Seidenraupen essen Nanoröhren und spinnen stärkere Seide

Bild: Małgorzata Miłaszewska [CC BY-SA 3.0] / Wikimedia Commons

Alles eine Frage der Ernährung: Chinesische Chemiker haben Seidenraupen (Bombyx mori) dazu gebracht, stärkere Seidenfasern zu spinnen, und zwar indem sie ihnen jeweils Kohlenstoff-Nanoröhren oder Graphen zu essen gaben. Dazu besprühten die Wissenschaftler die Maulbeerbaumblätter jeweils mit Lösungen (genauer gesagt, Dispersionen) der Nano-Materialien, bevor sie sie an die Raupen verfütterten.

Wie die Forscher um Prof. Yingying Zhang von der Zinghua University Peking im Fachblatt Nano Letters berichten, unterschieden sich die Kokons, die die Raupen zu Verpuppung bildeten, äusserlich nicht von den Kokons der anderen Seidenraupen; selbst unter dem Elektronenmikroskop waren keine auffälligen Unterschiede zu erkennen. Umso erstaunlicher war die Beobachtung, dass die Zugfestigkeit der „Nano-Seide“ etwa um das 1,6-fache höher war als die Seide der Vergleichsgruppe. Durch spektroskopische Analysen konnten die Wissenschaftler die verfütterten Nano-Materialien in den Seidenfasern nachweisen, allerdings auch in den Exkrementen der Raupen. Es wird also nicht jede Nanoröhre und nicht jedes Graphen in die Seide gesponnen.

Bild: Wang et al., Nano Letters, 2016
Einfach und effektiv: (a) Maulbeerbaumblätter werden mit Nanoröhren- oder Graphen-haltigem Wasser besprüht. Anschliessend fressen Seidenraupen die Blätter und spinnen die Röhren oder Plättchen mit in die Seidenfasern. (b) Die Kokons untescheiden sich äusserlich nicht von einander. (c–g) Selbst unter dem Elektronenmikroskop sind sich die Fasern sehr ähnlich. (h) Die Zugspannung der Fasern mit einem geringen Anteil an Kohlenstoff ist deutlich höher als für die Fasern aus der Kontrollgruppe. Bild: Wang et al., Nano Letters, 2016

Die Forscher stellten auch fest, dass eine zu große Menge der Kohlenstoff-Materialien die Seide auch instabiler machen kann. Sie vermuten daher, dass die Kohlenstoff-Materialien sich in die Struktur der Seidenfasern einlagern und sie verstärken, ähnlich wie bei einem Verbundstoff. Wird dagegen zu viel eingelagert, bilden sich Häufungen der Röhren oder Plättchen im Seidenprotein, sodass der verstärkende Effekt umgekehrt wird.

In einem weiteren Experiment erhitzten die Wissenschaftler die Seidenfasern auf 1050 °C unter Schutzgas, sodass die Fasern verkohlten. Auf diese Weise erhielten sie aus den nano-verstärkten Fasern ein neuartiges, graphit-ähnliches Material, das elektrisch leitfähig ist.

Selbst herkömmliche Seide ist durch seine aussergewöhnlich hohe Stabilität, Flexibilität und seine Massenproduktion ein gefragter Stoff. Durch diese Arbeit versprechen sich die Chemiker ein neues, verbessertes Material das aus nachwachsenden Ressourcen gebildet werden kann und sehr einfach herzustellen ist.

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