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Vorbild Spinne: Wissenschaftler entwickeln innovatives flüssig-festes Material

Im Rahmen eines EU-finanzierten Projekts haben Forscher den Seidenfaden eines Spinnennetzes erfolgreich repliziert und herausgefunden, warum dieser niemals seine Spannung verliert.
Vorbild Spinne: Wissenschaftler entwickeln innovatives flüssig-festes Material
Wenn Sie sich einmal ein Spinnennetz genauer ansehen, werden Sie feststellen, dass es niemals seine Form verliert. Selbst nachdem sich ein Insekt im Netz verfangen hat, behält das Radnetz seine Spannung bei, indem es schlaffe Fadenteile einfach aufwickelt. Dieses Phänomen fasziniert Forscher seit Jahrzehnten. Die geringen und unglaublich beeindruckenden physikalischen Kräfte, die in einem Spinnennetz wirken, haben bisher Rätsel aufgegeben. Doch nun sind einige Forscher dabei, dieses Geheimnis zu lüften.

Fritz Vollrath, Koordinator des EU-finanzierten SABIP-Projekts (Silks as Biomimetic Ideals for Polymers) hat herausgefunden, dass ein Spinnennetz nicht nur aus Spinnenseide besteht, sondern dass die einzelnen Seidenfäden auch mit mikroskopisch kleinen Klebetröpfchen besetzt sind. Diese Tröpfchen werden in dieser Form nicht von der Spinne selbst gebildet. Die Spinne ummantelt den Faden mit einer dünnen Schicht klebrigen Materials, das dann Wasser aus seiner Umgebung absorbiert. Dadurch quillt der Klebstoff auf, wird instabil und bildet kleine Tröpfchen, so Vollrath.

Diese Tröpfchen dienen zwar primär dem Beutefang, doch sie können auch Fadenteile aufnehmen und so den Erhalt der Spannung des Netzes gewährleisten. Ein winziger Tropfen, der ein Zehntelmillimeter klein ist, kann tatsächlich mehr als 20 cm Faden aufnehmen, indem er diesen ganz eng komprimiert. Dieser Faden kann dann viele Male ab- und wieder aufgewickelt werden.

Da sich diese Kombination aus Seidenfaden und Klebetröpfchen bemerkenswerterweise sowohl wie eine Flüssigkeit als auch wie feste Materie verhält, gaben ihr das SABIP-Team aus Oxford und seine Partner von der Pariser Universität Pierre und Marie Curie den Namen „Flüssigfaden“. „Wenn der Faden eines Spinnennetzes gedehnt wird, verhält er sich aufgrund seiner molekularen Nanofedern wie eine elastische feste Materie. Wird er jedoch komprimiert, so ändert er sein Verhalten in das einer Flüssigkeit und komprimiert sich bei gleichbleibender Spannung immer weiter“, so Vollrath.

„Hierbei handelt es sich tatsächlich um eine ganz neue Materialart. Ein komplexer Verbundstoff aus Seide, den wir Menschen nie für möglich gehalten hätten“, fügt Herve Elettro hinzu, einer der leitenden Forscher im Pariser Team, der sich in seiner Doktorarbeit primär mit diesem Thema befasste.

Nachdem Sie dieses einzigartige Verhalten entschlüsselt hatten, entwickelten die Forscher auf Basis eines Nylonfadens und einer Zuckerlösung eine synthetische Seide, die dieselben Eigenschaften aufwies wie die Spinnenseide. Darüber hinaus kann diese synthetische Seide bei Umgebungstemperatur und ohne aggressive Chemikalien hergestellt werden und zudem einfach recycelt werden.

„Aktuell sind wir dabei zu ermitteln, wozu dieses Material verwendet werden könnte. Es stellt sich die Frage, wie wir ein hochwertigeres Produkt erhalten könnten und ob unser Material in ein anderes integriert werden müsste. Dies ist eine völlig neue Technologie und wir befinden uns gerade erst in der Phase, in der wir die verschiedenen potenziellen Anwendungsbereiche betrachten, in denen solch geringe Kräfte von Nutzen wären“, führt Vollrath weiter aus.

Innerhalb des Pariser Teams befasst sich derzeit ein zweiter Doktorand mit neuen Konzepten für Geräte, die diese Entwicklung nutzen könnten. Finanziert wird seine Forschungsarbeit primär von der französischen Forschungsförderung.

„Die finanzielle Unterstützung seitens der EU sowie die von der EU geförderte Zusammenarbeit französischer und angelsächsischer Akademiker haben diese fantastische Entdeckung und die Entwicklung unseres synthetischen Flüssigfadens erst möglich gemacht“, erläutert Vollrath.

Weitere Informationen finden Sie auf:
CORDIS Projektwebsite
Website der Oxford Silk Group

Quelle: Gestützt auf ein Interview mit dem Projektkoordinator

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