Spinnenseide plus Kieselsäure: Neues Nanokomposit liefert zähe Flexibilität und harte Struktur

Die flexible Stärke von Spinnenseide konnte ein amerikanisch-britisches Forscherteam elegant mit der harten Struktur und Stabilität von Kieselalgen in einem neuen Werkstoff vereinen

Medford (USA)/Nottingham (Großbritannien) - Möglich wurde dieser Schritt durch das Verschmelzen der Baupläne zweier Proteine. Das so konstruierte Eiweiß war danach in der Lage, den neuen Werkstoff mit den vielversprechenden Eigenschaften von Spinnenfäden und Kieselalgen aufzubauen. In Form nur Nanometer großer Partikel eignet es sich das neue Material für Anwendungen in der Medizin ebenso wie in der Industrie. Nach Meinung der Forscher könnte mit dem neuen Eiweiß sogar Knochengewebe gezüchtet werden.

"Dies ist eine neue Gentechnik-Strategie, die zwei der bemerkenswertesten Materialien der Natur kombiniert -- Spinnenseide und die glasartigen Skelette von Kieselalgen, die normalerweise nicht zusammen zu finden sind", erklärt David L. Kaplan, Professor und Direktor des Bioengineering and Biotechnology Center der Tufts University. Sein Team von Bioingenieuren arbeitet bereits seit langen Jahren mit Spinnenseide und ihrer Anwendung für die Medizin. In Zusammenarbeit mit Kollegen der britischen Nottingham Trent University und dem Air Force Research Laboratory designten und klonierten sie die Gene, die einerseits für den Aufbau der Seide von Spinnen und Seidenraupen und andererseits für die Bildung der harten Skelettstrukturen von Kieselalgen verantwortlich zeichnen. Das so codierte neue Eiweiß trug nun die Eigenschaften beider Ausgangsproteine in sich und konnte bei Raumtemperatur das neue Nanokomposit aufbauen.

Neu an dem Material ist auch seine geringe Größe: Während andere Verfahren Bio-Kieselsäure-Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 10 Nanometern (milliardstel Metern) produzieren, sind die neuen Partikel zwischen 0,5 und 2 Nanometer groß. Sie sind in Größe und Form einheitlicher, wodurch sie besser zu verarbeiten sind -- für die Forscher ein großer Vorteil bei der Herstellung von Materialien für Biomedizin, Chemie oder Ingenieurwesen -- wann immer strukturelle Stärke und Flexibilität gefordert sind.