Seidentechnologie bald nicht mehr nur für Textilien

Seit Jahrhunderten wird Seide für ihre Beständigkeit und ihre edlen Eigenschaften gepriesen. Trotzdem kam die Faser – die hauptsächlich aus dem Kokon der Seidenraupe, Bombyx mori, gewonnen wird – fast nur für Fäden und Textilien zum Einsatz. Jetzt haben Wissenschaftler herausgefunden, dass aus Seidenkokons ein reines Protein für  eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten gewonnen werden kann.

Zum Beispiel haben Forscher eine Karte mit beugender Optik entwickelt, die vollständig aus Seide besteht. Dafür wird eine Seidenlösung auf eine im Nano-Bereich strukturierte Oberfläche gegeben, auf der sie trocknet, auskristallisiert und somit selbst diese Struktur annimmt. Das Ergebnis ist eine optische Komponente, die so flexibel ist, dass man sie zusammenrollen kann.

Noch unglaublicher ist, dass diese lichtdurchlässige Membran unbedenklich verzehrt werden kann. Forscher sagen, dass diese auf Seide basierenden Sensoren – bekannt als „essbare Optik“ – bald im Nahrungsmittelbereich angewandt werden könnten, um Konsumenten vor einer möglichen bakteriellen Kontaminierung zu warnen.

Seide als High Tech

„Seidenbasierte Materialien haben sich innerhalb der letzten zehn Jahre von einer Ware der Textilindustrie zum Grundprodukt für einen wachsenden Bereich von Anwendungen, zum Teil in der High Technologie, entwickelt.

In ihrer letzten Publikation erklären Kaplan und Omenetto, dass die Entwicklung von Hydrogelen, Membranen, Fasern und Schwämmen den Weg für den Fortschritt in der Photonik, der Optik, der Nanotechnologie, der Elektronik sowie bei der Konzeption von Klebstoffen und Mikrofluiden und sogar von seidenen Knochen und Sehnen bahnen.

Ihre frühesten Wurzeln hat die Seide im alten China, wo sie ausschließlich den Herrschern vorbehalten war. Textilien aus Seide waren nicht nur luxuriös, sondern auch sehr beständig. Heutige Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Kombination der gesponnenen Fäden und der von Seidenwürmern hergestellten Fasern sowohl Stärke als auch Ausdauer in sich vereinen – Eigenschaften, mit denen synthetische Materialien einfach nicht mithalten können.

Aber nicht nur wegen ihrer Stärke und Beständigkeit ist Seide so gefragt, sondern weil Seidenfasern nicht auf komplexen oder toxischen Chemikalien basieren. Ihre Bestandteile sind biologisch und umweltfreundlich. Auf Seide basierende Technologien können sogar in lebende Systeme integriert werden.

Essbare Optik

Kaplan und Omenetto glauben, dass dieses Material bald zu abbaubaren und flexiblen elektronischen Displays für Sensoren verarbeitet wird, die sowohl biologisch und umweltverträglich sind als auch in implantierbaren optischen Systemen für die Diagnose und Behandlung zum Einsatz kommen könnten.

Der Fortschritt bei essbaren Optiken und implantierbaren Elektroniken wurde bereits mehrfach durch Kaplan und Omenetto von der John Rogers Universität in Illinois demonstriert, unter anderem bei der Urbana-Kampagne.

Bei der Auflösung des Mysteriums, wie diese einfachen Eiweiß-Fasern produziert werden können, stellen die Forscher fest, dass bei der Entwicklung der Seidenstränge sowohl Chemie als auch Molekularbiologie und Biophysik eine Rolle spielen.

Allerdings gestehen Kaplan und Omenetto ein, dass sie sich noch immer bemühen, im Labor natürliche Seide zu kopieren und Seidenproteinsequenzen durch Gentechnologie nachzuahmen, um die Materialproduktion anzukurbeln. Außerdem wird daran geforscht, wie Seide als Modell-Polymer genutzt werden kann, um neue Polymer-Designs, die dem grünen Chemismus der natürlichen Seide nahekommen, zu synthetisieren.

Unterdessen entwickeln Forscher im Labor Techniken zur Wiederaufbereitung natürlicher Seidenproteine. Seide wurde auch geklont und von verschiedenen Wirten wie Escherichia coli-Bakterien, Pilzen, Pflanzen, Säugetieren und transgenetischen Seidenraupen durch genetische Biosynthese erzeugt.

„Aufgrund der raschen aktuellen Entwicklung bei Seidenmaterialien erwarten wir mit der Beantwortung der letzten Fragen der Forscher eine vermehrte Verwendung von Seide für eine breite Palette von Anwendungen“, bemerkten Omenetto und Kaplan in einem Bericht.

Originalartikel auf Englisch: Discovery in Silk Technology Offers Solutions for Medicine and Electronics