Spinnen bauen damit ihre Netze und Seidenraupen und Co. ihre Kokons: Bei den Seidenfäden der Natur handelt es sich um ausgefeilte Spitzenprodukte der Evolution. Sie bestechen vor allem durch ihre erstaunlichen Merkmalskombinationen: Die komplexen Proteinfasern sind enorm fest und zäh, aber dennoch leicht und flexibel. Schon lange macht sich der Mensch das Material bekanntlich in Form von Seiden-Textilien zunutze. Doch seit einiger Zeit arbeitet die Forschungauch daran, Seiden-Substanzen für eine Reihe von weiteren Anwendungen nutzbar zu machen. Damit beschäftigt sich auch die Forschenden des „Silklabs“ an der Tufts University in Massachusetts. Sie entwickeln innovative Konzepte und Materialien unter Verwendung von Seiden-Proteinen, die in der Technik oder Medizin eingesetzt werden könnten.
Fantasy statt Biologie als Vorbild
Oft dienen ihnen dabei die natürlichen Vorbilder als Inspiration, denn Spinne, Raupe und Co. haben viele interessante Seiden-Formen und Anwendungskonzepte hervorgebracht. Doch statt der Biologie wurde nun die Kreativität von Fantasy-Autoren zur Inspiration der neuesten Entwicklung im Silklab: Die Forschenden um Marco Lo Presti fragten sich, inwieweit es möglich wäre, eine Fähigkeit von Spider-Man nachzubilden. In Comics und Filmen, feuert dieser Held klebrige Seidenfäden aus seinen Handgelenken auf Oberflächen, Objekte oder Feinde, um sie zu ergreifen. „Spinnen können ihre Netze nicht auf diese Weise abschießen. Es handelt sich also im aktuellen Fall um kein Konzept mit einem natürlichen Vorbild, sondern um ein von Superhelden inspiriertes Verfahren“, sagt Presti.
Die Grundlage der Entwicklung bildeten Lösungen der Seiden-Substanz Fibroin, die das Team durch Laborverfahren aus den Kokons von Seidenraupen gewinnt. Wie Presti berichtet, stand am Anfang des Spider-Man-Projekts eine zufällige Beobachtung. „Ich arbeitete an einem Projekt zur Herstellung von Klebstoffen aus Seidenfibroin und als ich meine Glasgeräte mit Aceton reinigte, bemerkte ich, dass sich auf dem Boden des Glases ein netzartiges Material bildete“, sagt der Wissenschaftler. Wie sich zeigte, bilden Fibroin-Lösungen im Verlauf einiger Stunden Hydrogel-Strukturen aus, wenn sie dem Lösungsmittel Aceton ausgesetzt sind.
Bei dem Superhelden bilden sich allerdings sofort nach dem Abschuss der Substanz stabile Strukturen aus. Deshalb suchte das Team nach einem Zusatz, der den Faser-Bildungsprozess der Fibroin-Lösung beschleunigen kann. Zum Erfolg führte dabei die Beimischung von Dopamin, das bereits bei der Herstellung biogener Klebstoffe verwendet wird. Es entzieht der Fibroin-Lösung schlagartig das Wasser und sorgt zudem für Haftkraft, erklären die Forschenden. Wie sich zeigte, führt diese Zutat tatsächlich zu einer fast augenblicklichen Verfestigung der Substanz, wenn sie Aceton ausgesetzt wird.
