn aus nanometerkleinen Zellulose-Fasern, indem diese alle parallel ausgerichtet werden. Die Wissenschaftler präsentieren die Prozedur im Fachjournal "Nature Communications".

Zellulose ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand und formt dort winzigen Fädchen, die sogenannten Fibrillen. "Gemessen am Gewicht sind unsere Fäden stärker als Stahl und Aluminium", erläutert Hauptautor Prof. Fredrik Lundell vom Wallenberg-Holzwissenschaftszentrum an der Königlichen Technischen Hochschule KTH in Stockholm.


Künstlerische Darstellung der Zellulosefaden-Produktion: Die Nanofibrillen werden duch seitliche Wasserstrahlen beschleunigt, richten sich dadurch parallel aus und verhaken sich zu einem festen Faden

Illustration: DESY/Eberhard Reimann

"Die echte Herausforderung ist allerdings, daraus Biomaterialien mit hoher Steifigkeit zu machen, die beispielsweise für Rotorblätter von Windkrafträdern benutzt werden könnten. Mit weiteren Verbesserungen, insbesondere bei der Ausrichtung der Fibrillen, wird dies möglich werden."

Für ihr Verfahren spülen die Forscher die winzigen Zellulose-Fibrillen mit Wasser durch einen schmalen Kanal. Zwei zusätzliche Wasserstrahlen, die von beiden Seiten in den Kanal münden, beschleunigen den Fluss der Fibrillen.

"Durch die Beschleunigung mit diesen Jets richten sich alle Nanofibrillen mehr oder weniger parallel zur Flussrichtung aus", erläutert Ko-Autor Dr. Stephan Roth, Leiter der Experimentierstation P03 an DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III, an der die Versuche stattfanden. "Außerdem spülen die Jets Salze in den Fluss. Diese Salze sorgen dafür, dass die Fibrillen sich aneinanderheften und legen damit bereits die Struktur des künftigen Fadens fest."

Anschließend werden die noch feuchten Fasern an der Luft getrocknet, wodurch sie zu einem kräftigen Faden zusammenschrumpfen. "Das Trocknen dauert nur ein paar Minuten an der Luft", erklärt Ko-Autor Dr. Daniel Söderberg von der KTH. "Das fertige Material ist vollständig biokompatibel, da die natürliche Struktur der Zellulose in den Fibrillen erhalten bleibt. Es ist daher biologisch abbaubar und sogar verträglich mit menschlichem Gewebe."

Das helle Röntgenlicht von PETRA III erlaubte den Forschern, den Produktionsprozess im Detail zu verfolgen und die Konfiguration der Nanofibrillen an verschiedenen Stellen im Fluss zu überprüfen. "Forschung wird heutzutage von interdisziplinärer Zusammenarbeit angetrieben", betont Söderberg. "Ohne die große Kompetenz und die Möglichkeiten, die das Team von DESYs Messstation P03 in das Projekt eingebracht hat, wäre dies nicht gelungen."

Wie die Forscher berichten, ist ihr Garn stärker als alle anderen bisher präsentierten künstlichen Fäden aus Zellulose-Nanofibrillen. Sie können sogar mit den stärksten natürlichen Zellstofffäden mithalten, die man bisher aus Holz extrahiert hat, und besitzen eine gleichhohe Parallelausrichtung der Nanofibrillen. "Wir können im Prinzip sehr lange Fäden flechten", betont Lundell. "Bis jetzt sind unsere längsten Probestücke ungefähr zehn Zentimeter lang, aber das ist mehr eine technische Frage und kein grundsätzliches Problem."

Die im Experiment eingesetzten Nanofibrillen stammten aus frischem Holz. "Im Prinzip sollte es auch möglich sein, Fibrillen zum Beispiel aus Altpapier zu extrahieren", sagt Lundell. "Das Potenzial von Recyclingmaterial für diese Technik muss allerdings erst genauer untersucht werden."

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist das führende deutsche Beschleunigerzentrum und eines der führenden weltweit. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und wird zu 90 Prozent vom BMBF und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert. An seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen bei Berlin entwickelt, baut und betreibt DESY große Teilchenbeschleuniger und erforscht damit die Struktur der Materie. Die Kombination von Forschung mit Photonen und Teilchenphysik bei DESY ist einmalig in Europa.

Originalveröffentlichung
“Hydrodynamic alignment and assembly of nano-fibrils resulting in strong cellulose filaments”; Karl M. O. Håkansson, Andreas B. Fall, Fredrik Lundell, Shun Yu, Christina Krywka, Stephan V. Roth, Gonzalo Santoro, Mathias Kvick, Lisa Prahl Wittberg, Lars Wågberg & L. Daniel Söderberg; "Nature Communications", 2014; DOI: 10.1038/ncomms5018

Wissenschaftliche Ansprechpartner
Prof. Fredrik Lundell; Wallenberg Wood Science Center, KTH Mechanics, Stockholm; +46 708 35 64 45; fredrik@mech.kth.se
Dr. Stephan Roth; DESY Photon Science; +49 40 8998-2934; stephan.roth@desy.de

Dr. Thomas Zoufal | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.desy.de/

Weitere Berichte zu: DESY Elektronen-Synchrotron Fibrillen Fluss Forschung Fäden Holz Kanal Luft Nanofibrillen PETRA Röntgenquelle Salze Stahl Zellulose

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise