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Forscher entschlüsseln Kalziumcarbonat-Material Mit Muschelprotein zu ganz neuen Materialstrukturen

| Redakteur: Dominik Stephan

Schön und beständig: Was die Natur mit Perlmutt vormacht, ist nun auch Forschern aus Deutschland und Israel geglückt. Ein einzelnes Protein reicht aus, die Materialeigenschaften von Kalziumcarbonat zu verändern. Jetzt erwarten die Experten ganz neue Möglichkeiten für die "weiße Biotechnologie".

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Perlucin weist charakteristische Proteinstränge auf, hier in einem BallView-Modell als bunte Schlaufen dargestellt. Sie könnten für die beobachteten Veränderungen der Kalizumcarbonat-Kristallstruktur verantwortlich gemacht werden.
Perlucin weist charakteristische Proteinstränge auf, hier in einem BallView-Modell als bunte Schlaufen dargestellt. Sie könnten für die beobachteten Veränderungen der Kalizumcarbonat-Kristallstruktur verantwortlich gemacht werden.
(Bild: INM )

Saarbrücken; Haifa/Israel – Perlmutt ist nicht nur als Schmuck und Dekoration schön anzusehen. Das Material zeichnet sich durch einen filigranen Schichtaufbau mit hoher Festigkeit und Härte aus. Auch die biologisch erzeugten Kristalle in diesen Materialien haben besondere Eigenschaften. Deshalb arbeitet auch die Industrie daran, solche Materialien nach biologischem Vorbild herzustellen.

Was die Natur in Jahrmillionen mit vielen Einflussfaktoren aus Kalziumcarbonat, Proteinen, Chitin und Kollagen hervorbringt, ist in ähnlicher Art Wissenschaftlern aus Saarbrücken und Haifa nun auf sehr einfachem Wege gelungen: Sie konnten zeigen, dass eine einzige Proteinart genügt, um gezielt Einfluss auf den Aufbau von Kristall-Strukturen zu nehmen. Damit eröffnen sich vereinfachte Wege für die biotechnologische Herstellung von kristallinen Materialien mit neuartigen Funktionen. Die Forschungsergebnisse wurden als Cover Publikation im Journal Chemistry of Materials veröffentlicht.

Ein einzelnes Protein verändert alles

Im Perlmutt wechseln sich anorganische Kalziumcarbonat-Schichtgitter mit organischen Bestandteilen ab: Chitin, Kollagen und verschiedene Proteine sorgen dafür, dass das Kalziumcarbonat zu diesen definierten Schichten wächst. Die Rolle der Proteine beim Wachstum war bisher nicht geklärt. Man ging davon aus, dass mehrere Proteine gemeinsam sowohl die Struktur des Kalziumcarbonat-Gitters steuern als auch selbst am Aufbau der Perlmutt-Schichten beteiligt sind.

Wie Ingrid Weiss vom INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken und ihr Kollege Boaz Pokroy vom Technion Israel Institute of Technology zeigen konnten, genügt jedoch schon eine einzige Proteinart, um das Kristallgitter von Kalziumcarbonat zu verändern.

Ganz neue Möglichkeiten für die Biotechnologie

„Diese Erkenntnis vereinfacht und erweitert die Möglichkeiten der weißen Biotechnologie“, sagt Weiss, Leiterin des Programmbereichs Biomineralisation am INM. „Bisher krankt die weiße Biotechnologie an der Vorstellung, die Mineralisation nach biologischem Vorbild sei nicht nachzustellen.

Denn man geht davon aus, dass nur die Kombination aus mehreren Proteinen und vielen unübersichtlichen Faktoren die Biomineralisation ermöglichen“, erklärt Weiss. Wenn die Verfahren der Natur zu kompliziert erscheinen, würden sie in der industriellen Entwicklung nicht weiter verfolgt.

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