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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Produktion und Verarbeitung von Spinnenseidenproteinen zu Fasern und Vliesstoffen

Mittwoch (18.09.2019)
17:00 - 17:30 Uhr Florenz

Spinnenseidenfasern sind bekannt für ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften. Das Material zeigt durch die Kombination von moderater Festigkeit und hoher Extensibilität eine herausragende Zähigkeit, welche die sämtlicher anderer natürlicher sowie synthetischer Fasern übersteigt.

Obwohl Spinnenseide seit Jahrzehnten im Fokus der Wissenschaft steht, ist es bislang schwierig artifizielle Fasern herzustellen, deren mechanische Eigenschaften die der natürlichen Spinnenseide erreichen.

Wir zeigen, dass die Festigkeit der Spinnenseide auf ihrer hierarchischen Struktur basiert. Der Kern der Faser enthält Fibrillen, aufgebaut aus Proteinen, welche aus einer hochrepetitiven Kerndomäne, eingebettet in zwei nichtrepetitive terminale Domänen, bestehen.

Ausgehend vom Araneus diadematus fibroin 3 (ADF3), einem Spinnenseidenprotein (Spidroin), welches in dem Abseilfaden der Gartenkreuzspinne gefunden wurde, sind Spidroinderivate für die rekombinante Produktion in E. coli designt worden. Hier werden zwei wesentliche Voraussetzungen für mechanisch belastbare Fasern herausgestellt: Zum einen der Beitrag der verschiedenen Protein-Domänen zur Assemblierung der Spidroine und zum anderen die Art der Prozessierung zu einem Faden. Die Zähigkeit der hergestellten Fasern gleicht der der natürlichen Fasern, abhängig von den verwendeten Spidroinderivaten und der Herstellungsmethode (biomimetische Selbstassemblierung). [1]

Neben der biomimetischen Herstellung von Einzelfilamenten wird mit dem Zentrifugen-Elektrospinnverfahren eine Methode gezeigt, welche die effiziente Bereitstellung von Nanovliesen aus Spidroinen für ein breites Anwendungsprofil ermöglicht. Durch die geringen Faserdurchmesser, welche mit ebenfalls geringen Porengrößen im Vlies einhergehen, eignen die Vliese sich für Anwendungen als Filtermaterialien bis hin zu Gerüststrukturen für Zellen. [2,3]


[1] Heidebrecht, A., L. Eisoldt, et al. (2015). "Biomimetic Fibers Made of Recombinant Spidroins with the Same Toughness as Natural Spider Silk." Advanced Materials 27(13): 2189.


[2] Jokisch, S., M. Neuenfeldt, et al. (2017). "Silk-Based Fine Dust Filters for Air Filtration." Advanced Sustainable Systems 1(10).


[3] Lang et al. 2013, J. Vis. Exp 75, e50492

 

Sprecher/Referent:
Fabian Müller
Universität Bayreuth
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Thomas Scheibel
    Universität Bayreuth
  • Prof. Dr. Gregor Lang
    Universität Bayreuth
  • Stephan Jokisch
    Universität Bayreuth
  • Aniela Heidebrecht
    Universität Bayreuth