Forscher bauen Drüse der Seidenspinne nach
Mikrofluidisches System produziert laut Team des Forschungszentrums Riken perfekte Fasern
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Dieser Kasten produziert nahezu perfekte Seidenfäden im Labor (Foto: riken.jp/en) |
Wakō (pte001/24.01.2024/06:00)
Ein technisches Gerät von Experten des Forschungszentrums Riken produziert Fäden aus Spinnenseide. Diese haben ähnliche Eigenschaften wie die Fasern, die Seidenspinnen ausstoßen. Sie sind im Verhältnis zu Dicke und Gewicht extrem flexibel und belastbar. Darüber hinaus ist Spinnenseide biokompatibel, kann also in der Humanmedizin eingesetzt werden, ohne dass Abstoßungsreaktionen zu befürchten sind. Sie ist beispielsweise als Nahtmaterial in der Chirurgie und als zeitweise Verstärkung für Bänder einsetzbar.
Kanälchene manipuliert
Bei den Mengen, die benötigt werden, ist die natürliche Produktion überfordert, und bisher ist es nicht gelungen, sie technisch in gleicher Qualität herzustellen wie sie in der Natur vorkommt. Forscher um Keiji Numata bauen nicht einfach die komplexe Struktur nach, sondern kopierten den natürlichen Prozess.
"Wir ahmen die natürliche Spinnenseidenproduktion mithilfe von Mikrofluidik nach, bei der winzige Flüssigkeitsmengen durch enge Kanäle fließen und manipuliert werden. Man könnte sagen, dass die Drüse der Seidenspinne wie ein natürliches mikrofluidisches Gerät funktioniert", sagt Numata.
Transport mit Unterdruck
Die künstliche Drüse ist ein rechteckiger Kasten, in dem sich winzige Kanäle befinden. Die Vorläuferflüssigkeit, in der sich alle Proteine befinden, die in Seidenfäden vorkommen, wird am Anfang der Kanäle platziert und mittels Unterdruck zum Ausgang gesaugt. Unterwegs wird sie durch das spezielle Design der Kanäle physikalisch und chemisch verändert. Unter den richtigen Bedingungen fügen sich die Proteine dabei selbst zu Seidenfäden mit ihrer charakteristischen komplexen Struktur zusammen.
In ihren Experimenten haben die Forscher herausgefunden, dass die Beförderung der Flüssigkeit durch Druck nicht zur gewünschten Struktur führt. Erst sanfter Unterdruck, der weniger Kraft ausübt, führte zum Erfolg. Zudem musste das Team das Design der mikrofluidischen Kanäle immer wieder modifizieren, um den Strukturaufbau hinzubekommen. "Die Fasern bauten sich spontan auf, als wir die richtigen Bedingungen geschaffen hatten. Der Prozess ist im höchsten Maße reproduzierbar", meint Riken-Forscher Ali Malay.
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