Biopolymere
Biopolymere als Ausgangsstoff für innovative Materialien
In der Natur gibt es viele Materialien, die durch ihre in Jahrmillionen optimierten
Eigenschaften die Einsatzmöglichkeiten von künstlich hergestellten Produkten weit
übertreffen. Aus diesem Grund hat sich in den letzten Jahren eine immer größer werdende
Zahl von Wissenschaftlern aber auch von Firmen mit diesen Bio-Materialien beschäftigt.
Eine der Bio-Materialklassen stellen Biopolymere dar, zu denen u. a. Proteine zählen. Eine
besondere Klasse von Proteinen sind sogenannte Strukturproteine. Diese dienen meist als
Gerüststoffe in Geweben oder Zellen von Lebewesen. Ihre Aufgabe ist dabei nur selten auch
katalytischer Natur, sie wirken also in der Regel nicht als Enzyme. Die Proteine zeichnen
sich durch eine langgestreckte Form aus, die es erlaubt, die Proteine zu makroskopischen
Fasern zusammenzulagern. Beispiele für Strukturproteine sind Keratin (Haare), Aktin
(Muskeln) oder Kollagen (Haut). Neben diesen weit verbreiteten Strukturproteinen, die für
Aufbau und Funktion von Zellen oder Geweben von Organismen notwendig sind, gibt es
auch solche, die spezielle Aufgaben erfüllen. Hierzu zählt beispielsweise die von Insekten
oder Spinnen produzierte Seide.
Die von Spinnen in der freien Natur produzierten Fasern und Netze sind einzigartig in
Stabilität und Dehnbarkeit. Spinnenseiden haben mit wenigen Mikrometern nur den Bruchteil
des Durchmessers eines menschlichen Haares, weisen aber außergewöhnliche
mechanische Eigenschaften im Vergleich mit anderen Naturfasern und synthetischen
Polymerfasern auf. Diese synthetischen Polymer-Materialien wurden meist bereits vor
Jahrzehnten entwickelt und seitdem immer weiter verbessert. Trotzdem gibt es heute für
viele Anwendungen noch keine optimale Lösung.
Basierend auf traditionellen Fermentationsprozessen können Seidenproteine inzwischen in
beliebiger Menge erzeugt und daraus Spinnenseidenfäden gesponnen werden. Spinnen
nutzen ihre Seide hauptsächlich als eindimensionalen Faden, z.B. für den Netzbau oder zum
Einwickeln und Konservieren ihrer Beute. Die Spinnenseidenproteine, als Basis des Fadens,
tragen in sich aber ein weitaus höheres Potential, denn sie können wie „klassische“
Polymere auch in andere Zustandsformen, z.B. Hydrogele, Schäume, Vliesstoffe oder Folien
überführt werden.
Einige außergewöhnliche Eigenschaften von Biopolymeren wie z.B. von Spinnenseiden
erlauben, inspiriert durch die Natur, neue Anwendungsfelder zu erschließen und somit die
Lücke in der Anwendbarkeit klassischer Polymere zu schließen. Der Fortschritt, der in den
letzten Jahren auf dem Gebiet der Biopolymere erzielt wurde, macht einen Einsatz schon in
naher Zukunft möglich.
Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Scheibel
Lst. Biomaterialien / FAN / Universität Bayreuth
Universitätsstr. 30 / 95440 Bayreuth
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