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Spinnenseide Laser entlockt Spinnenseide strukturelle Geheimnisse

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Spinnenseide ist für Materialwissenschaftler ein „Wundermaterial“ und daher Objekt zahlreicher Forschungsanstrengungen. Ein internationales Wissenschaftler-Team hat jetzt die Struktur der Spinnenseide mit Lasern untersucht.

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Zart und zäh zugleich: Spinnenseide. Raffinierte Hierarchie und Ordnung auf verschiedensten Längenskalen.
Zart und zäh zugleich: Spinnenseide. Raffinierte Hierarchie und Ordnung auf verschiedensten Längenskalen.
(Bild: Markus Anton und Periklis Papadopoulos/Universität Leipzig und Max-Planck-Institut für Polymerforschung)

Leipzig – Physiker der Universität Leipzig haben gemeinsam mit ausländischen Partnern bei Experimenten mit Laserstrahlen völlig neue Erkenntnisse über die Beschaffenheit von Spinnenseide gewonnen. Sie fanden heraus, dass die Schallausbreitung innerhalb der Verzweigungen Anomalien aufweist, die beispielsweise die Ausbreitung mechanischer Schwingungen für bestimmte Frequenzen blockiert. Dies wird dem hierarchischen Aufbau von Spinnenseide zugeschrieben, das heißt den raffinierten Verflechtungen in ganz unterschiedlichen Größenordnungen.

Spinnenseide mit höchster Zähigkeit aller Materialien

„Die Seide aus den Netzwerken von Spinnen zeichnet sich durch außerordentliche mechanische Eigenschaften aus. Sie hat die höchste Zähigkeit aller natürlichen und künstlichen Materialien, die es gibt. Sie ist damit schon lange im Zentrum weltweiter Forschungsaktivitäten“, erklärt Prof. Dr. Friedrich Kremer vom Institut für Experimentelle Physik I der Universität Leipzig, der sich seit mehr als zehn Jahren mit diesem Thema beschäftigt. Im konkreten Fall haben die Wissenschaftler die Spinnenseide durch starke Laserstrahlen in Schwingungen versetzt. Das Licht wurde reflektiert. „Daraus ist die Geschwindigkeit ablesbar, mit der sich der Schall in der Spinnenseide ausbreitet“, sagt Kremer. Die Anomalien, die dabei festgestellt wurden, wiesen sonst nur ganz speziell aufgebaute, künstliche hergestellte „Metamaterialien“ auf. Erstmals ist es nun den Forschern in Zusammenarbeit mit Partnern aus Griechenland, den USA und Singapur gelungen, diese in einem natürlichen Material nachzuweisen.

Stützgewebe bei Operationen oder Material für kugelsichere Westen

Spinnenseide könnte künftig aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften in vielen Bereichen Anwendung finden. So könne sie bei schweren Verbrennungen als leichtes und dennoch stabiles Stützgewebe eingesetzt werden, das Wundflüssigkeit abfließen lässt. Auch als Fäden bei Operationen sei das biologisch abbaubare Material denkbar. Ebenso könnten kugelsichere Westen mit der robusten Spinnenseide hergestellt werden und seien dann wesentlich leichter als die heutigen Modelle. „Das ist ein riesiges Potenzial“, betont Kremer. Je mehr über die Struktur und die Eigenschaften von Spinnenseide bekannt ist, desto schneller könnten diese Anwendungen in die Praxis umgesetzt werden.

Originalpublikation: Dirk Schneider, Nikolaos Gomopoulos, Cheong Y. Koh, Periklis Papadopoulos, Friedrich Kremer, Edwin L. Thomas & George Fytas, Nonlinear control of high-frequency phonons in spider silk in Nature Materials, doi: 10.1038/nmat4697

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