Faszination Technik Künstliche Spinnenseide als Super-Fasern für Textilien

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: künstliche Spinnenseide als Alternative zu herkömmlichen Kunstfasern.

Forschenden der Washington University in St. Louis (Missouri, USA) haben künstliche Spinnenseide mithilfe eines klebrigen Muschelfuß-Proteins in größerer Menge entwickelt. Diese Entdeckung könnte in ferner Zukunft für die Textilindustrie und andere Bereiche von großem Interesse sein und eine Alternative zu herkömmlichen Kunstfasern darstellen.

Spinnenseide zeichnet sich durch seine außergewöhnliche Festigkeit und Elastizität aus. Im Verhältnis zum Gewicht ist sie sogar fünfmal belastbarer als Stahl und dabei wesentlich flexibler. Diese Eigenschaften machen sie zu einem attraktiven Werkstoff für zahlreiche Anwendungen, wie zum Beispiel in der Medizin für Wundverbände oder Nähte. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die wertvolle Seide in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Doch lassen sich Spinnen im Gegensatz zu Seidenraupen nicht in Massen halten.

Ein Team von Forschenden der Washington University in St. Louis nahm die Herausforderung an und schaffte es 2018, künstliche Spinnenseide im Labor zu erzeugen. Dazu integrierten die Wissenschaftler den genetischen Bauplan der Seidenproteine in Bakterien, die dann das Grundmaterial für die Fasern produzierten. Ein Problem blieb jedoch bestehen: die geringe Menge des gewonnenen Materials. Dies lag an der begrenzten Fähigkeit der Bakterien, sehr langkettige Proteine herzustellen, auf denen die herausragenden Eigenschaften der natürlichen Spinnenseide basieren.

Klebriges Muschelprotein verhilft zum Durchbruch

Mittlerweile hat das Team auch diese Herausforderung erfolgreich gemeistert. Ihre Idee war, dass die Bakterien kleinere Seidenprotein-Stücke produzieren, die sich anschließend verketten. Ein klebriges Protein aus Muscheln, bekannt für seine Haftfähigkeit unter Wasser, erwies sich dabei als Game-Changer. Dieses Protein konnte das Team bereits zuvor ebenfalls mithilfe genetisch modifizierter Bakterien im Labor herstellen. Dabei hatte es festgestellt, dass die Muschelfuß-Proteine untereinander eine starke Bindungskraft aufweisen – eine Eigenschaft, die sie für das Spinnenseidenprojekt nutzten. Indem die Teammitglieder jeweils ein Muschelfuß-Protein-Stück an die Enden einer verkürzten Spinnenseidenprotein-Sequenz setzten, verketteten sich die kürzeren Fusionsproteine miteinander. So entstand der Grundstoff, um die neuartigen Spinnenseiden-Fasern herzustellen.

Beeindruckend: Aus einem Liter Bakterienkultur konnten acht Gramm Fasermaterial gewonnen werden – eine größere Ausbeute als zuvor. Zudem konnten die Forschenden in Tests eine verbesserte Leistungsfähigkeit der sogenannten btMSilk-Fasern nachweisen.

In Zukunft Fasermaterialien wie Nylon oder Polyester ersetzen

Die Super-Faser zeigt eindrucksvoll, wie die Natur als Inspirationsquelle für innovative Materialien dienen kann. Sollte es zukünftig gelingen, die synthetische Spinnenseide in industriell nutzbaren Mengen zu produzieren, könnte sie einen wichtigen Beitrag zur Herstellung leistungsstarker biobasierter Materialien – beispielsweise für die Textilindustrie – leisten und Fasermaterialien wie Nylon oder Polyester ersetzen.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal konstruktionspraxis erschienen.

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